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"Procédé et appareil pour le dosage d'une substance en circulation".
La présente invention concerne un procédé de dosage d'une substance en circulation, telle qu'un fluide ou un gaz. L'invention se rapporte particulièrement au dosage de substances en petites quantités conjointement à des analyses à l'état humide de produits chimiques, etc., en laboratoires.
Une solution caractéristique utilisée pour le dosage de petites quantités de fluide est constituée par une seringue se composant d'un cylindre et d'un piston se déplaçant à l'intérieur de celui-ci, qui peut extraire une certaine quantité de fluide et qui peut la doser à la destination désirée. Pour le dosage manuel, la seringue est un instrument manuel et précis, mais son coût élevé limite la possibilité d'application dans des plus grands systèmes, partiellement ou totalement automatisés.
L'un des dispositifs habituellement utilisés pour le transfert et le dosage de fluide est la pompe péristaltique, qui, d'une manière caractéristique, se compose d'un rouleau rotatif monté contre une surface cylindrique, et d'un tuyau souple placé entre le rouleau et la surface cylindrique, le fluide avançant dans le tuyau.
La surface cylindrique du rouleau est pourvue de saillies agencées à des distances égales l'une de l'autre, le tuyau étant comprimé à plat par chaque saillie, de manière à ce que le fluide dans le tuyau soit divisé en doses d'un certain volume entre les saillies. Lorsque le rouleau tourne, les doses de fluide sont poussées vers l'avant dans le tuyau par les saillies. Les inconvénients du dispositif sont son imprécision et une légère fluctuation de la circulation de fluide, qui provient de la légère sortie de fluide, inversée se produisant chaque fois qu'une saillie est hors de contact du tuyau.
Suivant un autre processus de dosage, le fluide est amené par l'intermédiaire de fins conduits dans un espace d'une
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taille donnée, où une dose du fluide est emprisonnée en congelant les tuyaux en certains points aux deux extrémités de l'espace de dosage. Cette solution, qui est décrite dans la publication de brevet finlandais nO 57850, est conçue pour être utilisée dans un dispositif d'analyse qui utilise exclusivement ce type de tarauds de congélation pour contrôler la circulation de fluide. La solution n'est pas pratique pour être utilisée dans un équipement de mesure et d'analyse simple.
Le but de la présente invention est de produire une solution simple pour le dosage de substances en circulation, qui peut être largement appliqué dans divers systèmes, en particulier pour le dosage de fluides mais également de gaz. L'invention est caractérisée en ce que la substance est introduite dans un système de conduits de dérivation, dans lequel il s'avance par la dérivation d'entrée vers un point de dérivation où deux ou plus de deux dérivations d'extension se rencontrent, en ce qu'on laisse le fluide circuler au-delà du point de ramification dans l'une des extensions,
en ce que la circulation est stoppée et en ce que la fraction de substance qui est entrée par la ramification d'extension est séparée de la fraction restant dans la ramification d'entrée en laissant une substance auxiliaire s'écouler dans l'une de ces ramifications ou dans une seconde ramification d'extension, cette substance auxiliaire étant d'un type qui ne se mélangera pas à la substance à doser, de sorte que l'une des fractions soit évacuée par la circulation de la substance auxiliaire, les deux fractions étant séparées par une surface de délimitation apparaissant au point de ramification.
L'idée de base de l'invention est d'utiliser la tension superficielle entre la substance à doser et la substance auxiliaire non miscible avec cette dernière. Lorsque les ramifications du système de conduits, au moins dans la zone de la jonction, sont de dimensions capillaires, la tension superficielle entre les substances non miscibles crée une surface de séparation au point de ramification, une surface de séparation de la même forme étant toujours produite au même point dans le conduit. Ceci explique la précision de dosage réalisée par l'invention.
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Le domaine principal d'application de l'invention sont l'utilisation d'instruments pour la réalisation d'analyses par voie humide de produits chimiques impliquant le dosage d'un fluide, habitellement une solution aqueuse. La substance auxiliaire ou miscible avec le fluide peut être un gaz, par exemple de l'air, ou un autre fluide non miscible avec l'eau, par exemple de l'huile ou un fluide organique similaire.
Une forme de réalisation préférée du procédé de l'invention est caractérisée en ce que la substance à doser est dirigée dans un système de conduits ramifiés dans lequel elle s'avance par une ramification d'entrée ayant un volume de dosage donné vers un point de ramification où deux ou plus de deux ramifications d'extension se rencontrent, en ce qu'on laisse la substance circuler au-delà du point de ramification dans l'une des extensions, en ce que la circulation est interrompue de manière à empêcher toute circulation vers l'arrière de la substance dans la ramification d'entrée,
en ce que la fraction de la substance qui est entrée dans la ramification d'extension est séparée en laissant une substance auxiliaire non miscible avec la substance à doser s'écouler dans l'une des ramifications d'extension de manière à ce que la fraction soit évacuée par la circulation de la substance auxiliaire, de telle sorte que la surface de séparation de la fraction restant dans la ramification d'entrée soit agencée au point de ramification à la fin de la ramification d'entrée. L'une des ramifications d'extension du système de conduits peut être pourvue d'une pompe qui aspire la substance à doser par la ramification d'entrée et, en pompant la substance auxiliaire dans la direction opposée, sépare la fraction de la substance qui est passée au-delà du point de ramification dans l'extension.
