BRPI1006698B1 - photometric device for absorbance and turbidity measurement - Google Patents
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Abstract
dispositivo fotométrico para medição de absorvência e turbidez é descrito um dispositivo fotométrico (1) para medir a absorvência e turbidez em amostras colocadas em uma célula (2), baseado em uma fonte de luz que compreende um arranjo de diodos emissores de luz (3, 16) localizados dentro de um invólucro (13), em que pelo menos um dos diodos emissores de luz é capaz de fornecer luz ultravioleta, de modo que um feixe de luz é transmitido para a célula (2) que contém a amostra a ser medida. este dispositivo permite a medição tanto da absorção molecular de um cromóforo como da dispersão ou turbidez de uma suspensão.photometric device for measuring absorbance and turbidity is described a photometric device (1) for measuring absorbance and turbidity in samples placed in a cell (2) based on a light source comprising an array of light-emitting diodes (3, 16) located within a housing (13), wherein at least one of the light-emitting diodes is capable of providing ultraviolet light, such that a beam of light is transmitted to the cell (2) containing the sample to be measured. . This device allows the measurement of both the molecular absorption of a chromophore and the dispersion or turbidity of a suspension.
Description
DISPOSITIVO FOTOMÉTRICO PARA MEDIÇÃO DE ABSORVÊNCIA E TURBIDEZ OBJETIVOS DA INVENÇÃO [001] O objetivo do presente pedido de patente de invenção é descrever um dispositivo fotométrico para medição de absorvência e turbidez, que inclui inovações e vantagens substanciais.PHOTOMETRIC DEVICE FOR MEASURING ABSORBENCE AND TURBIDITY OBJECTIVES OF THE INVENTION [001] The purpose of the present patent application is to describe a photometric device for measuring absorbance and turbidity, which includes substantial innovations and advantages.
[002] Mais especificamente, a invenção se refere a um dispositivo fotométrico para medição de amostras colocadas em uma célula, baseado em uma fonte de luz, em particular uma luz do tipo da que é emitida por um LED.[002] More specifically, the invention relates to a photometric device for measuring samples placed in a cell, based on a light source, in particular a light of the type that is emitted by an LED.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO [003] O Requerente sabe da existência, hoje, de dispositivos fotométricos para medir a absorção de luz em amostras biológicas, usando um feixe de luz emitida por uma fonte de luz, que convencionalmente consiste no uso de uma lâmpada halógena.BACKGROUND OF THE INVENTION [003] The Applicant is aware of the existence, today, of photometric devices to measure the absorption of light in biological samples, using a beam of light emitted by a light source, which conventionally consists of the use of a halogen lamp.
[004] Esse aspecto limita as possibilidades de medição do dispositivo, e também implica em um maior custo de manutenção, por causa da substituição das lâmpadas halógenas, o que significa que há a necessidade de um dispositivo fotométrico que seja de fabricação simples e econômica.[004] This aspect limits the possibilities of measuring the device, and also implies a higher maintenance cost, due to the replacement of halogen lamps, which means that there is a need for a photometric device that is simple and economical to manufacture.
DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO [005] A presente invenção foi desenvolvida com o objetivo de fornecer um dispositivo fotométrico que resolve os inconvenientes acima mencionados, proporcionando ainda mais vantagens adicionais, que ficarão aparentes a partir da descrição detalhada a seguir.DESCRIPTION OF THE INVENTION [005] The present invention was developed with the aim of providing a photometric device that solves the above mentioned drawbacks, providing even more additional advantages, which will be apparent from the detailed description below.
