ES2225278T3 - Procedimiento para el control de calidad de capas de material. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para el control de calidad de capas de material (7) con una superficie, sometiéndose la superficie de la capa a radiación electromagnética (8) y determinándose la cantidad de luz (9) emitida por la capa de material, por ejemplo, radiación de reflexión y/o radiación de fluorescencia, dotándose el material de la capa de una sustancia que absorbe la radiación, caracterizado porque el material de la capa se mezcla con la sustancia que absorbe la radiación antes de la generación de la capa.

Description

Procedimiento para el control de calidad de capas de material.

La presente invención se refiere a un procedimiento para el control de calidad de capas de material. Los procedimientos de este tipo se utilizan especialmente en el control de calidad y en la garantía de calidad de artículos que se pueden producir en masa.

De acuerdo con el documento WO 98/18135 la calidad de un recubrimiento se controla proyectando sobre el recubrimiento luz y registrando la luz transmitida. A la vista de la transmisión o de la absorción de la luz en su paso por el recubrimiento se sacan conclusiones con respecto a los puntos defectuosos locales o globales en el recubrimiento.

El documento US 4 302 108 da a conocer un procedimiento en el que un recubrimiento también se explora con un rayo de luz. Lo decisivo es que el ángulo de incidencia sobre el recubrimiento se elige de manera que al menos parte del rayo es reflectado. La intensidad del rayo reflectado se registra posteriormente para determinar las anomalías superficiales de la estructura. Con este procedimiento que se basa fundamentalmente en un ángulo de incidencia que conduce a una reflexión en la superficie de recubrimiento, se pueden registrar los defectos en la superficie del recubrimiento. Estos procedimientos descritos se refieren a superficies planas.

El documento EP 0 838 850 da a conocer un procedimiento en el que una superficie de sustrato se dota de una solución que contiene moléculas fluorescentes. La superficie de la capa se somete a radiación electromagnética determinándose la cantidad de luz emitida por la capa de material.

Partiendo de este estado de la técnica, el objetivo de la presente invención consiste en proporcionar un procedimiento para el control de calidad de capas de material con el que se pueda medir de manera no destructiva, sencilla, rápida y económica, la calidad de la capa en lo que se refiere a su grosor y a los defectos superficiales.

Este objetivo se resuelve por medio de un procedimiento de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 en combinación con sus características. También se señalan en las reivindicaciones 11 y 12 los campos de aplicación del procedimiento.

Otras variantes del procedimiento de acuerdo con la invención se describen en las reivindicaciones dependientes.

De acuerdo con la invención, se parte de un procedimiento según el documento US 4 302 108 en el que se debe mantener un determinado ángulo de incidencia para generar una radiación de reflexión. Diferenciándose de este procedimiento, la presente invención parte del hecho de que el material de la capa a explorar se dote de una sustancia que absorbe la radiación electromagnética (absorbente), por ejemplo, una sustancia colorante o fluorescente, midiéndose la luz reflectada o la luz fluorescente emitida por el material. También se registra la luz que se refleja y/o fluoresce después de penetrar en niveles más profundos de la capa abandonando la capa, por ejemplo, nuevamente a través de la superficie. La presente invención aprovecha, por una parte, que la capacidad de reflexión depende de la capacidad de absorción del respectivo material, con lo que el grado de remisión del material depende de sus coeficientes de absorción. De esta manera es posible medir también materiales de capa que a su vez no presentan ninguna capacidad de absorción propia importante en el intervalo de luz ultravioleta o visible. A pesar de ello, y mediante la coloración del material con una sustancia que absorbe la radiación electromagnética, se puede provocar una absorción, lo que permite aumentar el grado de remisión independientemente del ángulo de incidencia.

En concepto de sustancias que absorben la radiación electromagnética se utilizan sustancias colorantes, tales como por ejemplo, colorantes o pigmentos o sustancias que absorben la radiación electromagnética como, por ejemplo, absorbentes de rayos ultravioleta o sustancias fluoróforas.