Une autre forme de réalisation préférée du procédé de l'invention est caractérisée en ce qu'elle utilise un système de conduits ramifiés dans lequel la ramification d'entrée bifurque à l'endroit d'une jonction en une ramification latérale et une ramification principale, à laquelle un autre conduit latéral est relié à l'endroit d'une seconde jonction, en ce qu'une substance auxiliaire non miscible avec la substance à doser est d'abord introduite au moins dans les
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deux conduits latéraux, en ce que la substance à doser est alors introduite dans la ramification d'entrée et principale du système de conduits de manière à ce qu'au moins la partie de la ramification principale qui est délimitée par les jonctions des deux ramifications latérales soit remplie de cette substance,
les surfaces de délimitation étant formées aux jonctions entre la substance à doser et la substance auxiliaire présentes dans les ramifications latérales, en ce que la circulation de la substance à doser est bloquée à la fois dans la ramification d'entrée en un point situé avant la première jonction et dans la ramification principale en un point situé après la seconde jonction, et en ce que finalement la substance auxiliaire est amenée à s'écouler par les ramifications latérales de manière à séparer la portion de substance contenue dans la ramification principale entre les surfaces de séparation aux deux jonctions. La partie de la ramification principale qui est délimitée par les jonctions des deux ramifications latérales constitue ainsi l'espace d'un volume défini dans lequel la dose est formée.
L'invention est également relative à un appareil pour l'application du processus de dosage décrit ci-dessus. L'appareil comprend comme élément essentiel un système de conduits ramifiés formés d'une ramification d'entrée et d'une ou de plusieurs ramifications latérales ou d'extension reliées à la ramification d'entrée ou à son extension à l'endroit d'une ou de plusieurs jonctions, et des moyens requis pour agencer la circulation désirée de la substance à doser et la substance auxiliaire dans les conduits. Les caractéristiques détaillées de l'appareil sont données dans les revendications ci-après (revendications 7-10).
Comme mentionné ci-dessus, l'invention convient pour être utilisée dans des dispositifs pour analyses chimiques par voie humide. Ces dispositifs comprennent des analyseurs utilisés dans la chimie clinique et im munologique pour produire des diagnostics médicaux d'échantillons de substances, telles que du sang ou de l'urine, prélevés d'un patient. De plus, l'appareil peut être utilisé pour l'analyse chimique d'échantillons, principalement d'eau, prélevés de l'environ- nement.
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D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description ci-après, donnée à titre d'exemple non limitatif et en se référant aux dessins annexés, dans lesquels :
Les figures 1 à 5 représentent différents stades d'un procédé de manipulation de fluide impliquant le dosage du fluide tel que prévu par l'invention.
Les figures 6-7 représentent deux variétés différentes de jonction de conduits telle qu'utilisée dans l'appareil de dosage de l'invention.
Les figures 8-10 représentent différents stades d'une seconde forme de réalisation de procédé de dosage de l'invention.
Les figures 11-14 représentent différents stades d'une troisième forme de réalisation de procédé de dosage de l'invention.
Les figures 15-17 représentent différents stades d'une quatrième forme de réalisation de procédé de dosage de l'invention, dans laquelle la ramification d'entrée du système de conduits se divise en cinq ramifications d'extension au même point de jonction.
Les figures 1-5 représentent un procédé dans lequel le processus de l'invention est appliqué pour séparer d'un réactif liquide une dose d'un volume défini, qui est mélangé à un échantillon dans une cellule d'échantillonnage et ensuite transféré dans un photomètre pour une mesure. L'appareil utilisé se compose d'un système de conduits ramifiés dans lequel le conduit d'entrée 1 se sépare en deux extensions 3,4 à l'endroit d'une jonction en forme de T 2. La ramification 3, qui est une extension directe du conduit d'entrée 1, est pourvue d'une pompe 5, et l'autre, la ramification d'extension perpendiculaire 4 est pourvue d'une valve 6. La ramification d'entrée 1 est également pourvue d'une valve 7.
Avant la jonction 2, le conduit d'entrée 1 se sépare en deux ramifications latérales 8,9, dont l'une mène à la cellule d'échantillonnage 10 et l'autre au photomètre 11.
Chaque ramification latérale 8,9 est pourvue d'une valve 12,13.