[006] Por isso, é um objetivo da presente invenção fornecer um dispositivo fotométrico para medição de amostras em uma célula, baseado em uma fonte de luz, e que é caracterizado pelo fato de compreender um arranjo de diodos emissores de luz, cada um deles associado a um divisor de feixe de luz inclinado, de tal forma que um feixe de luz é transmitido na direção da célula que contém a amostra a ser medida; um espelho que reflete o feixe de luz, transmitido através da amostra na célula, na direção de um fotodiodo principal, que realiza a medição da intensidade de feixe de luz; uma primeira lente de focalização, localizada no caminho do feixe de luz, antes da célula, e uma segunda lente de focalização, colocada na saída do feixe de luz que sai da célula para o fotodiodo; um divisor de feixe auxiliar, localizado no caminho do feixe de luz, antes da[006] Therefore, it is an objective of the present invention to provide a photometric device for measuring samples in a cell, based on a light source, and which is characterized by the fact that it comprises an array of light-emitting diodes, each of them associated with an inclined beam splitter, in such a way that a beam of light is transmitted in the direction of the cell containing the sample to be measured; a mirror that reflects the beam of light, transmitted through the sample in the cell, in the direction of a main photodiode, which performs the measurement of the beam intensity; a first focusing lens, located in the path of the light beam, before the cell, and a second focusing lens, placed at the exit of the light beam that exits the cell to the photodiode; an auxiliary beam splitter, located in the path of the light beam, before the
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2/5 célula, de modo que parte da luz é direcionada para um fotodiodo de referência, e o restante do feixe de luz é direcionado para a amostra contida na célula e, portanto, para o fotodiodo principal; onde pelo menos um dos diodos emissores de luz fornece luz ultravioleta para o feixe de luz emitido na direção da amostra colocada na célula. Além disso, o dito dispositivo fotométrico inclui duas ranhuras tubulares localizadas acima do fotodiodo principal e do fotodiodo de referência, respectiva mente, de modo que os feixes de luz apropriados são colimados a fim de medirem a turbidez da amostra.2/5 cell, so that part of the light is directed to a reference photodiode, and the rest of the light beam is directed to the sample contained in the cell and, therefore, to the main photodiode; where at least one of the light-emitting diodes provides ultraviolet light to the beam of light emitted in the direction of the sample placed in the cell. In addition, said photometric device includes two tubular grooves located above the main photodiode and the reference photodiode, respectively, so that the appropriate light beams are collimated in order to measure the turbidity of the sample.
[007] Graças a estas características, é obtido um dispositivo que permite a medição tanto da absorção molecular de um cromóforo (isto é, uma parte ou um grupo de átomos de uma molécula responsável pela sua cor), bem como a dispersão ou turbidez de uma suspensão.[007] Thanks to these characteristics, a device is obtained that allows the measurement of both the molecular absorption of a chromophore (that is, a part or a group of atoms of a molecule responsible for its color), as well as the dispersion or turbidity of a suspension.
[008] Outro aspecto vantajoso não menos importante é o fato de que não existem peças móveis ou motores, evitando ruídos e vibrações que seriam transmitidos para o restante dos elementos e poderíam distorcer a medição a ser obtida. O uso de LEDs, em comparação com o uso das lâmpadas halógenas convencionais, aumenta a vida útil dos meios de geração do feixe de luz, reduzindo assim os custos de manutenção.[008] Another advantageous aspect, no less important, is the fact that there are no moving parts or motors, avoiding noise and vibrations that would be transmitted to the rest of the elements and could distort the measurement to be obtained. The use of LEDs, compared to the use of conventional halogen lamps, increases the useful life of the means of generating the light beam, thus reducing maintenance costs.
[009] Por outro lado, o consumo de energia dos LEDs é muito menor do que o das lâmpadas halógenas, levando a um baixo consumo de energia do instrumento em que este dispositivo está montado.[009] On the other hand, the energy consumption of LEDs is much lower than that of halogen lamps, leading to a low energy consumption of the instrument on which this device is mounted.
[0010] As formas de incorporação preferidas do dispositivo da invenção acima revelado são descritas nas reivindicações dependentes aqui anexas.[0010] The preferred embodiments of the device of the invention disclosed above are described in the dependent claims appended hereto.
[0011] Em uma forma de incorporação preferida, o arranjo dos diodos emissores de luz consiste em um alinhamento enfileirado, com o diodo de luz ultravioleta estando localizado imediatamente antes da primeira lente de focalização.[0011] In a preferred embodiment, the arrangement of the light-emitting diodes consists of a tiered alignment, with the ultraviolet light diode being located immediately before the first focusing lens.
