EP4133254A1 - Dispositif de spectrophotometrie et analyseur en ligne integrant ce dispositif - Google Patents

Dispositif de spectrophotometrie et analyseur en ligne integrant ce dispositif

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Publication number
EP4133254A1
EP4133254A1 EP21717070.3A EP21717070A EP4133254A1 EP 4133254 A1 EP4133254 A1 EP 4133254A1 EP 21717070 A EP21717070 A EP 21717070A EP 4133254 A1 EP4133254 A1 EP 4133254A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
axis
optical
tank
optical cell
sample
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP21717070.3A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Bernard Munoz
Roger Delmas
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hydrale
Original Assignee
Hydrale
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hydrale filed Critical Hydrale
Publication of EP4133254A1 publication Critical patent/EP4133254A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03—Cuvette constructions
    • G01N21/05—Flow-through cuvettes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/49—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid
    • G01N21/53—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid within a flowing fluid, e.g. smoke
    • G01N21/532—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid within a flowing fluid, e.g. smoke with measurement of scattering and transmission
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/85—Investigating moving fluids or granular solids
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/18—Water
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/08—Optical fibres; light guides

Definitions

  • the field of the invention is that of the design and manufacture of devices for analyzing the quality of liquid media.
  • the invention relates to a spectrophotometric analysis device suitable for carrying out various spectrometric methods and an on-line analyzer incorporating this spectrophotometric analysis device, suitable for analyzing the quality of liquid media, such as natural or treated water, possibly intended for consumption.
  • This type of installation conventionally comprises a control system for valves distributed throughout the installation to transfer various products (water, solvents, reagents, etc.) between the components of the installation, and allow automated analyzes.
  • an analysis can be performed by UV or visible spectrophotometry, or by any other detection or separation method for liquid effluents, such as by refractometry, fluorescence, electrochemistry, conductivity, radioactivity, mass spectrometry, high performance liquid chromatography Or other.
  • Another problem relates to the very nature of the analysis devices that are used. Indeed, these analysis devices may present designs derived from conventional devices used in the laboratory.
  • the spectrophotometers used for on-line analyzes use cells which can be particularly expensive, in particular for quartz cells.
  • Carrying out on-line analysis for example to monitor the water quality of a watercourse, may involve the installation of several analyzers, at the same places where samples are taken, along the watercourse. water. Consequently, the use of expensive components in the analysis means limits the number of analysis points that can be implemented by a structure.
  • the aim of the invention is in particular to overcome these drawbacks of the prior art. More specifically, the aim of the invention is to provide on-line water analysis equipment which is more suitable functionally and economically to be implemented in the field than the equipment according to the prior art.
  • the invention also aims to provide such equipment which is easy to maintain.
  • a tank extending longitudinally along an axis C, and having an inlet pipe for a sample, and an outlet pipe for the sample;
  • a first light source configured to emit light radiation in the tank along the C axis
  • - optical capture means configured to capture light radiation capable of passing through the tank along the C axis
  • each main body comprising a bottom, and a peripheral wall extending from the bottom to an opening, the main bodies of the first and second optical cells being aligned on the C axis and oriented so that their respective openings face each other.
  • the spectrophotometric device according to the invention has a cell design that is particularly suitable for performing on-line analysis.
  • the vessel of the device is designed to allow spectrophotometric analysis along the length of the vessel.
  • the device according to the invention benefits from high sensitivity, which is particularly advantageous for the on-line analysis of water, such as stream water or sea water. .
  • this sensitivity can be easily adjusted when assembling the vessel, by increasing or decreasing the length of the vessel.
  • the frame and its circulation recess make it possible to define the length of the cell, and thus of the optical path, and to define the sensitivity of the spectrophotometric device.
  • Changing the length of the tank is easily achievable by selecting a frame with a circulation recess of varying length.
  • a greater length of the circulation recess increases the distance between the two optical cells and thus the distance (the optical path) between the optical cell bottoms.
  • the invention it is thus possible to obtain a cell with a particularly long optical path (for example 10 cm or more) without however requiring a single one-piece cell which is potentially expensive to manufacture and / or to procure. It suffices to use standardized optical cells for the device, and to install them in suitable racks to form cells with the desired optical path length, and in particular suitable for an on-line analysis, and even more specifically an on-line analysis. carried out in situ of natural water (streams, waste water, runoff water, ).
  • the design of the device according to the invention is more particularly suitable for carrying out measurements in a natural environment, that is to say of liquids potentially saturated with gas, in particular with oxygen, and thus capable of causing the appearance of bubbles in the environment. the tank, and liquids also liable to cause significant and rapid clogging of the tank.
  • each of the optical cells is monobloc, or more precisely monolithic. Indeed, these optical cells are formed in a transparent material suitable for being crossed by the light rays produced by the first light source.
  • optical cells can be formed of quartz, or of glass. The design of the tank allows easy maintenance of the tank, which is a necessity for devices installed in the field with possibly delicate handling conditions.
  • the cell parts can be decoupled to allow cleaning of the two optical cells and the circulation recess, or selective replacement of one of the cell components.
  • the tank is formed only by the recess of the frame and by the two optical cells. Therefore, cleaning the tank is limited to cleaning these three elements.
  • Optical cells are easy to clean. Indeed, they only have two hollow parts (the main body and the secondary body) which limits the possibilities of soiling and allows efficient cleaning to be carried out quickly.
  • optical cells are not formed by an assembly of multiple small elements capable of forming multiple fouling points.
  • the retaining means comprise:
  • first positioning means of the first light source relative to the circulation recess
  • Second positioning means optical capture means with respect to the circulation recess.
  • Such retaining means have a dual function by making it possible, while keeping the first optical cell and the second optical cell captive in the circulation recess of the frame, to ensure the correct positioning of the first light source and the control means. optical capture.
  • the retaining means comprise: a first block assembled on the frame covering the first end of the circulation recess, the first block having one of the first positioning means and second positioning means;
  • Such blocks form a particularly simple solution for retaining optical cells on the frame within the circulation recess.
  • these blocks make it possible to close openings presented by the frame and intended to allow the insertion of the optical cells into the circulation recess and to prevent, or at the very least greatly limit, the passage of a light outside the device which would interfere with the spectrophotometric analysis.
  • first positioning means and the second positioning means can take the form of recesses made. in the first block and the second block, thus constituting the locations where the first light source and the optical pickup means must be inserted.
  • the first block and the second block are identical to each other.
  • the device comprises at least one source of emission of ultraviolet and / or visible radiation
  • the frame comprising positioning means, called third positioning means, of the source of emission of a ultraviolet and or visible radiation to emit ultraviolet and or visible radiation in one of the first or of the second optical cell, transversely to the C axis.
  • the source or sources of emission of ultraviolet and / or visible radiation make it possible to perform ultraviolet spectro-fluorimetry analyzes using the device.
  • the source (s) of emission of ultraviolet and / or visible radiation may be LEDs. They are then particularly advantageous for their performance, their lifespan and their cost. Other sources can be considered such as fiber sources.
  • the positioning of the source (s) of ultraviolet and / or visible radiation is optimized and simplified by virtue of their integration into the frame.
  • the device comprises a second light source, the frame comprising positioning means, called fourth positioning means, of the second light source to emit light radiation in the tank along an axis A forming an angle between 40 ° and 50 ° with the C axis, and preferably an angle of 45 ° with the C axis.
  • the fourth positioning means are configured to position the second light source so that it emits light radiation through the optical cell which is located below the optical capture means.
  • the third positioning means and the fourth positioning means take the form of recesses presented by each of the first block and of the second block, and the device comprises shutters capable of being assembled on the recesses forming the third positioning means and the fourth positioning means.
  • shutters allow the cell to have several recesses to increase the type of analysis that can be carried out by means of the device, while reserving a possibility to close one or more recesses when sensors or light sources are not assembled on these recesses.
  • the recesses can receive, indifferently, an optical fiber connection, an LED support, or a shutter.
  • a tank can have up to 6 optical inputs / outputs allowing a wide variety of optical configuration with a minimum number of sources and receivers.
  • the circulation recess has a length greater than or equal to 30 millimeters, and advantageously greater than or equal to 50 millimeters and less than or equal to 100 millimeters.
  • Such lengths of the tank allow it to give the spectrophotometric analysis device a sensitivity particularly suited to the measurement and on-line analysis of river water or marine water, for example.
  • the length of the circulation recess is determined as a function of the expected concentrations in the medium to be analyzed.
  • the device comprises, for each of the first light source and optical pickup means, means of optical fiber transmission of light radiation.
  • the spectrophotometric analysis device has a design that is particularly simple to implement.
  • the light source (s) can then include a generator of the radiation, an optical fiber extending from the generator, and a tip coupled to one end of the optical fiber.
  • the generator can thus be easily removed from the tank and be coupled to it via the optical fiber and the tip which transmits the radiation back into the tank.
  • the device comprises sealing means between the first optical cell and the circulation recess, and between the second optical cell and the circulation recess.
  • the tank benefits from a reinforced seal.
  • gaskets make it possible, for example, to ensure the tightness of the interior of the vessel, although the optical cells can be mounted and removed from the frame.
  • - "Se” is the effective section of a collimating lens of the first light source; - “h” is the height along the axis C between the bottom of the main body of the optical cell and the secondary body of the optical cell which forms the inlet pipe or the outlet pipe.
  • This cell design thus avoids forming, or at the very least minimizes, trapping zones of microbubbles present in the fluid to be analyzed, and the accumulation of which can cause the formation of a bubble interfering with the optical ray, these latter forming in areas of disturbed flow (located particularly at the angles of the tank).
  • the device comprises an orientation support in the space of the vessel configured so that:
  • the outlet pipe has a central extension axis E;
  • the C axis of the tank and the central extension axis E are in a vertical plane; with the central extension axis E forming an angle b between 0 ° and 60 ° with a vertical direction V, preferably the angle b being between 0 ° and 45 °, the outlet pipe being arranged above the inlet pipe.
  • the main body of each optical cell is cylindrical of revolution.
  • the flow in the tank is then facilitated, and the deposit of dirt in the corners of the tank is reduced.
  • the main body of each optical cell has a square section.
  • the subject of the invention is also an online liquid analyzer, comprising:
  • the electronic means for controlling the preparation means, the electronic means being configured with a plurality of protocols for preparing the sample to be analyzed from the raw sample with at least one of the sub- set of processing;
  • the online analyzer has a design particularly suitable for installation in the field.
  • the on-line analyzer according to the invention then benefits from a spectrophotometric analysis device provided with a tank offering high sensitivity while not having an expensive design.
  • the preparation means comprise a syringe pump coupled to the sampling means, to the processing sub-assemblies, and to the means of analysis by spectrophotometry, via hydraulic circuits equipped with valves, the electronic means pilot valves are configured to open or close the valves according to the preparation protocols. Thanks to this design, the means of preparation are simplified compared to the means of preparation which exist in the prior art.
  • the syringe pump has a reservoir in which the raw sample can be simply mixed with solvents or else in which reaction mixtures can be made.
  • the syringe pump thus forms a central element of the preparation means making it possible to take the components required with a view to the analyzes or to distribute the components and / or mixtures to the sub-set of the treatments with a view to carrying out intermediate preparations in order to finally be able to use them. inject into the means of analysis.
  • the treatment sub-assemblies comprise thermoregulation means, oxidation means, micrometric filtration means, reserves of reagents, reserves of solvents.