La figure 1 représente une situation initiale dans laquelle un réactif fluide a été aspiré par la pompe 5 par l'intermédiaire de la ramification d'entrée 5 dans le système de manière à ce que la colonne de fluide dans le conduit ait dépassé la jonction
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2 jusqu'au point représenté par la référence numérique 14. Au cours de la phase d'aspiration, la valve 7 dans la ramification d'entrée 1 est ouverte tandis que les autres valves 6,12, 13 sont fermées. Dans la situation représentée par la figure 1, l'aspiration est interrompue et la valve 7 dans la ramification d'entrée est fermée.
Ensuite, la valve 6 dans l'extension est ouverte et, comme indiqué sur la figure 2, de l'air est insufflé par la pompe 5-en rotation dans la direction inverse-par les ramification d'extension 3,4, de manière à ce que le courant d'air entraîne la fraction fluide 15 qui est passée au-delà de la jonction 2 au cours de la phase d'aspiration. La surface de séparation de la colonne de fluide dans le conduit d'entrée s'établit à présent exactement à la fin de la ramification d'entrée 1 à la jonction 2. C'est ainsi qu'une dose de fluide d'un volume défini a été retenue dans la ramification d'entrée 1.
De plus, comme indiqué sur la figure 2, la cellule d'échantillonnage 10 contient l'échantillon 16 d'un fluide ou d'une substance solide à analyser. La figure 3 représente le stade suivant, où la valve 6 dans la ramification d'extension 4 est fermée, la valve 12 dans la ramification latérale 8 menant à la cellule d'échantillonnage 10 est ouverte et la dose de réactif qui est retenue dans la ramification d'entrée 1 a été poussée dans la cellule d'échantillonnage par une circulation d'air produite par la pompe 5. On laisse de préférence l'échantillon dans la cellule d'échantillonnage 10 se dissoudre dans le réactif pour obtenir une solution 17 qui est alors analysée.
Comme indiqué sur la figure 4, la solution est aspirée par la pompe 5 dans le conduit d'entrée 1 et son extension directe 3 de manière à ce que la cellule d'échantillonnage 10 et la ramification latérale 8 menant à celle-ci soient vidées. Lorsque la colonne de fluide dans le conduit s'étend jusqu'au point 18, l'aspiration est interrompue, de telle sorte que la valve 12 dans la ramification latérale 8 conduisant à la cellule d'échantillonnage 10 soit fermée, la valve 13 dans la ramification latérale 9 conduisant au photomètre Il soit ouverte et, comme indiqué sur la figure 5, la solution soit poussée par la pompe 5 dans le photomètre pour une mesure. Après la mesure, la solution est évacuée dans un prolongement de la ramification latérale 9.
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Les figures 6 et 7 représentent deux autres types de jonction pour la connexion des conduits. Dans chaque cas, le fluide à doser remplit la ramification d'entrée 1 d'une manière telle que la surface de séparation 19 apparaît exactement à la fin de la ramification d'entrée à la jonction 2.
Dans la forme de réalisation illustrée par les figures 8-10, l'équipement de dosage se compose d'un système de conduits ramifiés suivant un agencement général en forme de H, dans lequel le conduit d'entrée 20 se divise à la première jonction 21 en une ramification principale 22, qui est agencée suivant un angle de 90 par rapport à la ramification d'entrée 20, et en une ramification latérale 23 constituant un prolongement direct de la ramification d'entrée 20.
La ramification principale 22 comporte une autre jonction 24, jonction à laquelle la ramification principale s'incurve suivant un angle de 90 (la partie de la ramification principale au-delà de la jonction étant représentée par la référence numérique 25) et relie une autre ramification latérale 26, également placée à un angle de 900. La ramification d'entrée 20 et la première ramification latérale 23 sont pourvues de pompes 27,28, chacune des quatre ramifications 20,23, 25, 26 étant pourvue d'une valve 29-32.
Dans ce processus de dosage, la substance à doser est un fluide et la substance auxiliaire est un autre fluide qui est sélectionné de manière à ce que les deux fluides soient non miscibles.
Dans la situation initiale représentée sur la figure 8, le système total est rempli du fluide auxiliaire, qui est pompé par les pompes 27, 28, de sorte que les valves dans les ramifications latérales 23,26 sont fermées. Ensuite, comme indiqué sur la figure 9, avec les valves 29,32 ouvertes et en utilisant la pompe 27, la ramification d'entrée 20 et la ramification principale 22, 25 sont remplies de la substance à doser, les surfaces de séparation exactes 33,34 étant à présent formées entre la surface à doser et la substance auxiliaire aux jonctions de conduit 21,24.