[0012] Vantajosa mente, o divisor de feixe do diodo de luz ultravioleta tem um revestimento dicróico que otimiza a reflexão da luz ultravioleta e, assim, maximiza a emissão do diodo emissor de luz.[0012] Advantageously, the beam splitter of the ultraviolet light diode has a dichroic coating that optimizes the reflection of the ultraviolet light and thus maximizes the emission of the light emitting diode.
[0013] De acordo com outro aspecto do dispositivo da invenção, ele compreende um invólucro dentro do qual estão alojadas as diferentes partes do dispositivo fotométrico envolvidas na geração do feixe de luz, provido com uma tampa removível superior que[0013] According to another aspect of the device of the invention, it comprises an enclosure in which are housed the different parts of the photometric device involved in the generation of the light beam, provided with a removable top cover that
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3/5 tem uma abertura através da qual a célula é inserida, o invólucro estando ligado à tampa superior por meio de porcas e parafusos.3/5 has an opening through which the cell is inserted, the housing being connected to the top cover by means of nuts and bolts.
[0014] De preferência, a carcaça é provida com uma pluralidade de assentos independentes que ficam separados uns dos outros, havendo um diodo emissor de luz inserido em cada assento.[0014] Preferably, the housing is provided with a plurality of independent seats that are separated from each other, with a light-emitting diode inserted in each seat.
[0015] Particularmente, o invólucro é feito de um material plástico moldável, o que reduz os custos de fabricação do dispositivo.[0015] In particular, the housing is made of a moldable plastic material, which reduces the manufacturing costs of the device.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0016] Outras características e vantagens do dispositivo fotométrico, objeto da presente invenção, se tornarão aparentes a partir da descrição de uma forma de incorporação preferencial, embora não exclusiva, que é ilustrada através de um exemplo não limitativo por meio dos desenhos em anexo, em que:BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS [0016] Other characteristics and advantages of the photometric device, object of the present invention, will become apparent from the description of a preferred, although not exclusive, form of incorporation, which is illustrated through a non-limiting example by means of attached drawings, where:
- A figura 1 é uma vista em perspectiva de uma seção longitudinal do dispositivo fotométrico da invenção;Figure 1 is a perspective view of a longitudinal section of the photometric device of the invention;
- A figura 2 é uma vista em elevação de uma seção longitudinal do dispositivo fotométrico de acordo com a presente invenção;Figure 2 is an elevation view of a longitudinal section of the photometric device according to the present invention;
- A figura 3 é uma vista detalhada da seção longitudinal de um segmento do dispositivo fotométrico da invenção, em que a amostra a ser analisada está colocada; e- Figure 3 is a detailed view of the longitudinal section of a segment of the photometric device of the invention, in which the sample to be analyzed is placed; and
- A figura 4 é uma vista esquemática da trajetória seguida pelo raio de luz do diodo emissor de luz para a célula, incluindo o conjunto de divisores de feixe de luz, inclinados para baixo.- Figure 4 is a schematic view of the path followed by the light beam from the light emitting diode to the cell, including the set of beam splitters, tilted downwards.