En el caso de utilizar una sustancia fluorófera no se determina la radiación reflectada por la superficie como consecuencia de la dispersión, sino la luz fluorescente de la capa reflectada a través de la superficie. Los dos procedimientos, la determinación de la parte reflectada o de la luz fluorescente reflectada, están indicados para el procedimiento que aquí nos interesa.

Gracias al procedimiento de acuerdo con la invención, se obtiene, por lo tanto, un control de calidad online rápido y económico de aplicación generalizada, por ejemplo, para superficies que se pueden producir en masa. Este procedimiento se lleva a cabo de forma no destructiva y sin contacto y se puede utilizar para la determinación de los grosores de capa o para la detección de defectos e irregularidades en la superficie. Se pueden registrar, por lo tanto, cantidades de relleno, distribuciones de grosores de capa, defectos como lagunas, aglomeraciones o heterogeneidades en cualquier material. El procedimiento resulta especialmente ventajoso para el control de calidad y la garantía de calidad de membranas de plástico, membranas de polímeros, especialmente membranas ionoselectivas, hidrogeles, etc.

Las membranas de plástico de este tipo se emplean, por ejemplo, en electrodos ionoselectivos para biosensores.

Con el procedimiento de acuerdo con la invención no sólo se pueden examinar membranas, sino también hidrogeles. Si se pretende que el colorante necesario para la medición densitométrica no se disuelva en la membrana, debe ligarse a partículas. Estas partículas quedan encerradas, a su vez, por el hidrogel. Como partículas resultan apropiadas, en especial, partículas de látex.

La capa se puede explorar ventajosamente punto por punto, siendo posible llevar a cabo la exploración en una dirección determinada. Por lo tanto cabe la posibilidad, por ejemplo, de medir sucesivamente una disposición lineal de electrodos ionoselectivos con respecto a sus grosores de capa de membrana. En especial es posible integrar el procedimiento para el control de calidad de acuerdo con la presente invención en un proceso de producción secuencial.

Dado que el grado de remisión o la fluorescencia de un material depende de sus coeficientes de absorción, el grado de remisión o la fluorescencia están vinculados también a la longitud de onda de la luz incidente. Por lo tanto resulta ventajoso que la radiación electromagnética proyectada sobre la capa presente una longitud de onda que corresponda a una banda de absorción del absorbente. Sin embargo, hay que tener en cuenta que a través de la elección de la longitud de onda proyectada o de la elección de la concentración del colorante se mide en la membrana en un intervalo en el que se obtiene una relación claramente valorable, en el caso ideal una relación lineal entre la cantidad de luz reflectada o del luz fluorescente y el grosor de capa de la membrana.

Especialmente indicados para el presente procedimiento son los colorantes curcumina (1,7-bis (4-hidroxi-3-metoxifenilo) 1,6-heptadieno-3,5-dion), rojo escarlata (1 (-2-metil-4-o-tolilazo-fenilazo)-(2)naftol), o bien azul Sicodop (pasta de pigmentos, nombre comercial de un colorante insoluble de la firma BASF, la estructura química no se ha publicado). La curcumina es un colorante fluorescente que ofrece además la ventaja de ser inocuo para la salud como colorante para productos alimenticios.

A continuación se indican algunos ejemplos del procedimiento de acuerdo con la invención.

Se muestra en la

Fig. 1 una disposición de medición para el procedimiento de acuerdo con la invención;

Fig. 2 el procedimiento de acuerdo con la invención;

Fig. 3 la relación entre la concentración de colorante y la intensidad de la señal;

Fig. 4 la relación entre el grosor de capa de la membrana y la intensidad de la señal para el colorante rojo escarlata;

Fig. 5 la relación entre el grosor de capa de la membrana y la intensidad de la señal para el colorante fluorescente curcumina, así como

Fig. 6 señales de la medición de dos electrodos ionoselectivos.