  • FIG. 2 is a schematic representation in a view identical to that of Figure 1, of a frame and retaining means participating in the assembly of the vessel of the spectrophotometric analysis device according to the invention;
  • FIG. 3 is a schematic representation of the spectrophotometric analysis device according to the invention, more specifically illustrating the cell in a second cross section perpendicular to the first cross section;
  • - Figure 4 is an exploded schematic representation according to the second cross section, of the frame as well as a first block and a second block of the retaining means;
  • FIG. 5 is a schematic representation in a perspective view of a first optical cell of a spectrophotometric analysis device according to the invention
  • - Figure 6 is a schematic representation of the first optical cell according to the section plane of Figure 3;
  • FIG. 7 is a schematic representation of an online liquid analyzer according to the invention.
  • FIG. 8 is a schematic representation in a perspective view of a tank according to a second embodiment
  • FIG. 9 is a schematic representation in cross section of the tank according to the second embodiment, in particular along the section lines IX-IX illustrated in Figure 10;
  • FIG. 10 is a schematic representation according to a transverse section of the tank according to the second embodiment, in particular according to the section lines X-X illustrated in FIG. 10;
  • FIG. 11 is a schematic representation in a top view of the tank, illustrating in particular a second block of retaining means
  • FIG. 12 is a schematic representation of the tank according to the second embodiment coupled to a support for orientation in space;
  • FIG. 13 is a schematic representation of an optical cell according to another embodiment.
  • the spectrophotometric analysis device 2 is designed to make it possible to perform a spectrometric measurement of the absorbance of a solution at a given wavelength, or over a given region of the light spectrum. As illustrated schematically by Figures 1 and 3, the spectrophotometric analysis device 2 comprises:
  • the first light source 241 is configured to emit light radiation in the tank 20. This light radiation emitted in the tank is produced at a given wavelength or in a given region of the spectrum. luminous.
  • the optical pickup means 26 are for their part configured to pick up a light radiation capable of passing through the tank 20.
  • the tank 20 extends longitudinally along an axis C.
  • the tank 20 can take the form of a cylinder, and in particular of a cylinder of revolution.
  • the tank 30 can also take the form of a straight block of square section.
  • the first light source 241 and the optical pickup means 26 are more specifically configured to emit radiation and to pick up radiation along the C axis respectively.
  • the first light source 241 and the optical pickup means 26 are located in alignment with the C axis.
  • the tank 20 has an inlet pipe 231 for a sample and an outlet pipe 232 for the sample.
  • a liquid sample is intended to be introduced into the tank 20 via the inlet pipe 231 for carrying out a spectrophotometric analysis, then discharged via the outlet pipe 232 once the analysis has been carried out.
  • the first light source 241 and the optical capture means 26 thus make it possible to perform a spectrophotometric absorption measurement of the sample located in the tank 20.
  • the device 2 also comprises two sources of emission of ultraviolet and / or visible radiation 243 configured to emit ultraviolet and / or visible radiation in the tank 20.
  • the ultraviolet and / or visible radiation is advantageously emitted. transversely to the C axis.
  • the device 2 also comprises a second light source 242 configured to emit light radiation in the tank 20 along an axis A distinct from the axis C.
  • the axis A forms an angle a of between 40 ° and 50 ° with axis C.
  • this angle ⁇ is 45 ° with the axis C.
  • the two sources of emission of ultraviolet and / or visible radiation 243 make it possible to carry out fluorescence spectroscopy measurements, and the second light source 242 makes it possible to carry out a spectrophotometric measurement of a light signal reflected inside. the tank 20, and more specifically making it possible to determine the nature of the particles contained in the sample.
  • the light sources of the spectrophotometric analysis device 2 make it possible to perform an analysis in a measurement range covering the ultraviolet spectrum, as well as the visible spectrum, that is to say between 200 and 1000 nanometers. These components (light sources and sources of emission of ultraviolet and / or visible radiation) are described in more detail below.
  • the device 2 comprises for each of the first light source 241 and optical pickup means 26, optical fiber transmission means of light radiation.
  • the device 2 also comprises, for the second light source 242, means for transmitting light radiation by optical fiber.
  • these components include an optical fiber provided with a tip intended to cooperate with the tank 20.
  • the optical pickup means 26 comprise a first end piece 260, a first optical fiber 261, and a unit for analyzing the light radiation 262.
  • the first optical fiber 261 extends to from the light radiation analysis unit 262, and the first tip 260 is coupled to one end of the first optical fiber 261.
  • the first light source 241 comprises a second end piece 2411, a second optical fiber 2412, and a first unit for emitting light radiation 2413.
  • the second optical fiber 2412 extends from the first unit for emitting. of light radiation 2413, and the second tip 2411 is coupled to one end of the second optical fiber 2412.
  • the second tip 2411 of the first light source 241 comprises a collimating lens 24110.
  • This 24110 collimating lens is centered on the C axis by a 24111 positioning ring.
  • the collimating lens 24110 has an effective section Se which corresponds to the diameter of the circle delimiting the hemisphere not masked by the system for maintaining / positioning the collimating lens, ie the positioning ring.
  • the effective section Se of the collimating lens 24110 can be assimilated to the internal diameter of the positioning ring 2411. Indeed, the collimating ring positioning 24111 prevents the transmission of light radiation through its material.
  • the second light source 242 comprises a third end piece 2421, a third optical fiber 2422, and a second unit for emitting light radiation 2423.
  • the third optical fiber 2422 extends from the second light emitting unit 2423, and the third tip 2421 is coupled to one end of the third optical fiber 2421.
  • the tank 20 is constituted by an assembly of at least: - a frame 210;
  • the frame 210 includes a recess 203 for circulation of the sample. More specifically, a sample is intended to enter the circulation recess 203 through the inlet line 231, and then exit through the outlet line 232.
  • the frame 210 which forms the wall of the circulation recess 203, is made of a material compatible with the use of organic solvents and acids.
  • the material constituting this frame is also opaque so as to prevent the entry of light from outside the device which could interfere with the analysis.
  • this material can be tetra-fluoroethylene.
  • this circulation recess 203 passes longitudinally through the frame 210.
  • This circulation recess 203 has a first end 2031 and a second end 2032 opposite the first end 2031 along of axis C.
  • the first optical cell 201 is removably mounted at the first end 2031 of the circulation recess 203.
  • the second optical cell 202 is mounted. removably at the second end 2032 of the circulation recess 203.
  • the retaining means 25 allow the optical cells to be held captive in the circulation recess 203.
  • these retaining means 25 comprise:
  • the retaining means 25 also include:
  • the device 2 comprises positioning means integrated in the tank 20.
  • the retaining means 25 comprise first positioning means 2410 of the first light source 241 relative to the circulation recess 203.
  • first positioning means 2410 take the form of a recess presented by the second block 212. This recess is centered on the axis C and is more specifically intended to receive, orient in the direction of the tank 20 on the axis C, and maintaining in position the second end piece 2411 of the first light source 241.
  • the recess forming the first positioning means 2410 can receive the positioning ring 24111 of the collimating lens 24110 mentioned above.
  • the positioning ring 24111 can be formed directly from the first block 211 or the second block 212 and in this case the positioning ring 24111 is integral with said block.
  • the retaining means 25 comprise positioning means, called second positioning means 2600, optical capture means 26 with respect to the circulation recess 203.
  • These second positioning means 2600 also take the form of a recess centered on the axis C. This recess is presented by the first block 211 and is more specifically intended to receive, orient in the direction of the tank 20 on the axis C , and hold in position the first end piece 260 of the optical pickup means 26.
  • the device 2 also comprises third positioning means 2430 of the sources of emission of ultraviolet and / or visible radiation 243.
  • the third positioning means 2430 take the form of recesses made in the first block 211 for the first embodiment illustrated by FIG. 2, and in the first block as well as in the second block 212 for the second embodiment illustrated by FIGS. 8 to 10. These recesses extend perpendicularly to the axis C at the level of one of the ends 2031, 2032 of the circulation recess 203.
  • the sources of emission of ultraviolet and / or visible radiation 243 are intended to be introduced and held in position in these recesses by screwing.
  • the device 2 also comprises fourth positioning means 2420 of the second light source 242.
  • the fourth positioning means 2420 are for their part, with reference to the embodiment of FIG. 4, presented by the first block 211 of the retaining means 25. According to the second embodiment illustrated by FIGS. 8 to 11, the fourth positioning means 2420 are presented both by the first block 211 and by the second block 212.
  • These fourth positioning means 2420 each take the form of a recess formed in the first block 211 and / or the second block 212.
  • This recess extends lengthwise along an axis, in particular the axis A shown in FIGS. 3, 4 and 9, which forms an angle a between 40 ° and 50 ° with the axis C.
  • the first block 211 and the second block 212 are identical to each other.
  • first block 211 and the second block 212 are symmetrical with respect to a plane P perpendicular to the central axis C.
  • This first block 211 and this second block 212 can thus be interchanged or be replaced by identical parts.
  • Only one type of block needs to be fabricated to form the first block 211 or the second block 212.
  • the first block 211 and / or the second block 212 have recesses intended to form the first positioning means 2410, the second positioning means 2600, the third positioning means 2430, and the fourth positioning means. 2420. Thanks to the symmetry of the two blocks 211, 212, the recesses can be used indifferently to form one of the positioning means mentioned above and adapted to the position of these recesses. This design of the blocks 211, 212 thus offers significant versatility to the tank 20.
  • the device 2 also comprises shutters which can be assembled on the recesses forming the third positioning means 2430 and the fourth positioning means 2420.
  • These shutters 6 are assembled on the recesses as soon as the latter are not used to position a light source and or any other device capable of being assembled in one of these recesses.
  • the device 2 can also be adapted to different measurement requirements. That is to say that the various recesses can receive other optical sources, in visible light or in UV, or other means of capture. optical. Switching systems can then be used to vary the type of measurement that can be carried out at a given time in the tank.
  • the second optical cell 202 is identical to the first optical cell 201. Its structure is thus identical to that of the first optical cell and the following description of the first optical cell 201 also corresponds to a description of the second optical cell.
  • the first optical cell 201 presents:
  • a main body intended to form part of the reservoir delimited by the tank 20 and in which a sample is intended to take place in order to be analyzed therein;
  • the secondary body opens into the main body to allow fluid communication between them.
  • the secondary body of the first optical cell 201 is intended to form the outlet pipe 232 of the sample.
  • the secondary body is intended to form the inlet pipe 231 for the sample.
  • the secondary body of the first optical cell 201 is intended to form the inlet pipe 231 of the sample.
  • the secondary body is intended to form the outlet pipe 232 of the sample.
  • the main body of the first optical cell 201 comprises a bottom 2010, and a peripheral wall 2011 extending from the bottom 2010 to an opening 2013.
  • the main body takes the form of a cylinder, and in particular of a cylinder of revolution. It is, however, conceivable that the main body take the form of a straight paving stone with a square section.
  • the secondary body in turn has a cylindrical wall 2014 extending from the peripheral wall 2011 of the main body to a second opening 2015.
  • the main body is open to the secondary body, that is to say that, as illustrated by Figures 6 and 13, fluid circulation from the secondary body into the main body is possible at the junction between the two. body.
  • the optical cells are made of quartz.
  • optical cells can be made from any other type of suitable material.
  • optical cells can be made of glass.
  • the first optical cell 201 has an internal section D (its diameter given that according to the present embodiment the main body is cylindrical of revolution) at the level of the main body which is between 5 and 7 mm , or even between 5 and 6 millimeters.
  • This internal section D is measured perpendicular to the axis C, and between the internal faces of the peripheral wall 2011 of the main body.
  • the inlet pipes 231 and the outlet pipes 232 have an internal diameter d of between 2 and 3 millimeters.
  • the secondary body is connected to the main body in the immediate vicinity of the bottom 2010.