DESCRIÇÃO DE UMA FORMA DE INCORPORAÇÃO PREFERIDA [0017] Conforme mostrado nas figuras em anexo, um dispositivo fotométrico indicado geralmente por 1 é capaz de medir a absorvência e a turbidez em amostras biológicas colocadas em uma célula removível 2, baseado em uma fonte de luz, compreendendo um arranjo alinhado de diodos emissores de luz 3 e 16, comumente chamados de LEDs, cada um dos quais estando associado a um divisor de feixe de luz 4, inclinado em relação a um eixo vertical, os divisores de feixe de luz 4 associados a cada um dos diodos emissores de luz 3, 16, que estão alinhados sobre um eixo. O dito eixo fica inclinado para baixo a partir do diodo emissor de luz posicionado mais distante da célula 2, em direção à dita célula 2,DESCRIPTION OF A PREFERRED EMBODIMENT FORM [0017] As shown in the attached figures, a photometric device usually indicated by 1 is able to measure the absorbance and turbidity in biological samples placed in a removable cell 2, based on a light source, comprising an aligned array of light-emitting diodes 3 and 16, commonly called LEDs, each of which is associated with a light beam divider 4, inclined with respect to a vertical axis, the light beam dividers 4 associated with each of the light-emitting diodes 3, 16, which are aligned on an axis. Said axis is tilted downwards from the light emitting diode positioned farthest from cell 2, towards said cell 2,
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4/5 de tal forma que um feixe de luz é transmitido com uma trajetória escalonada para baixo, em direção à célula 2, na qual a amostra a ser medida foi colocada, conforme mostrado na figura 4. Cada diodo emissor de luz está associado a um filtro passa-banda 5, para atingir um nível adequado de monocromaticidade para a realização de medições de absorvência, ficando alojados em assentos independentes 61 que são providos com um elemento de apoio 6, feito de um material apropriado para manter o filtro passa-banda 5 em uma posição fixa em relação ao diodo emissor de luz 3 correspondente. O dito elemento de apoio 6 tem uma seção roscada aparafusada a uma parte com rosca na parede lateral do assento independente 61.4/5 in such a way that a beam of light is transmitted with a scaled downward path, towards cell 2, in which the sample to be measured was placed, as shown in figure 4. Each light emitting diode is associated with a bandpass filter 5, to achieve an adequate level of monochromaticity for carrying out absorbance measurements, being housed in independent seats 61 which are provided with a support element 6, made of a material suitable for maintaining the bandpass filter 5 in a fixed position in relation to the corresponding LED 3. Said support element 6 has a threaded section screwed to a threaded part on the side wall of the independent seat 61.
[0018] Um espelho 7 também é provido para refletir o feixe de luz transmitido através da amostra na célula na direção de um fotodiodo principal 8, que realiza a medição da intensidade do feixe de luz, bem como uma primeira lente de focalização 9 localizada no caminho do feixe de luz antes da célula removível 2. Uma segunda lente de focalização 10 é colocada na saída do feixe de luz que sai da célula removível 2 e vai para o fotodiodo principal 8.[0018] A mirror 7 is also provided to reflect the beam of light transmitted through the sample in the cell towards a main photodiode 8, which performs the measurement of the intensity of the light beam, as well as a first focusing lens 9 located in the path of the light beam before the removable cell 2. A second focusing lens 10 is placed at the exit of the light beam that exits the removable cell 2 and goes to the main photodiode 8.
[0019] Além disso, o dispositivo compreende um divisor de feixe auxiliar 11 colocado no caminho do feixe de luz antes da célula, de modo que uma parte da luz é direcionada para um fotodiodo de referência 12, e o restante do feixe de luz é direcionado para a amostra colocada na célula 2.[0019] In addition, the device comprises an auxiliary beam splitter 11 placed in the path of the light beam before the cell, so that a part of the light is directed to a reference photodiode 12, and the rest of the light beam is directed to the sample placed in cell 2.
[0020] A cada leitura, o sinal dos dois fotodiodos é medido pelo fotodiodo principal 8 e pelo fotodiodo de referência 12. Se houver qualquer variação na intensidade do feixe de luz da fonte (LED), isto é mostrado no fotodiodo de referência 12, permitindo corrigir a medição feita pelo fotodiodo principal 8 (uma vez que a luz passou pela amostra).[0020] At each reading, the signal from the two photodiodes is measured by the main photodiode 8 and the reference photodiode 12. If there is any variation in the intensity of the source beam (LED), this is shown in the reference photodiode 12, allowing to correct the measurement made by the main photodiode 8 (once the light passed through the sample).
[0021] Acima dos fotodiodos principal 8 e de referência 12 estão colocadas ranhuras tubulares 20 correspondentes, que colimam os feixes de luz que são ideais para a realização das medições de turbidez.[0021] Above the main photodiodes 8 and reference 12 are placed corresponding tubular grooves 20, which collimate the light beams that are ideal for carrying out turbidity measurements.