Après que le pompage soit terminé et que les valves 29,32 dans les branches d'entrée et principale soient fermées, les valves 30,31 dans les ramifications latérales 23,26 sont ouvertes et, comme indiqué sur la figure 10, la pompe 28 dans la ramification
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latérale 23 est utilisée pour produire une circulation de fluide auxiliaire qui évacue la fraction de la substance à doser qui est retenue dans la branche principale entre les deux jonctions. La dose ainsi obtenue et circulant avec le fluide auxiliaire est représentée par la référence numérique 37 sur la figure 10.
Les figures 11-14 représentent une forme de réalisation dans laquelle l'opération de dosage est temporairement ou localement séparée, en utilisant le principe de dosage de l'invention. Le système de conduits, formé d'une ramification principale 39 et d'une ramification d'entrée reliée à cette dernière à la jonction 40 (la partie de la ramification principale au-delà de la jonction étant représentée par la référence numérique 42) est reliée à un dispositif de dosage 38 capable d'une précision suffisante, par exemple une seringue. Chaque ramification est pourvue d'une valve 43,44 et reliée à une pompe ou à un dispositif similaire (non représenté).
Dans la situation initiale représentée sur la figure 11, une certaine partie du fluide à doser a été aspirée par la ramification d'entrée 41 dans la ramification principale 43 de manière à ce que la circulation de fluide s'oriente à l'endroit de la jonction 40 dans la direction éloignée du dispositif de dosage 38. A la fin de cette phase d'aspiration, la valve 44 dans la ramification d'entrée est fermée, de sorte que, comme indiqué sur la figure 12, en utilisant le dispositif de dosage 38, un autre fluide, qui dans ce cas agit comme fluide auxiliaire, est aspiré dans la ramification principale 39,42.
La circulation du fluide auxiliaire entraîne à présent la fraction du fluide à doser qui est entrée par la ramification principale 42, de telle sorte qu'une surface de séparation entre les deux fluides apparaisse à la fin de la ramification d'entrée 41 à la jonction 40. Ensuite, la valve 43 dans la ramification principale est fermée et la valve 44 dans la ramification d'entrée ouverte, de manière à ce qu'une certaine quantité du fluide auxiliaire soit dosée par le dispositif de dosage 38, de manière à ce que, comme indiqué sur la figure 13, une quantité égale du fluide à doser circule en même temps par la ramification d'entrée 41 au-delà de la jonction dans la ramification principale 39.
Cette dernière dose de fluide peut à présent être dirigée
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vers la destination désirée en utilisant le dispositif de dosage, qui pousse la dose à l'extérieur par pompage du fluide auxiliaire par la ramification principale 39,42. La figure 14 représente une situation dans laquelle la valve 44 dans la ramification d'entrée est fermée et une dose 46 de fluide est poussée par le fluide auxiliaire dans la ramification principale 39 vers le dispositif de dosage 38.
Les figures 15-17 représentent un ensemble de conduits conçus pour être utilisés dans une autre forme de réalisation de l'invention. Dans ce cas, la ramification d'entrée 47 est reliée à une jonction 48 à cinq ramifications d'extension 49-53, chacune d'entre elle étant pourvue d'une valve 54.
Dans la situation initiale représentée par la figure 15, chacune des ramifications contient une substance liquide différente. La ramification d'entrée 47 contient la substance à doser, qui est à présent passée au-delà de la jonction 48 directement dans le prolongement 51, où la circulation est stoppée, par exemple en fermant la valve 54 dans cette ramification. Le but de cette opération est d'assurer. que le conduit d'entrée jusqu'à la jonction 48 soit rempli du liquide à doser. Après cela, comme indiqué sur la figure 16, la valve 54 dans la ramification d'extension adjacente 52 est ouverte et une certaine quantité du liquide à doser est amenée à circuler dans cette extension.
La ramification d'entrée 47 peut être reliée, par exemple, à une seringue de dosage, auquel cas cette solution constitue une opération de dosage séparée similaire à celle de la forme de réalisation représentée par les figures 11-14. Après avoir arrêté la circulation de la substance à doser, la valve 54 dans la ramification d'entrée 47 est fermée, de telle sorte que la dose dans la ramification d'extension 52 puisse être déplacée davantage au moyen d'un autre liquide obtenu d'une extension différente et agissant comme substance auxiliaire. La figure 17 représente une situation où la dose 55 est séparée de l'extension 52 par la circulation de la substance auxiliaire provenant de l'extension 50.
Si l'on se réfère à l'appareil de dosage représenté
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par les figures 15-17, on notera qu'en principe n'importe laquelle des ramifications d'extension 49-53 reliée à la jonction 48 peut être
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choisie comme ramification d'entrée, auquel cas la substance à doser est la substance contenue dans la ramification choisie. Cette solution est utilisable à la seule condition que la substance à doser soit non miscible avec la substance servant de substance auxiliaire.
Il doit être entendu que la présente invention n'est en aucune façon limitée aux formes de réalisation ci-dessus et que bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre du présent brevet.