  • each optical cell 201, 202 has a height h, along the axis C, between the bottom 2010 of the main body of the optical cell 201, 202 and the secondary body of the optical cell 201, 202 which forms the inlet pipe or outlet pipe.
  • This height h is measured between an internal face of the bottom 2010 of the main body, and an internal face of the cylindrical wall 2014 of the secondary body closest to the bottom 2010, as illustrated by FIG. 13. It should be noted that , according to one characteristic of the invention, the following ratio is observed by each optical cell: D> Se + 2. h.
  • the internal section (or internal diameter if applicable) of the tank 20 is at least equal to the effective section Se of the collimating lens 24110 plus twice the height h of the junction zone between the bottom 2010 of the main body and the cylindrical wall 2014 of the secondary body.
  • the positioning ring may have an internal diameter of 3mm and the height h is less than 2mm and preferably less than or equal to 1mm.
  • the first optical cell 201 and the second optical cell 202 are opposed to each other in the circulation recess 203.
  • the main bodies of these optical cells 201, 202 are aligned on the axis C and oriented in such a way that their respective openings face each other, and that their bottom is located in contact with the retaining means 25.
  • the device 2 also comprises sealing means between the first optical cell 201 and the recess of circulation 203, and between the second optical cell 202 and the circulation recess 203.
  • O-rings 7 These sealing means take for example, with reference to Figures 9 and 10, the form of O-rings 7. These O-rings are in particular Teflon-coated O-rings.
  • the dimensions of the space in which the sample circulates in the tank is defined by the circulation recess 203 as well as by the first optical cell 201 and the second optical cell 202 held captive in the circulation recess 203.
  • the circulation recess 203 (or more precisely the space in which the sample circulates to be analyzed) has a length greater than or equal to 30 millimeters.
  • the length of the tank 20 is greater than or equal to 50 millimeters and less than or equal to 100 millimeters.
  • the tank 20 preferably has a maximum volume of less than 0.5 milliliter. Such a maximum volume allows device 2 to perform an analysis on a sample with a volume of less than 1 milliliter.
  • the device 2 also comprises an orientation support 27 in the space of the tank 20.
  • This orientation support 27 is designed to position the tank 20 in a predetermined manner in the space, and in particular in relation to the vertical of the place of installation of the device 2.
  • a vertical direction V is shown and the position of the tank 2 with respect to this vertical direction V is maintained thanks to the orientation support 27.
  • the outlet pipe 232 has a central extension axis E.
  • This central extension axis E corresponds to the axis along which extends the secondary body of the optical cell which forms the line of outlet 232.
  • This central extension axis E is perpendicular to the axis C.
  • the orientation support 27 is configured so that:
  • the axis C of the tank 20 and the central extension axis E are in a vertical plane, the vertical direction V shown falling of course in said vertical plane;
  • the central extension axis E forms an angle b between 0 ° and 60 ° with the vertical direction V, preferably the angle b being between 0 ° and 45 °;
  • the outlet pipe 232 is arranged above the inlet pipe 231.
  • the angle b is 45 °.
  • the analyzer 1 comprises: - means 3 for taking a raw sample EB of the liquids;
  • Analyzer 1 also includes means of control and access to the spectrometric resource.
  • the sampling means 3 are designed to be able to take, as soon as necessary, a predetermined quantity of a liquid to be sampled at the place of installation of the analyzer 1 online.
  • the preparation means 4 include processing subassemblies 41 as well as a syringe pump 40.
  • the syringe pump 40 is coupled to the sampling means 3, to the processing sub-assembly 41 and to the spectrophotometric analysis means, via hydraulic circuits 42.
  • the hydraulic circuits 42 include valves 43 which can be actuated by the electronic control means 5.
  • valves 43 can take the form of a multi-way valve system.
  • the electronic control means 5 are coupled to the pump-syringe 40 as well as to the hydraulic circuit 42 and more specifically to the valves 43.
  • the electronic control means 5 are configured to open or close the valves 43 according to protocols. preparation 50.
  • the syringe pump 40 forms a central element of the preparation means 4.
  • this single syringe pump 40 makes it possible to withdraw and / or inject liquids.
  • valves 43 of the hydraulic circuits 42 make it possible, concomitantly with the actuation of the syringe pump 40, to select the source (s) of the liquids taken by the syringe pump 40 or the destinations of these liquids during an injection. by the syringe pump 40.
  • the electronic means 5 are configured with preparation protocols 50 of the sample to be analyzed from the raw sample EB with at least one of the processing subsets 41.
  • the electronic control means 5 comprise a memory in which are programmed preparation protocols 50 describing the operations that a raw sample must undergo in order to be able to be analyzed according to a desired analysis, and which is intended to be carried out by the device 2 analysis.
  • a controller of these electronic control means 5 is coupled to the memory in order to be able to apply one of these protocols and to control the valves 43 and the syringe pump 40 as indicated in the preparation protocol 50 which must be executed.
  • the treatment sub-assemblies 41 comprise thermoregulation means 411, oxidation means 412, micrometric filtration means 413, reserves of reagents 414, reserves of organic solvents 415a, and reserves of ionic solvents 415b.
  • the micrometric filtration means 413 are, according to the present embodiment, interposed directly between the sampling means 3 and the syringe pump 40, according to the direction of movement of the fluid to be analyzed.
  • micrometric filtration means 413 make it possible to achieve filtration with a cutoff threshold of less than one micrometer, and ideally with a cutoff threshold of 0.45 micrometer.
  • the various processing sub-assemblies 41 make it possible to carry out various preparation combinations in order to obtain a sample to be analyzed EA.
  • reagent reserves 414 can include colorimetric reagents.
  • the use of one of these colorimetric reagents in combination with the thermoregulation means 411 can allow the sample to be heated in such a way as to allow the development of a chemical colorimetric reaction.
  • the processing subassemblies 41 can also include:
  • the syringe pump 40 forms a central element of the preparation means 4.
  • the syringe pump 40 comprises a reservoir 400, a piston 401 and a motor 402.
  • the motor 402 makes it possible to modify the position of the piston 401 in order to increase or decrease the volume of the reservoir 400.
  • This motor 402 is controlled by electronic means 5.
  • the reservoir 400 of the syringe pump 40 thus serves as a reaction system making it possible to mix the sample with one or more solvents, or else to prepare a reaction mixture.
  • the sample to be analyzed EA is prepared, it is injected from the reservoir 400 of the pump-syringe 40 into the analysis device 2 where, thanks to its vessel 20, a plurality of analyzes can be carried out sequentially.
  • the on-line liquid analyzer 1 thus makes it possible on its own to provide a set of water quality parameters which are frequently sought after, and which can only be obtained conventionally using a plurality of water quality parameters. 'devices.
  • the analyzer 1 according to the invention makes it possible, thanks to its spectrophotometric analysis device 2, to detect dissolved materials such as nutrients (nitrate, ammonium, nitrite, phosphate, silicate, urea, etc.), organic matter (estimate of dissolved organic carbon by ultraviolet spectrum analysis), dissolved organic nitrogen, dissolved organic phosphorus, and polycyclic aromatic hydrocarbons (through fluorescence), chlorophyll pigments (also through fluorescence), various groups of pesticides, also different groups of non-fluorescent or weakly fluorescent organic micropollutants (phenol, etc.), and also metals such as cadmium.
  • nutrients nitrate, ammonium, nitrite, phosphate, silicate, urea, etc.
  • organic matter estimate of dissolved organic
  • the length of the vessel of the spectrophotometric analysis device 1 can be adapted.
  • a tank with a length of 10cm allows an analysis of nitrates in the marine environment.
  • Analyzer 1 also enables the detection of particulate matter through turbidity measurements, as well as characterization of the nature of the particular matter through spectral analysis during lateral scattering of exciting light. (via the sources of emission of ultraviolet and / or visible radiation 243).
  • the analyzer 1 according to the invention is designed to perform these various measurements in time-sharing, of all the possible parameters at a low analysis frequency.
  • the analyzer 1 according to the invention is particularly advantageous for measurement and analysis applications on natural and industrial water networks, owing to the fact that it allows both analyzes at frequencies high enough to succeed in detecting various types of pollution, and a measurement of other essential parameters which are not conventionally measured online (total phosphorus and nitrogen), at a competitive price compared to conventional online analyzers.
  • Analyzer 1 is particularly advantageous in that it allows easy circulation of fluids and supports a variety of spectrophotometric analysis methods.
  • the device 2 and the analyzer 1 according to the invention allow the realization of low-frequency multiparametric analyzes, particularly suitable for measurements on networks. measurements where a frequency of a few measurements per day is sufficient with regard to the temporal evolution of the parameters.
  • Device 2 and analyzer 1 are also particularly suited to conflicting constraints relating to optical path lengths, contamination of the measurement medium, and interference between analyzes.
  • the device 2 and the analyzer 1 are particularly suitable for directly analyzing a non-degassed liquid in a natural environment.

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Abstract

Dispositif de spectrophotométrie et analyseur en ligne intégrant ce dispositif L'invention concerne un dispositif (2) d'analyse spectrophotométrique comprenant : - une cuve (20) s'étendant longitudinalement selon un axe (C), et présentant une conduite d'entrée (231) d'un échantillon, et une conduite de sortie (232) de l'échantillon; - une première source lumineuse (241) configurée pour émettre un rayonnement lumineux dans la cuve (20) selon l'axe (C); - des moyens de captation optiques (26) configurés pour capter un rayonnement lumineux susceptible de traverser la cuve (20) selon l'axe (C); caractérisé en ce que la cuve (20) est constituée par un assemblage d'au moins un bâti 10 (210), d'une première cellule optique (201), d'une deuxième cellule optique (202), et de moyens de retenue (25) de la première cellule optique (201) et de la deuxième cellule optique (202) sur le bâti (210).

Description

Dispositif de spectrophotométrie et analyseur en ligne intégrant ce dispositif
Le domaine de l’invention est celui de la conception et de la fabrication de dispositifs d’analyse de la qualité de milieux liquides.
Plus précisément, l’invention concerne un dispositif d’analyse spectrophotométrique adapter à la réalisation de diverses méthodes spectrométriques et un analyseur en ligne intégrant ce dispositif d’analyse spectrophotométrique, adaptés à l’analyse de la qualité de milieux liquides, tels que d’eaux naturelles ou traitées, éventuellement destinées à la consommation.
Dans le domaine du traitement des eaux, des règlementations de plus en plus sévères concernant les seuils de concentration admissibles dans les eaux obligent le développement de nouvelles installations entièrement automatisées permettant une analyse en ligne, ou en d’autres termes « analyse en continu », de plusieurs paramètres d’échantillons de ces eaux, qu’elles soient naturelles ou industrielles.
Une installation d’analyse en ligne de l’eau est décrite dans le document de brevet publié sous le numéro FR2809490. Cette installation comprend :
- des moyens de prélèvement d’un échantillon brut de l’eau à analyser ;
- des moyens de préparation de de l’échantillon brut, par exemple avec des réactifs et/ou de solvants, pour produire un échantillon dit « analysable » ;
- des moyens d’analyse de l’échantillon. Ce type d’installation comprend classiquement un système de pilotage de vannes réparties dans l’installation pour transférer différents produits (eau, solvants, réactifs, ...) entre les composants de l’installation, et permettre une automatisation des analyses.
Les moyens d’analyse sont nombreux et permettent d’obtenir une diversité importante de mesures des composants de l’eau. Par exemple, une analyse peut être effectuée par spectrophotométrie UV ou visible, ou par toute autre méthode de détection ou de séparation pour des effluents liquides, telle que par réfractométrie, fluorescence, électrochimie, conductivité, radioactivité, spectrométrie de masse, chromatographie liquide haute performance ou autre.