[0022] O diodo emissor de luz 16 colocado mais próximo da célula 2 fornece luz ultravioleta (340 nm) ao feixe de luz emitido para a amostra colocada na célula 2, enquanto o restante dos diodos emissores de luz pode emitir luz visível ou infravermelha. [0023] Todos os elementos acima descritos estão localizados dentro do invólucro 13 feito[0022] The light emitting diode 16 placed closest to cell 2 provides ultraviolet light (340 nm) to the beam of light emitted for the sample placed in cell 2, while the rest of the light emitting diodes can emit visible or infrared light. [0023] All the elements described above are located inside the enclosure 13 made
Petição 870190063765, de 08/07/2019, pág. 13/22Petition 870190063765, of 07/08/2019, p. 13/22
5/5 de material plástico robusto, tendo um formato substancialmente de paralelepípedo, provido internamente com os assentos independentes 61. Para que tudo tenha a necessária estabilidade dimensional e resistência para garantir a repetibilidade das características metrológicas do sistema durante a fabricação e uso posterior, foi usado um plástico de alta performance técnica (HPT), que proporciona uma ótima combinação de alta rigidez e deformabilidade mínima.5/5 of robust plastic material, having a substantially parallelepiped shape, provided internally with the independent seats 61. So that everything has the necessary dimensional stability and resistance to guarantee the repeatability of the metrological characteristics of the system during manufacture and later use, it was high performance technical plastic (HPT) is used, which provides a great combination of high rigidity and minimal deformability.
[0024] As lentes 9 e 10, bem como os filtros passa-banda 5, ficam montados em seus elementos de apoio 21 e 6 correspondentes. Estes elementos de apoio, juntamente com o restante dos elementos ópticos (divisores de feixe de luz 4, 11, 22 e espelho 7), são colocados dentro do invólucro 13 e fixados de forma permanente com uma tampa 14, através do uso de parafusos 15. Como pode ser observado, o invólucro 13 e a tampa superior 14 têm uma abertura e um orifício passante, respectivamente, nos quais a célula removível 2 é colocada durante a operação do dispositivo fotométrico. Particularmente, a referida célula 2 está alojada em um elemento de suporte de formato retangular 17 provido com dois orifícios 18, 19, através dos quais o feixe de luz pode passar e, assim, atravessar a amostra.[0024] Lenses 9 and 10, as well as bandpass filters 5, are mounted on their corresponding support elements 21 and 6. These support elements, together with the rest of the optical elements (light beam dividers 4, 11, 22 and mirror 7), are placed inside the enclosure 13 and permanently fixed with a cover 14, using screws 15 As can be seen, the housing 13 and the top cover 14 have an opening and a through hole, respectively, into which the removable cell 2 is placed during operation of the photometric device. In particular, said cell 2 is housed in a support element of rectangular shape 17 provided with two holes 18, 19, through which the beam of light can pass and thus pass through the sample.
[0025] Uma vez que o conjunto completo acima descrito foi construído, ele é montado em uma placa eletrônica 23 na qual os diodos emissores de luz 3,16, o fotodiodo principal 8 e o fotodiodo de referência 12 foram soldados.[0025] Once the complete set described above has been built, it is mounted on an electronic board 23 in which the light-emitting diodes 3.16, the main photodiode 8 and the reference photodiode 12 have been welded.
[0026] Os detalhes, formatos e dimensões, e outros elementos acessórios, bem como os materiais utilizados na fabricação das diferentes partes do dispositivo fotométrico da invenção, podem ser convenientemente substituídos por outros que sejam tecnicamente equivalentes e não se afastem da natureza essencial da invenção ou do escopo definido pelas reivindicações definidas a seguir.[0026] The details, shapes and dimensions, and other accessory elements, as well as the materials used in the manufacture of the different parts of the photometric device of the invention, can be conveniently replaced by others that are technically equivalent and do not depart from the essential nature of the invention. or the scope defined by the claims defined below.
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