Aujourd’hui les systèmes en lignes sur le marché sont des systèmes visant à des analyses spécifiques, le plus souvent mono-paramètres. Pour disposer d’un ensemble d’analyses tel que demandé dans la réglementation européenne il est donc nécessaire de disposer de plusieurs appareils distincts.
Une telle quantité de dispositifs d’analyse se révèle problématique pour une intégration dans un analyseur en ligne, destiné à être installé sur le lieu même des prélèvements. En effet, le coût total (coûts d’achat, de maintenance, et d’exploitation) de ces dispositifs peut être prohibitif, et leur intégration dans un analyseur en ligne peut être particulièrement complexe du fait du nombre important de circuits hydrauliques, de vannes, et des différentes manières dont doivent être préparés les échantillons pour chacune des analyses.
Un autre problème est relatif à la nature même des dispositifs d’analyse qui sont utilisés. En effet, ces dispositifs d’analyse peuvent présenter des conceptions dérivées des dispositifs classiques utilisés en laboratoire.
Plus spécifiquement, les spectrophotomètres utilisés pour les analyses en ligne mettent en œuvre des cuves pouvant être particulièrement onéreuse, notamment pour les cuves en quartz.
La réalisation d’analyse en ligne, par exemple pour suivre la qualité de l’eau d’un cours d’eau, peut impliquer l’installation de plusieurs analyseurs, sur les lieux mêmes de prélèvement des échantillons, le long du cours d’eau. En conséquence, l’utilisation de composants onéreux dans les moyens d’analyse limite le nombre de points d’analyse pouvant être mis en en œuvre par une structure.
L’invention a notamment pour objectif de pallier ces inconvénients de l’art antérieur. Plus précisément, l’invention a pour objectif de proposer un matériel d’analyse en ligne d’eaux qui soit plus adapté fonctionnellement et économiquement à être mis en œuvre sur le terrain que les matériels selon l’art antérieur.
L’invention a également pour objectif de fournir un tel matériel qui soit aisé à entretenir. Ces objectifs, ainsi que d’autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints par l’invention qui a pour objet un dispositif d’analyse spectrophotométrique comprenant :
- une cuve s’étendant longitudinalement selon un axe C, et présentant une conduite d’entrée d’un échantillon, et une conduite de sortie de l’échantillon ;
- une première source lumineuse configurée pour émettre un rayonnement lumineux dans la cuve selon l’axe C ; - des moyens de captation optiques configurés pour capter un rayonnement lumineux susceptible de traverser la cuve selon l’axe C ; caractérisé en ce que la cuve est constituée par un assemblage d’au moins :
- un bâti dans lequel est ménagé un évidement de circulation de l’échantillon ;
- une première cellule optique montée de façon amovible à une première extrémité de l’évidement de circulation ;
- une deuxième cellule optique montée de façon amovible à une deuxième extrémité de l’évidement de circulation ;
- des moyens de retenue de la première cellule optique et de la deuxième cellule optique sur le bâti, la première cellule optique et la deuxième cellule optique comprenant chacune :
- un corps principal destiné à former une partie d’un réservoir délimité par la cuve dans lequel un échantillon est destiné à prendre place pour y être analysé, et
- un corps secondaire, les corps secondaires formant respectivement la conduite de sortie ou la conduite d’entrée, chaque corps principal comprenant un fond, et une paroi périphérique s’étendant depuis le fond jusqu’à une ouverture, les corps principaux de la première et de la deuxième cellule optique étant alignés sur l’axe C et orientés pour que leur ouverture respective soient en face l’une de l’autre.
Le dispositif spectrophotométrique selon l’invention dispose d’une conception de cuve particulièrement adaptée à la réalisation d’analyse en ligne.
En effet, la cuve du dispositif est conçue pour permettre une analyse spectrophotométrique dans la longueur de la cuve. De ce fait, le dispositif selon l’invention bénéficie d’une grande sensibilité, ce qui est particulièrement avantageux pour l’analyse en ligne d’eaux, telles que de l’eau de cours d’eau ou de l’eau de mer.
De plus, cette sensibilité peut être ajustée aisément lors de l’assemblage de la cuve, en augmentant ou en diminuant la longueur de la cuve.
Le bâti et son évidement de circulation permettent de définir la longueur de la cuve, et ainsi du chemin optique, et de définir la sensibilité du dispositif de spectrophotométrie.
La modification de la longueur de la cuve est aisément réalisable par le biais d’une sélection d’un bâti présentant un évidement de circulation d’une longueur plus ou moins importante. Une longueur plus importante de l’évidement de circulation augmente la distance entre les deux cellules optiques et ainsi la distance (le chemin optique) séparant des fonds cellules optiques.
Grâce à l’invention, il est ainsi possible d’obtenir une cuve avec un chemin optique particulièrement long (par exemple 10 cm ou plus) sans toutefois nécessiter une unique cuve monobloc potentiellement onéreuse à fabriquer et/ou à se procurer. Il suffit d’utiliser des cellules optiques standardisées pour le dispositif, et de les installer dans des bâtis adaptés pour former des cuves avec la longueur de chemin optique voulue, et notamment adaptée à une analyse en ligne, et encore plus spécifiquement une analyse en ligne réalisée in situ d’eaux naturelles (cours d’eau, eaux usées, eaux d’écoulements, ...).
La conception du dispositif selon l’invention est plus particulièrement adaptée la réalisation de mesures en milieu naturel, c’est-à-dire de liquides potentiellement saturés en gaz, notamment en oxygène, et ainsi susceptibles d’engendrer l’apparition de bulles dans la cuve, et de liquides également susceptibles de provoquer un encrassement important et rapide de la cuve.
Il est à noter que chacune des cellules optiques est monobloc, ou plus précisément monolithique. En effet, ces cellules optiques sont formées dans un matériau transparent adapté à être traversé par les rayonnements lumineux produits par la première source lumineuse. Par exemple, les cellules optiques peuvent être formées en quartz, ou en verre. La conception de la cuve permet de réaliser aisément un entretien de la cuve, ce qui est une nécessité pour des appareils installés sur le terrain avec éventuellement des conditions de manipulation délicates.
Par exemple, les parties de la cuve peuvent être découplées pour permettre un nettoyage des deux cellules optiques et de l’évidement de circulation, ou un remplacement sélectif de l’un des composants de la cuve.
Plus spécifiquement, la cuve n’est formée que par l’évidement du bâti et par les deux cellules optiques. Dès lors, un nettoyage de la cuve se limite au nettoyage de ces trois éléments. Les cellules optiques sont aisées à nettoyer. En effet, elles présentent uniquement deux parties creuses (le corps principal et le corps secondaire) ce qui limite les possibilités d’encrassement et permet de réaliser rapidement un nettoyage efficace. Les cellules optiques ne sont notamment pas formées par un assemblage de multiples petits éléments susceptibles de former de multiples points d’encrassement. Selon une conception préférée, les moyens de retenue comprennent :
- des moyens de positionnement, dits premiers moyens de positionnement, de la première source lumineuse par rapport à l’évidement de circulation ;
- des moyens de positionnement, dits deuxièmes moyens de positionnement, des moyens de captation optiques par rapport à l’évidement de circulation. De tels moyens de retenue présentent une fonction double en permettant, tout en maintenant captives la première cellule optique et la deuxième cellule optique dans l’évidement de circulation du bâti, de s’assurer du bon positionnement de la première source lumineuse et des moyens de captation optiques.
Dans ce cas, selon une solution avantageuse, les moyens de retenue comprennent : - un premier bloc assemblé sur le bâti en recouvrement de la première extrémité de l’évidement de circulation, le premier bloc présentant l’un des premiers moyens de positionnement et des deuxièmes moyens de positionnement ;
- un deuxième bloc assemblé sur le bâti en recouvrement de la deuxième extrémité de l’évidement de circulation, le deuxième bloc présentant l’autre des premiers moyens de positionnement et des deuxièmes moyens de positionnement.
De tels blocs forment une solution particulièrement simple pour retenir les cellules optiques sur le bâti à l’intérieur de l’évidement de circulation.
De plus, ces blocs permettent d’obturer des ouvertures présentées par le bâti et destinées à permettre l’insertion des cellules optiques dans l’évidement de circulation et d’empêcher, ou à tout le moins de limiter grandement, le passage d’une lumière extérieure au dispositif qui perturberait l’analyse spectrophotométrique.
Tel que cela est détaillé par la suite, les premiers moyens de positionnement et les deuxièmes moyens de positionnement peuvent prendre la forme d’évidements ménagés dans le premier bloc et le deuxième bloc, constituant ainsi les emplacements où doivent être insérés la première source lumineuse et les moyens de captation optique.
Préférentiellement, le premier bloc et le deuxième bloc sont identiques l’un de l’autre.
De cette manière un seul type de pièce doit être fabriqué pour former un premier bloc ou un deuxième bloc. La conception du dispositif est ainsi plus simple, pratique et économique.
Selon un mode de réalisation préféré, le dispositif comprend au moins une source d’émission d’un rayonnement ultraviolet et/ou visible, le bâti comprenant des moyens de positionnement, dits troisièmes moyens de positionnement, de la source d’émission d’un rayonnement ultraviolet et ou visible pour émettre un rayonnement ultraviolet et ou visible dans l’une de la première ou de la deuxième cellule optique, transversalement à l’axe C.
La ou les sources d’émission d’un rayonnement ultraviolet et ou visible permettent de réaliser les analyses de spectro-fluorimétrie par ultraviolet grâce au dispositif.
La ou les sources d’émission d’un rayonnement ultraviolet et ou visible peuvent être des LED. Elles sont alors particulièrement intéressantes pur leurs performances, leur durée de vie et leur coût. D’autres sources peuvent être envisagées telles que des sources fibrées.
Grâce à ce mode de réalisation, le positionnement de la ou les sources de rayonnement ultraviolet et ou visible est optimisé et simplifié de par leur intégration dans le bâti.
Selon une conception préférentielle, le dispositif comprend une deuxième source lumineuse, le bâti comprenant des moyens de positionnement, dits quatrièmes moyens de positionnement, de la deuxième source lumineuse pour émettre un rayonnement lumineux dans la cuve selon un axe A formant un angle compris entre 40° et 50° avec l’axe C, et préférentiellement un angle de 45° avec l’axe C.
Grâce à cette conception, il est possible d’analyser un signal lumineux émis par la deuxième source lumineuse, réfléchie par l’échantillon situé dans l’évidement de circulation.
Préférentiellement, les quatrièmes moyens de positionnement sont configurés pour positionner la deuxième source lumineuse de manière à ce qu’elle émette un rayonnement lumineux au travers de la cellule optique qui est située en dessous des moyens de captation optiques.
Selon un mode de réalisation préféré, quand le premier bloc et le deuxième bloc sont identiques, les troisièmes moyens de positionnement et les quatrièmes moyens de positionnement prennent la forme d’évidements présentés par chacun du premier bloc et du deuxième bloc, et le dispositif comprend des obturateurs susceptibles d’être assemblés sur les évidements formant les troisièmes moyens de positionnement et les quatrièmes moyens de positionnement.
Ces obturateurs permettent à la cuve de présenter plusieurs évidements pour augmenter le type d’analyse réalisable par le biais du dispositif, tout en réservant une possibilité d’obturer un ou plusieurs évidements quand des capteurs ou des sources lumineuses ne sont pas assemblés sur ces évidements.
Les évidements peuvent recevoir, indifféremment, une connexion de fibre optique, un support LED, ou un obturateur. Ainsi équipée une cuve peut disposer jusqu’à 6 entrées/sorties optiques permettant une grande variété de configuration optique avec un nombre minimal de sources et récepteurs.
Préférentiellement, l’évidement de circulation présente une longueur supérieure ou égale à 30 millimètres, et avantageusement supérieure ou égale à 50 millimètres et inférieure ou égale à 100 millimètres. De telles longueurs de la cuve lui permettent de conférer au dispositif d’analyse spectrophotométrique une sensibilité particulièrement adaptée à la mesure et à l’analyse en ligne de l’eau de rivière ou de l’eau marine par exemple. La longueur de l’évidement de circulation est déterminée en fonction des concentrations attendues dans le milieu à analyser. Selon une caractéristique avantageuse, le dispositif comprend pour chacun de la première source lumineuse et des moyens de captation optiques des moyens de transmission par fibre optique de rayonnements lumineux.
De cette manière, le dispositif d’analyse spectrophotométrique présente une conception particulièrement simple à mettre en oeuvre. Par exemple, la ou les sources lumineuses peuvent alors comprendre un générateur du rayonnement, une fibre optique s’étendant à partir du générateur, et un embout couplé sur une extrémité de la fibre optique. Le générateur peut ainsi être aisément éloigné de la cuve et y être couplé par le biais de la fibre optique et de l’embout qui retransmet dans la cuve le rayonnement. Selon une conception avantageuse, le dispositif comprend des moyens d’étanchéité entre la première cellule optique et l’évidement de circulation, et entre la deuxième cellule optique et l’évidement de circulation.
Grâce à cette conception, bien qu’elle présente une conception modulaire, la cuve bénéficie d’une étanchéité renforcée. En effet, des joints permettent par exemple d’assurer l’étanchéité de l’intérieur de la cuve bien que les cellules optiques puissent être montées et démontées du bâti.
Selon une caractéristique avantageuse, pour chaque cellule optique :
D ³ Se + 2. h avec : - « D » est la section interne du corps principal de la cellule optique, mesurée perpendiculairement à l’axe C ;
- « Se » est la section efficace d’une lentille de collimation de la première source lumineuse ; - « h » est la hauteur le long de l’axe C entre le fond du corps principal de la cellule optique et le corps secondaire de la cellule optique qui forme la conduite d’entrée ou la conduite de sortie.
De cette manière, il est évité des interférences entre un rayon lumineux à analyser (correspondant à la section efficace de la lentille de collimation) et d’éventuelles bulles ou salissures situées dans des angles de la cuve, notamment à la périphérie des fonds des cellules optiques.
Ce dessin de cuve évite ainsi de former, ou à tout le moins minimise, des zones de piégeage de microbulles présente dans le fluide à analyser, et dont l’accumulation peut provoquer la formation d’une bulle interférant avec le rayon optique, ces dernières se formant dans les zones d’écoulements perturbés (localisées notamment au niveau des angles de la cuve).
Par section interne du corps principal, il est entendu le diamètre interne du corps principal dans le cas où ce dernier est cylindrique de révolution. Selon une conception avantageuse, le dispositif comprend un support d’orientation dans l’espace de la cuve configuré pour que :
- la conduite de sortie présente un axe d’extension central E ;
- l’axe C de la cuve et l’axe d’extension central E s’inscrivent dans un plan vertical ; avec l’axe d’extension central E formant un angle b compris entre 0° et 60° avec une direction verticale V, préférentiellement l’angle b étant compris entre 0° et 45°, la conduite de sortie étant disposée au-dessus de la conduite d’entrée.
Grâce à cette conception, il est favorisé l’évacuation de bulles s’étant formées dans la cuve. L’évacuation est meilleure pour un l’angle b compris entre 0° et 45°, et optimisée pour un l’angle b égal à 45°. Selon une première variante, le corps principal de chaque cellule optique est cylindrique de révolution.
L’écoulement dans la cuve est alors facilité, et le dépôt de salissures dans les angles de la cuve sont diminués.
Selon une seconde variante, le corps principal de chaque cellule optique présente une section carrée.
De cette manière, la transmission optique au sein de la cuve est favorisée.
L’invention a également pour objet un analyseur en ligne de liquides, comprenant :
- des moyens de prélèvement d’un échantillon brut des liquides ;
- des moyens de préparation de l’échantillon brut comprenant des sous-ensembles de traitement, les moyens de préparation étant aptes à produire un échantillon à analyser ;
- des moyens électroniques de pilotage des moyens de préparation, les moyens électroniques étant paramétrés avec une pluralité de protocoles de préparation de l’échantillon à analyser à partir de l’échantillon brut avec au moins l’un des sous- ensemble de traitement ;
- des moyens d’analyse par spectrophotométrie de l’échantillon à analyser ; caractérisé en ce que les moyens d’analyse par spectrophotométrie comprennent un dispositif d’analyse spectrophotométrique tel que décrit précédemment. Grâce à l’utilisation d’un dispositif d’analyse spectrophotométrique tel que décrit précédemment, l’analyseur en ligne selon l’invention présente une conception particulièrement adaptée à une installation sur le terrain.
En effet, l’analyseur en ligne selon l’invention bénéficie alors d’un dispositif d’analyse spectrophotométrique pourvu d’une cuve offrant une grande sensibilité tout en ne présentant pas une conception onéreuse.
En conséquence, sur un site à contrôler, il est possible de multiplier le nombre d’analyseurs en ligne selon l’invention sans que la multiplication du nombre de dispositifs de spectrophotométrie et, par conséquent, du nombre de cuves, ne viennent grever le coût de l’ensemble des installations. Selon une conception préférentielle, les moyens de préparation comprennent une pompe-seringue couplée aux moyens de prélèvement, aux sous-ensembles de traitement, et aux moyens d’analyse par spectrophotométrie, par l’intermédiaire de circuits hydrauliques équipés de vannes, les moyens électroniques de pilotage étant configurés pour ouvrir ou fermer les vannes en fonction des protocoles de préparation. Grâce à cette conception, les moyens de préparation sont simplifiés par rapport aux moyens de préparation qui existent dans l’art antérieur. La pompe seringue dispose en effet d’un réservoir dans lequel peuvent être simplement mélangés l’échantillon brut avec des solvants ou alors dans lequel peuvent être réalisés des mélanges réactionnels.
La pompe seringue forme ainsi un élément central des moyens de préparation permettant de prélever les composants requis en vue des analyses ou de distribuer des composants et/ou des mélanges au sous-ensemble des traitements en vue de la réalisation de préparations intermédiaires pour enfin pouvoir les injecter dans les moyens d’analyse.
Selon une solution préférentielle, les sous-ensembles de traitement comprennent des moyens de thermorégulation, des moyens d’oxydation, des moyens de filtration micrométriques, des réserves de réactifs, des réserves de solvants.
Grâce à cette conception, les moyens d’analyse par spectrométrie permettent la réalisation de différents types d’analyses tels que de la spectrophotométrie par ultraviolets, ou dans le spectre visible, par fluorescence, par colorimétrie, ou encore de la spectrométrie Raman. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante de deux modes de réalisation préférentiels de l’invention, donnés à titre d’exemples illustratifs et non limitatifs, et des dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d’un dispositif d’analyse de spectrophotométrie et de sa cuve, selon l’invention, illustrant plus spécifiquement la cuve selon une première coupe transversale ;
- la figure 2 est une représentation schématique selon une vue identique à celle de la figure 1 , d’un bâti et de moyens de retenue participant à l’assemblage de la cuve du dispositif d’analyse spectrophotométrique selon l’invention ;
- la figure 3 est une représentation schématique du dispositif d’analyse spectrophotométrique selon l’invention, illustrant plus spécifiquement la cuve selon une deuxième coupe transversale perpendiculaire à la première coupe transversale ; - la figure 4 est une représentation schématique éclatée selon la deuxième coupe transversale, du bâti ainsi que d’un premier bloc et d’un deuxième bloc des moyens de retenue ;
- la figure 5 est une représentation schématique selon une vue en perspective d’une première cellule optique d’un dispositif d’analyse spectrophotométrique selon l’invention ; - la figure 6 est une représentation schématique de la première cellule optique selon le plan de coupe de la figure 3 ;
- la figure 7 est une représentation schématique d’un analyseur en ligne de liquide selon l’invention ;
- la figure 8 est une représentation schématique selon une vue en perspective d’une cuve selon un deuxième mode de réalisation ;
- la figure 9 est une représentation schématique selon une coupe transversale de la cuve selon le deuxième mode de réalisation, notamment selon les traits de coupe IX-IX illustrés sur la figure 10 ;
- la figure 10 est une représentation schématique selon une coupe transversale de la cuve selon le deuxième mode de réalisation, notamment selon les traits de coupe X-X illustrés sur la figure 10 ;
- la figure 11 est une représentation schématique selon une vue du dessus de la cuve, illustrant notamment un deuxième bloc de moyens de retenus ;
- la figure 12 est une représentation schématique de la cuve selon le deuxième mode de réalisation couplée à un support d’orientation dans l’espace ;
- la figure 13 est une représentation schématique d’une cellule optique selon un autre mode de réalisation.
En référence aux figures 1 à 6, et 8 à 13, un dispositif 2 d’analyse spectrophotométrique est décrit ci-après. Le dispositif 2 d’analyse spectrophotométrique est conçu pour permettre d’effectuer une mesure spectrométrique de l’absorbance d’une solution à une longueur d’ondes donnée, ou sur une région donnée du spectre lumineux. Tel qu’illustré de manière schématique par les figures 1 et 3, le dispositif 2 d’analyse spectrophotométrique comprend :
- une cuve 20 ;
- une première source lumineuse 241 ;
- des moyens de captation optiques 26.
De manière classique dans le domaine de la spectrophotométrie, la première source lumineuse 241 est configurée pour émettre un rayonnement lumineux dans la cuve 20. Ce rayonnement lumineux émis dans la cuve est réalisé à une longueur d’ondes donnée ou dans une région donnée du spectre lumineux.
Les moyens de captation optiques 26 sont quant à eux configurés pour capter un rayonnement lumineux susceptible de traverser la cuve 20.
En référence aux figures 1 et 3, et aux figures 9 et 10, la cuve 20 s’étend longitudinalement selon un axe C.
Par exemple, la cuve 20 peut prendre la forme d’un cylindre, et notamment d’un cylindre de révolution.
La cuve 30 peut également prendre la forme d’un pavé droit de section carré.
La première source lumineuse 241 et les moyens de captation optique 26 sont plus spécifiquement configurés pour émettre un rayonnement et pour capter un rayonnement selon l’axe C respectivement.
A cet effet, et tel que cela est détaillé par la suite, la première source lumineuse 241 et les moyens de captation optique 26 sont situés dans l’alignement de l’axe C.
En référence aux figures 3, 9 et 12, la cuve 20 présente une conduite d’entrée 231 d’un échantillon et une conduite de sortie 232 de l’échantillon.
Un échantillon liquide est destiné à être introduit dans la cuve 20 par l’intermédiaire de la conduite d’entrée 231 pour la réalisation d’une analyse spectrophotométrique, puis évacué par l’intermédiaire de la conduite de sortie 232 une fois l’analyse menée.
La première source lumineuse 241 et les moyens de captation optique 26 permettent ainsi de réaliser une mesure spectrophotométrique en absorption de l’échantillon situé dans la cuve 20.
Le dispositif 2 selon le présent mode de réalisation comprend également deux sources d’émission d’un rayonnement ultraviolet et/ou visible 243 configurées pour émettre un rayonnement ultraviolet et ou visible dans la cuve 20. Le rayonnement ultraviolet et/ou visible est avantageusement émis transversalement à l’axe C.
Le dispositif 2 comprend également une deuxième source lumineuse 242 configurée pour émettre un rayonnement lumineux dans la cuve 20 selon un axe A distinct de l’axe C. De préférence, l’axe A forme un angle a compris entre 40° et 50° avec l’axe C.
Préférentiellement, cet angle a est de 45° avec l’axe C. Les deux sources d’émission d’un rayonnement ultraviolet et/ou visible 243 permettent de réaliser des mesures de spectroscopie par fluorescence, et la deuxième source lumineuse 242 permet de réaliser une mesure de spectrophotométrie d’un signal lumineux réfléchi à l’intérieur de la cuve 20, et permettant plus spécifiquement de déterminer une nature de particules contenues dans l’échantillon.
De manière plus générale, les sources lumineuses du dispositif 2 d’analyse spectrophotométrique permettent de réaliser une analyse dans une gamme de mesure couvrant le spectre ultraviolet, ainsi que le spectre visible, c’est-à-dire entre 200 et 1 000 nanomètres. Ces composants (sources lumineuses et sources d’émission d’un rayonnement ultraviolet et/ou visible) sont décrits plus en détails par la suite.
Le dispositif 2, selon le présent mode de réalisation, comprend pour chacun de la première source lumineuse 241 et des moyens de captation optique 26, des moyens de transmission par fibre optique de rayonnement lumineux. Le dispositif 2 comprend également pour la deuxième source lumineuse 242 des moyens de transmission par fibre optique de rayonnement lumineux.
A cet effet, ces composants comprennent une fibre optique pourvue d’un embout destiné à coopérer avec la cuve 20.
Plus précisément, et en référence aux figures 1 et 3, les moyens de captation optique 26 comprennent un premier embout 260, une première fibre optique 261 , et une unité d’analyse du rayonnement lumineux 262. La première fibre optique 261 s’étend à partir de l’unité d’analyse du rayonnement lumineux 262, et le premier embout 260 est couplé à une extrémité de la première fibre optique 261.
De manière identique, la première source lumineuse 241 comprend un deuxième embout 2411 , une deuxième fibre optique 2412, et une première unité d’émission du rayonnement lumineux 2413. La deuxième fibre optique 2412 s’étend à partir de la première unité d’émission du rayonnement lumineux 2413, et le deuxième embout 2411 est couplé à une extrémité de la deuxième fibre optique 2412.
Plus spécifiquement et tel qu’illustré par la figure 13, le deuxième embout 2411 de la première source lumineuse 241 comprend une lentille de collimation 24110.
Cette lentille de collimation 24110 est centrée sur l’axe C par une bague de positionnement 24111.
La lentille de collimation 24110 présente une section efficace Se qui correspond au diamètre du cercle délimitant la demi-sphère non masquée par le système de maintien/positionnement de la lentille de collimation, c’est à dire la bague de positionnement.
A des fins de mesure, la section efficace Se de la lentille de collimation 24110 peut être assimilée au diamètre interne de la bague de positionnement 2411. En effet, la bague de positionnement 24111 empêche la transmission d’un rayonnement lumineux au travers du matériau qui la constitue.
Également, en référence à la figure 3, la deuxième source lumineuse 242 comprend un troisième embout 2421 , une troisième fibre optique 2422, et une deuxième unité d’émission du rayonnement lumineux 2423. La troisième fibre optique 2422 s’étend à partir de la deuxième unité d’émission du rayonnement lumineux 2423, et le troisième embout 2421 est couplé à une extrémité de la troisième fibre optique 2421.
En référence aux figures 1 à 4, et aux figures 8 à 11 , et selon le principe de l’invention, la cuve 20 est constituée par un assemblage d’au moins : - un bâti 210 ;
- une première cellule optique 201 ;
- une deuxième cellule optique 202 ;
- des moyens de retenue 25 de la première cellule optique 201 et de la deuxième cellule optique 202 sur le bâti 210. Le bâti 210 comprend un évidement de circulation 203 de l’échantillon. Plus particulièrement, un échantillon est destiné à entrer dans l’évidement de circulation 203 par la conduite d’entrée 231 , puis à en ressortir par la conduite de sortie 232.
Le bâti 210, qui forme la paroi de l’évidement de circulation 203, est réalisé en un matériau compatible avec l’usage de solvants organiques et d’acides. Le matériau constituant ce bâti est également opaque de manière à empêcher l’entrée d’une lumière extérieure au dispositif qui serait susceptible de perturber l’analyse.
A titre d’exemple non limitatif, ce matériau peut être tétra-fluoroéthylène.
Tel qu’illustré par les figures 2 et 4, et 9 et 11 , cet évidement de circulation 203 traverse longitudinalement le bâti 210. Cet évidement de circulation 203 présente une première extrémité 2031 et une deuxième extrémité 2032 opposée à la première extrémité 2031 le long de l’axe C.
Selon le principe de l’invention, et en référence aux figures 1 à 6, la première cellule optique 201 est montée de façon amovible à la première extrémité 2031 de l’évidement de circulation 203. De même, la deuxième cellule optique 202 est montée de façon amovible à la deuxième extrémité 2032 de l’évidement de circulation 203.
Les moyens de retenue 25 permettent de retenir captives les cellules optiques dans l’évidement de circulation 203.
Selon les deux modes de réalisation, ces moyens de retenue 25 comprennent :
- un premier bloc 211 assemblé sur le bâti 210 en recouvrement de la première extrémité 2031 de l’évidement de circulation 203 ;
- un deuxième bloc 212 assemblé sur le bâti 210 en recouvrement de la deuxième extrémité 2032 de l’évidement de circulation 203. Pour assembler le premier bloc 211 et le deuxième bloc 212 sur le bâti 210, et en référence aux figures 1 , 2 et 8 à 11 , les moyens de retenue 25 comprennent également :
- des trous taraudés 251 présentés par le bâti 210 ;
- des vis 250 complémentaires en assemblage des trous taraudés. En référence aux figures 1 à 4, et 8 à 11 pour s’assurer du bon fonctionnement des sources lumineuses et des moyens de captation optique 26, le dispositif 2 comprend des moyens de positionnement intégrés dans la cuve 20.
Plus précisément, les moyens de retenue 25 comprennent des premiers moyens de positionnement 2410 de la première source lumineuse 241 par rapport à l’évidement de circulation 203.
Ces premiers moyens de positionnement 2410 prennent la forme d’un évidement présenté par le deuxième bloc 212. Cet évidement est centré sur l’axe C et est plus spécifiquement destiné à recevoir, orienter en direction de la cuve 20 sur l’axe C, et maintenir en position le deuxième embout 2411 de la première source lumineuse 241. L’évidement formant les premiers moyens de positionnement 2410 peuvent recevoir la bague de positionnement 24111 de la lentille de collimation 24110 évoquée précédemment. Toutefois, selon un mode de réalisation envisageable, la bague de positionnement 24111 peut être formée à même le première bloc 211 ou le deuxième bloc 212 et dans ce cas la bague de positionnement 24111 est venue de matière avec ledit bloc.
De même, les moyens de retenue 25 comprennent des moyens de positionnement, dits deuxièmes moyens de positionnement 2600, des moyens de captation optiques 26 par rapport à l’évidement de circulation 203.
Ces deuxièmes moyens de positionnement 2600 prennent également la forme d’un évidement centré sur l’axe C. Cet évidement est présenté par le premier bloc 211 et est plus spécifiquement destiné à recevoir, orienter en direction de la cuve 20 sur l’axe C, et maintenir en position le premier embout 260 des moyens de captation optiques 26.
Selon le présent mode de réalisation et en référence aux figures 1 , 2, et 8 à 10, le dispositif 2 comprend également des troisièmes moyens de positionnement 2430 des sources d’émission d’un rayonnement ultraviolet et/ou visible 243.
Les troisièmes moyens de positionnement 2430 prennent la forme d’évidements ménagés dans le premier bloc 211 pour le premier mode de réalisation illustré par la figure 2, et dans le premier bloc ainsi que dans le deuxième bloc 212 pour le deuxième mode de réalisation illustré par les figures 8 à 10. Ces évidements s’étendent perpendiculairement à l’axe C au niveau de l’une des extrémités 2031 , 2032 de l’évidement de circulation 203. Les sources d’émission d’un rayonnement ultraviolet et ou visible 243 sont destinées à être introduites et maintenues en position dans ces évidements par vissage. Selon les figures 3, 4, et 8 à 11 , le dispositif 2 comprend également des quatrièmes moyens de positionnement 2420 de la deuxième source lumineuse 242.
Les quatrièmes moyens de positionnement 2420 sont quant à eux, en référence au mode de réalisation de la figure 4, présentés par le premier bloc 211 des moyens de retenue 25. Selon le deuxième mode de réalisation illustré par les figures 8 à 11 , les quatrièmes moyens de positionnement 2420 sont présentés à la fois par le premier bloc 211 et par le deuxième bloc 212.
Ces quatrièmes moyens de positionnement 2420 prennent chacun la forme d’un évidement ménagé dans le premier bloc 211 et/ou le deuxième bloc 212. Cet évidement s’étend en longueur selon un axe, notamment l’axe A représenté sur les figures 3, 4 et 9, qui forme un angle a compris entre 40° et 50° avec l’axe C.
Selon le mode de réalisation de la cuve 20 illustré par les figures 8 à 11 , le premier bloc 211 et le deuxième bloc 212 sont identiques l’un de l’autre.
Plus spécifiquement et en référence aux figures 9 et 10, le premier bloc 211 et le deuxième bloc 212 sont symétriques par rapport à un plan P perpendiculaire à l’axe central C.
Ce premier bloc 211 et ce deuxième bloc 212 peuvent ainsi être inters changés ou être remplacés par des pièces identiques.
Un seul type de bloc doit être fabriqué pour former le premier bloc 211 ou le deuxième bloc 212.
Tel qu’évoqué précédemment, le premier bloc 211 et/ou le deuxième bloc 212 présentent des évidements destinés à former les premiers moyens de positionnement 2410, les deuxièmes moyens de positionnement 2600, les troisièmes moyens de positionnement 2430, et les quatrièmes moyens de positionnement 2420. Grâce à la symétrie des deux blocs 211 , 212, les évidements peuvent être utilisés indifféremment pour former l’un des moyens de positionnement cités ci-dessus et adapté à la position de ces évidements. Cette conception des blocs 211 , 212 offre ainsi une polyvalence importante à la cuve 20.
Selon ce mode de réalisation illustré par les figures 8 à 11 , le dispositif 2 comprend également des obturateurs pouvant être assemblés sur les évidements formant les troisièmes moyens de positionnement 2430 et les quatrièmes moyens de positionnement 2420.
Ces obturateurs 6 sont assemblés sur les évidements dès que ces derniers ne servent pas à positionner une source lumineuse et ou tout autre dispositif apte à s’assembler dans l’un de ces évidements.
Grâce à ce mode de réalisation, le dispositif 2 peut également être adapté à différentes exigences de mesures. C’est-à-dire que les différents évidements peuvent recevoir d’autres sources optiques, en lumière visible ou en UV, ou d’autres moyens de captation optiques. Des systèmes de commutations peuvent alors être utilisés pour faire varier le type de mesure réalisable à un temps donné dans la cuve.
Cette symétrie des blocs optiques et des différents évidements offre ainsi une capacité de paramétrage particulièrement intéressante pour le dispositif 2. A présent, en référence aux figures 5, 6 et 13, les cellules optiques (première cellule optique 201 , et deuxième cellule optique 202) sont décrites.
La deuxième cellule optique 202 est identique à la première cellule optique 201. Sa structure est ainsi identique à celle de la première cellule optique et la description ci-après de la première cellule optique 201 correspond également à une description de la deuxième cellule optique.
La première cellule optique 201 présente :
- un corps principal destiné à former une partie du réservoir délimité par la cuve 20 et dans lequel un échantillon est destiné à prendre place pour y être analysé ;
- un corps secondaire s’étendant perpendiculairement au corps principal depuis ce dernier.
Le corps secondaire débouche dans le corps principal pour permettre une communication fluidique entre eux.
Selon le premier mode de réalisation illustré par la figure 3, le corps secondaire de la première cellule optique 201 est destiné à former la conduite de sortie 232 de l’échantillon. Pour la deuxième cellule optique 202, le corps secondaire est destiné à former la conduite d’entrée 231 de l’échantillon.
Selon le deuxième mode de réalisation illustré par la figure 9, le corps secondaire de la première cellule optique 201 est destiné à former la conduite d’entrée 231 de l’échantillon.
Pour la deuxième cellule optique 202, le corps secondaire est destiné à former la conduite de sortie 232 de l’échantillon.
Plus spécifiquement, selon les figures 5, 6 et 13, le corps principal de la première cellule optique 201 comprend un fond 2010, et une paroi périphérique 2011 s’étendant depuis le fond 2010 jusqu’à une ouverture 2013. Selon le mode de réalisation de la figure 5, le corps principal prend la forme d’un cylindre, et notamment d’un cylindre de révolution. Il est toutefois envisageable que le corps principal prenne une forme de pavé droit à section carrée.
Le corps secondaire présente quant à lui une paroi cylindrique 2014 s’étendant depuis la paroi périphérique 2011 du corps principal jusqu’à une deuxième ouverture 2015.
Le corps principal est ouvert sur le corps secondaire, c’est-à-dire que, tel qu’illustré par les figures 6 et 13, une circulation fluidique depuis le corps secondaire jusque dans le corps principal est possible à la jonction entre les deux corps.
Selon le présent mode de réalisation, les cellules optiques sont en quartz.
Bien entendu, les cellules optiques peuvent être en tout autre type de matériaux adapté. Par exemple, les cellules optiques peuvent être en verre.
D’autres types de matériau transparent, apte à laisser passer un rayonnement lumineux peuvent être utilisés.
En référence à la figure 6, la première cellule optique 201 présente une section interne D (son diamètre étant donné que selon le présent mode de réalisation le corps principal est cylindrique de révolution) au niveau du corps principal qui est compris entre 5 et 7 mm, voire entre 5 et 6 millimètres.
Cette section interne D se mesure perpendiculairement à l’axe C, et entre les faces internes de la paroi périphérique 2011 du corps principal. Les conduites d’entrée 231 et les conduites de sortie 232 présentent quant à elles un diamètre interne d compris entre 2 et 3 millimètres.
En référence à la figure 13, le corps secondaire est raccordé au corps principal à proximité immédiate du fond 2010.
Plus précisément, chaque cellule optique 201 , 202 présente une hauteur h, le long de l’axe C, entre le fond 2010 du corps principal de la cellule optique 201 , 202 et le corps secondaire de la cellule optique 201 , 202 qui forme la conduite d’entrée ou la conduite de sortie. Cette hauteur h se mesure entre une face interne du fond 2010 du corps principal, et une face interne de la paroi cylindrique 2014 du corps secondaire la plus proche du fond 2010, tel que cela est illustré par la figure 13. II est à noter que, selon une caractéristique de l’invention, le rapport suivant est respecté par chaque cellule optique : D > Se + 2. h.
En d’autres termes, la section interne (ou diamètre interne le cas échéant) de la cuve 20 est au moins égal à la section efficace Se de la lentille de collimation 24110 plus deux fois la hauteur h de la zone de jonction entre le fond 2010 du corps principal et la paroi cylindrique 2014 du corps secondaire.
A titre indicatif, la bague de positionnement peut présenter un diamètre interne de 3mm et la hauteur h est inférieure à 2mm et préférentiellement inférieure ou égale à 1mm.
Dans la cuve 20, la première cellule optique 201 et la deuxième cellule optique 202 sont opposées l’une à l’autre dans l’évidement de circulation 203. En d’autres termes, les corps principaux de ces cellules optiques 201 , 202 sont alignés sur l’axe C et orientés de telle manière que leur ouverture respective soient en face l’une de l’autre, et que leur fond soient situés au contact avec les moyens de retenue 25.
Pour éviter toute fuite de l’échantillon liquide lors de son analyse et de son passage dans l’évidement de circulation 203, le dispositif 2 selon l’invention comprend également des moyens d’étanchéité entre la première cellule optique 201 et l’évidement de circulation 203, et entre la deuxième cellule optique 202 et l’évidement de circulation 203.
Ces moyens d’étanchéité prennent par exemple, en référence aux figures 9 et 10, la forme de joints toriques 7. Ces joints toriques sont notamment des joints toriques téflonés. Les dimensions de l’espace dans lequel circule l’échantillon dans la cuve est défini par l’évidement de circulation 203 ainsi que par la première cellule optique 201 et la deuxième cellule optique 202 maintenues captives dans l’évidement de circulation 203.
Selon un mode de réalisation préféré, l’évidement de circulation 203 (ou plus précisément l’espace dans lequel circule l’échantillon pour être analysé) présente une longueur supérieure ou égale à 30 millimètres. Avantageusement, la longueur de la cuve 20 est supérieure ou égale à 50 millimètres et inférieure ou égale à 100 millimètres.
Bien entendu, en fonction des dimensions souhaitées de l’évidement de circulation 203, la longueur de la cuve 20 peut être adaptée. La cuve 20, présente préférentiellement un volume maximal inférieur à 0,5 millilitre. Un tel volume maximal permet au dispositif 2 de réaliser une analyse sur un échantillon d’un volume inférieur à 1 millilitre.
En référence à la figure 12, le dispositif 2 comprend également un support d’orientation 27 dans l’espace de la cuve 20. Ce support d’orientation 27 est conçu pour positionner de manière prédéterminée la cuve 20 dans l’espace, et notamment par rapport à la verticale du lieu d’installation du dispositif 2.
Tel qu’illustré par la figure 12, une direction verticale V est représentée et la position de la cuve 2 par rapport à cette direction verticale V est maintenue grâce au support d’orientation 27.
En référence à cette figure, la conduite de sortie 232 présente un axe d’extension central E. Cet axe d’extension central E correspond à l’axe le long duquel s’étend le corps secondaire de la cellule optique qui forme la conduite de sortie 232. Cet axe d’extension central E est perpendiculaire à l’axe C. Le support d’orientation 27 est configuré pour que :
- l’axe C de la cuve 20 et l’axe d’extension central E s’inscrivent dans un plan vertical, la direction verticale V représentée s’inscrivant bien entendu dans ledit plan vertical ;
- l’axe d’extension central E forme un angle b compris entre 0° et 60° avec la direction verticale V, préférentiellement l’angle b étant compris entre 0° et 45° ; - la conduite de sortie 232 est disposée au-dessus de la conduite d’entrée 231 .
Selon le présent mode de réalisation l’angle b est de 45°.
A présent, en référence au schéma de principe illustré sur la figure 7, un analyseur 1 en ligne de liquide, selon l’invention, est décrit.
L’analyseur 1 comprend : - des moyens de prélèvements 3 d’un échantillon brut EB des liquides ;
- des moyens de préparation 4 de l’échantillon brut EB pour produire un échantillon à analyser EA ;
- des moyens électroniques 5 de pilotage des moyens de préparation 4 ; - des moyens d’analyse par spectrophotométrie de l’échantillon à analyser EA, les moyens d’analyse par spectrophotométrie comprenant le dispositif 2 d’analyse spectrophotométrique décrit précédemment.
L’analyseur 1 comprend encore des moyens de contrôle et d’accès à la ressource spectrométrique.
Les moyens de prélèvement 3 sont conçus pour pouvoir prélever, dès que nécessaire, une quantité prédéterminée d’un liquide à échantillonner sur le lieu d’installation de l’analyseur 1 en ligne.
Les moyens de préparation 4 comprennent des sous-ensembles 41 de traitement ainsi qu’une pompe-seringue 40.
La pompe-seringue 40 est couplée aux moyens de prélèvement 3, au sous-ensemble de traitement 41 et aux moyens d’analyse par spectrophotométrie, par l’intermédiaire de circuits hydrauliques 42.
Les circuits hydrauliques 42 comprennent des vannes 43 pouvant être actionnées par les moyens électroniques 5 de pilotage.
Alternativement, les vannes 43 peuvent prendre la forme d’un système de vannes multivoies.
En effet, les moyens électroniques 5 de pilotage sont couplés à la pompe-seringue 40 ainsi qu’au circuit hydraulique 42 et plus spécifiquement aux vannes 43. Les moyens électroniques 5 de pilotage sont configurés pour ouvrir ou fermer les vannes 43 en fonction de protocoles de préparation 50.
La pompe-seringue 40 forme un élément central des moyens de préparation 4.
En effet, cette seule pompe-seringue 40 permet de prélever et/ou d’injecter des liquides.
L’actionnement des vannes 43 des circuits hydraulique 42 permet, concomitamment à l’actionnement de la pompe-seringue 40, de sélectionner la ou les sources des liquides prélevés par la pompe-seringue 40 ou les destinations de ces liquides lors d’une injection par la pompe-seringue 40.
Tel qu’expliqué précédemment, des protocoles de préparation 50 sont mis en œuvre.
En effet, les moyens électroniques 5 sont paramétrés avec des protocoles de préparation 50 de l’échantillon à analyser à partir de l’échantillon brut EB avec au moins l’un des sous- ensembles de traitement 41 .
Plus précisément, les moyens électroniques 5 de pilotage comprennent une mémoire dans laquelle sont programmés des protocoles de préparation 50 décrivant les opérations que doit subir un échantillon brut pour pouvoir être analysé selon une analyse désirée, et qui est destiné à être réalisée par le dispositif 2 d’analyse.
Un contrôleur de ces moyens électroniques 5 de pilotage est couplé à la mémoire pour pouvoir appliquer l’un de ces protocoles et réaliser un pilotage des vannes 43 et de la pompe-seringue 40 tel qu’indiqué dans le protocole de préparation 50 qui doit être réalisé. Selon le présent mode de réalisation, les sous-ensembles 41 de traitement comprennent des moyens de thermorégulation 411 , des moyens d’oxydation 412, des moyens de filtration micrométrique 413, des réserves de réactifs 414, des réserves de solvants organiques 415a, et des réserves de solvants ioniques 415b. Les moyens de filtration micrométrique 413 sont, selon le présent mode de réalisation, intercalés directement entre les moyens de prélèvement 3 et la pompe-seringue 40, selon le sens de déplacement du fluide à analyser.
Ces moyens de filtration micrométrique 413 permettent de réaliser une filtration avec un seuil de coupure inférieur au micromètre, et idéalement avec un seuil de coupure de 0,45 micromètre.
Les différents sous-ensembles 41 de traitement permettent de réaliser diverses combinaisons de préparation pour obtenir un échantillon à analyser EA.
Par exemple, les réserves de réactif 414 peuvent comprendre des réactifs colorimétriques. L’utilisation de l’un de ces réactifs colorimétriques, en combinaison avec les moyens de thermorégulation 411 peuvent permettre de chauffer l’échantillon de manière à permettre le développement d’une réaction chimique de colorimétrie.
Les sous-ensembles 41 de traitement peuvent également comprendre :
- un concentrateur sur phase liquide solide tel que décrit dans le document de brevet publié sous le numéro FR2809490 pour mettre en œuvre des protocoles de séparations chromatographiques basse pression de produits organiques ou ioniques.
- des systèmes de minéralisation de matière organique pour permettre l’analyse des fractions organiques de certains éléments (P, N, ...) basée par exemple sur une oxydation chimique et/ou rayonnement UV.
Tel qu’expliqué précédemment, la pompe seringue 40 forme un élément central des moyens de préparation 4.
En référence à la figure 7, la pompe-seringue 40 comprend un réservoir 400, un piston 401 et un moteur 402. Le moteur 402 permet de modifier la position du piston 401 pour augmenter ou diminuer le volume du réservoir 400. Ce moteur 402 est contrôlé par les moyens électroniques 5. Le réservoir 400 de la pompe-seringue 40 sert ainsi de système réactionnel permettant de réaliser un mélange de l’échantillon avec un ou plusieurs solvants, ou alors la préparation d’un mélange réactionnel.
Une fois l’échantillon à analyser EA préparé, il est injecté depuis le réservoir 400 de la pompe-seringue 40 dans le dispositif 2 d’analyse où, grâce à sa cuve 20, une pluralité d’analyses peuvent être conduites séquentiellement.
L’analyseur 1 en ligne de liquide permet ainsi de fournir à lui seul un ensemble de paramètres de la qualité des eaux qui sont fréquemment recherchées, et dont l’obtention n’est possible classiquement qu’à l’aide d’une pluralité d’appareils. Par exemple, l’analyseur 1 selon l’invention permet, grâce à son dispositif 2 d’analyse spectrophotométrique, de détecter des matières dissoutes telles que des nutriments (nitrate, ammonium, nitrite, phosphate, silicate, urée, ...), des matières organiques (estimation du carbone organique dissous par analyse du spectre ultraviolet), de l’azote organique dissous, du phosphore organique dissous, et des hydrocarbures aromatiques polycycliques (par le biais de la fluorescence), de pigments chlorophylliens (également par le biais de la fluorescence), divers groupes de pesticides, également différents groupes de micropolluants organiques non ou faiblement fluorescents (phénol,...), et également de métaux tels que le cadmium. En fonction des analyses que l’on souhaite mener avec l’analyseur 1 , la longueur de la cuve du dispositif 1 d’analyse spectrophotométrique peut être adaptée. Par exemple, une cuve d’une longueur de 10cm permet une analyse des nitrates en milieu marin.
L’analyseur 1 permet également de détecter des matières particulaires par le biais de mesures de la turbidité, ainsi que d’une caractérisation de la nature des matières particulières par le biais d’une analyse spectrale lors de la diffusion latérale d’une lumière excitatrice (par l’intermédiaire des sources d’émission d’un rayonnement ultraviolet et/ou visible 243).
L’analyseur 1 selon l’invention est conçu pour réaliser ces différentes mesures en temps partagé, de l’ensemble des paramètres possibles à une fréquence d’analyse basse. L’analyseur 1 selon l’invention est particulièrement avantageux pour des applications de mesures et d’analyses sur des réseaux d’eau naturels et industriels, du fait qu’il permet à la fois des analyses à des fréquences suffisamment élevées pour réussir à détecter des pollutions diverses, et une mesure d’autres paramètres essentiels qui ne sont classiquement pas mesurés en ligne (phosphores et azotes totaux), et ce pour un prix compétitif par rapport aux analyseurs en ligne classiques.
L’analyseur 1 est particulièrement avantageux en ce qu’il permet une circulation facilitée des fluides et qu’il supporte une variété de méthodes d’analyses spectrophotométriques.
Contrairement aux dispositifs selon l’art antérieur qui réalisent des analyses mono paramètres à très haute fréquence, le dispositif 2 et l’analyseur 1 selon l’invention permettent la réalisation d’analyse multiparamétriques à basse fréquence, particulièrement adaptées à des mesures sur les réseaux de mesures où une fréquence de quelques mesures par jour est suffisante au regard de l’évolution temporelle des paramètres.
Le dispositif 2 et l’analyseur 1 sont également particulièrement adaptés aux contraintes conflictuelles relatives aux longueurs de chemin optique, aux encrassements du milieu de mesures, et aux interférences entre analyses.
Plus précisément, le dispositif 2 et l’analyseur 1 sont particulièrement adaptés pour analyser directement en milieu naturel un liquide non dégazé.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif (2) d’analyse spectrophotométrique comprenant :
- une cuve (20) s’étendant longitudinalement selon un axe (C), et présentant une conduite d’entrée (231) d’un échantillon, et une conduite de sortie (232) de l’échantillon ;
- une première source lumineuse (241) configurée pour émettre un rayonnement lumineux dans la cuve (20) selon l’axe (C) ;
- des moyens de captation optiques (26) configurés pour capter un rayonnement lumineux susceptible de traverser la cuve (20) selon l’axe (C) ; caractérisé en ce que la cuve (20) est constituée par un assemblage d’au moins :
- un bâti (210) dans lequel est ménagé un évidement de circulation (203) de l’échantillon ;
- une première cellule optique (201) montée de façon amovible à une première extrémité (2031) de l’évidement de circulation (203) ; - une deuxième cellule optique (202) montée de façon amovible à une deuxième extrémité (2032) de l’évidement de circulation (203) ;
- des moyens de retenue (25) de la première cellule optique (201) et de la deuxième cellule optique (202) sur le bâti (210), la première cellule optique (201) et la deuxième cellule optique (202) comprenant chacune :
- un corps principal destiné à former une partie d’un réservoir délimité par la cuve (20) dans lequel un échantillon est destiné à prendre place pour y être analysé, et
- un corps secondaire, les corps secondaires formant respectivement la conduite de sortie (232) ou la conduite d’entrée (231), chaque corps principal comprenant un fond, et une paroi périphérique s’étendant depuis le fond jusqu’à une ouverture, les corps principaux de la première et de la deuxième cellule optique (201 , 202) étant alignés sur l’axe C et orientés pour que leurs ouvertures respectives soient en face l’une de l’autre. 2. Dispositif (2) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens de retenue comprennent :
- des moyens de positionnement, dits premiers moyens de positionnement (2410), de la première source lumineuse (241) par rapport à l’évidement de circulation
(203) ; - des moyens de positionnement, dits deuxièmes moyens de positionnement
(2600), des moyens de captation optiques (26) par rapport à l’évidement de circulation (203).
3. Dispositif (2) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens de retenue (25) comprennent :
- un premier bloc (211) assemblé sur le bâti (210) en recouvrement de la première extrémité (2031) de l’évidement de circulation (203), le premier bloc (211) présentant l’un des premiers moyens de positionnement (2410) et des deuxièmes moyens de positionnement (2600) ;
- un deuxième bloc (212) assemblé sur le bâti (210) en recouvrement de la deuxième extrémité (2032) de l’évidement de circulation (203), le deuxième bloc (212) présentant l’autre des premiers moyens de positionnement (2410) et des deuxièmes moyens de positionnement (2600).
4. Dispositif (2) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le premier bloc (211 ) et le deuxième bloc (212) sont identiques l’un de l’autre.
5. Dispositif (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend au moins au moins une source d’émission d’un rayonnement ultraviolet et/ou visible (243), le dispositif (2) comprenant des moyens de positionnement, dits troisièmes moyens de positionnement (2430), de la source d’émission d’un rayonnement ultraviolet et ou visible (243) pour émettre un rayonnement ultraviolet et ou visible dans l’une de la première ou de la deuxième cellule optique (201 , 202), transversalement à l’axe (C). 6. Dispositif (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend une deuxième source lumineuse (242), le dispositif (2) comprenant des moyens de positionnement, dits quatrièmes moyens de positionnement (2420), de la deuxième source lumineuse (242) pour émettre un rayonnement lumineux dans la cuve (20) selon un axe (A) formant un angle (a) compris entre 40° et 50° avec l’axe (C), et préférentiellement un angle de 45° avec l’axe (C).
7. Dispositif (2) selon les revendications 4, 5 et 6, caractérisé en ce que les troisièmes moyens de positionnement (2430) et les quatrièmes moyens de positionnement (2420) prennent la forme d’évidements présentés par chacun du premier bloc (211) et du deuxième bloc (212), et en ce qu’il comprend des obturateurs (6) susceptibles d’être assemblés sur les évidements formant les troisièmes moyens de positionnement (2430) et les quatrièmes moyens de positionnement (2420).
8. Dispositif (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’évidement de circulation (203) présente une longueur supérieure ou égale à 30 millimètres, et avantageusement supérieure ou égale à 50 millimètres et inférieure ou égale à 100 millimètres.
9. Dispositif (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend pour chacun de la première source lumineuse (241) et des moyens de captation optiques (26) des moyens de transmission par fibre optique de rayonnements lumineux.
10. Dispositif (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend des moyens d’étanchéité entre la première cellule optique (201) et l’évidement de circulation (203), et entre la deuxième cellule optique (202) et l’évidement de circulation (203).
11. Dispositif (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que pour chaque cellule optique (201 , 202) :
D ³ Se + 2. h avec :
- « D » est la section interne du corps principal de la cellule optique (201 , 202), mesurée perpendiculairement à l’axe (G) ;
- « Se » est la section efficace d’une lentille de collimation de la première source lumineuse (241) ;
- « h » est la hauteur le long de l’axe C entre le fond du corps principal de la cellule optique (201 , 202) et le corps secondaire de la cellule optique (201 , 202) qui forme la conduite d’entrée ou la conduite de sortie.
12. Dispositif (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend un support d’orientation (27) dans l’espace de la cuve (20) configuré pour que :
- la conduite de sortie (232) présente un axe d’extension central (E) ;
- l’axe (C) de la cuve (20) et l’axe d’extension central (E) s’inscrivent dans un plan vertical ; avec l’axe d’extension central (E) formant un angle b compris entre 0° et 60° avec une direction verticale (V), préférentiellement l’angle b étant compris entre 0° et 45°, la conduite de sortie (232) étant disposée au-dessus de la conduite d’entrée (231).
13. Analyseur (1) en ligne de liquides, comprenant :
- des moyens de prélèvement (3) d’un échantillon brut (EB) des liquides ;
- des moyens de préparation (4) de l’échantillon brut (EB) comprenant des sous- ensembles (41) de traitement, les moyens de préparation (4) étant aptes à produire un échantillon à analyser (EA) ; - des moyens électroniques (5) de pilotage des moyens de préparation, les moyens électroniques (5) étant paramétrés avec une pluralité de protocoles de préparation (50) de l’échantillon à analyser (EA) à partir de l’échantillon brut (EB) avec au moins l’un des sous-ensemble (41) de traitement ; - des moyens d’analyse par spectrophotométrie de l’échantillon à analyser ; caractérisé en ce que les moyens d’analyse par spectrophotométrie comprennent un dispositif (2) d’analyse spectrophotométrique selon l’une quelconque des revendications précédentes.
14. Analyseur (1) en ligne selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens de préparation (4) comprennent une pompe-seringue (40) couplée aux moyens de prélèvement (3), aux sous-ensembles (41) de traitement, et aux moyens d’analyse (2) par spectrophotométrie, par l’intermédiaire de circuits hydrauliques (42) équipés de vannes (43), les moyens électroniques (5) de pilotage étant configurés pour ouvrir ou fermer les vannes (43) en fonction des protocoles de préparation (50).
15. Analyseur (1) en ligne selon l’une quelconque des revendications 13 et 14, caractérisé en ce que les sous-ensembles (41) de traitement comprennent :
- des moyens de thermorégulation (411) ;
- des moyens d’oxydation (412) ; - des moyens de filtration micrométriques (413) ;
- des réserves de réactifs (414) ;
- des réserves de solvants (415a, 415b).
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