La figura 1 muestra una disposición para la medición de acuerdo con el procedimiento según la invención. Esta disposición presenta un ordenador 1 y un escáner de TLC 2 (escáner de cromatografía de capa fina) como densitómetro. El escáner de TLC 2 y el ordenador 1 están unidos a través de un cable de conexión 3 por medio del cual el ordenador controla el densitómetro 2 y registra las curvas de medición.

Para la medición, el objeto a medir se posiciona en la bandeja plana del escáner 2, se fija con tiras magnéticas y se introduce en el densitómetro 2. Para las mediciones en el intervalo de luz visible se utiliza como fuente de luz una lámpara de volframio, mientras que para la excitación de fluorescencia se elige una lámpara de mercurio. En este último caso, se debe colocar adicionalmente un filtro de cantos delante del multiplicador fotométrico de medición del densitómetro 2 para separar espectralmente la luz de excitación y la luz fluorescente.

Después de la introducción de los parámetros de medición correspondientes en el ordenador 1 se comienza con la medición. El rayo de luz pasa por encima de la muestra en una dirección, tal como se representa en la figura 2. La intensidad de la luz reflectada se mide y se representa como absorción en virtud de su proporcionalidad a la absorción. Alternativamente se lleva a cabo una medición de la luz fluorescente.

La figura 2 muestra la medición de una serie de electrodos ionoselectivos.

Para la fabricación de estos electrodos ionoselectivos se utilizan membranas de plástico que incorporan ionoforos analíticamente específicos. En el caso de sensores fabricados mediante aplicación de la tecnología de membrana de matriz doble, se aplica, por ejemplo, una membrana de PVC, en forma líquida, sobre un material poroso. Parte de la membrana penetra en la matriz, el resto se distribuye regularmente por la capa porosa en una cavidad. Durante este proceso, el electrodo se impermeabiliza contra el medio de medición. Para reducir las permeabilidades a un mínimo se requiere, de acuerdo con el estado actual de los conocimientos, un relleno de, por lo menos 4 veces, del electrodo con el cóctel de PVC. El cumplimiento del requisito de calidad a la uniformidad del relleno y a la impermeabilidad se comprueba después con ayuda del procedimiento densitométrico según la invención. Para ello, la membrana de PVC se mezcla en estado líquido con la sustancia fluorescente o colorante que absorbe la radiación electromagnética, antes de verterla. Como sustancias absorbentes se utilizan los pigmentos o colorantes antes citados. También se pueden emplear fluoróforos.

La figura 2 muestra una serie de electrodos ionoselectivos 6, 6', 6'', 6''', 6'''' fabricados en masa y dispuestos sobre una mesa de medición 4. Los electrodos se fabrican como tiras individuales de sensores en un conjunto de sensores 5 y se disponen paralelamente. Los electrodos 6 a 6'''' presentan un cabezal de medición 7 cada uno. Este cabezal de medición 7 incluye la membrana ionoselectiva a medir.

Sobre la mesa de medición se proyecta una luz de excitación 8, midiendo posteriormente la luz 9 reflectada por los cabezales de medición 7 y representándola como absorción. A través de la cantidad de luz reflectada se explora el grosor de capa y también la homogeneidad de la membrana ionoselectiva en los cabezales de medición 7.

La mesa de medición 4 se desplaza en dirección de la flecha de manera que por una parte se midan, en este orden, las distintas tiras de sensores 6'''', 6''', 6'', 6' y en último lugar la tira de sensores 6, mientras que, por otra parte, se determina también, en dirección de la flecha, el perfil de la membrana ionoselectiva de cada uno de los cabezales de medición 7.

Para regular el intervalo de medición del densitómetro se procede antes de la medición a una puesta a cero con una matriz no teñida.

La figura 3 muestra una curva de calibrado para membranas de electrodos del tipo antes descrito con diferentes concentraciones del colorante rojo escarlata. Hasta una concentración de aproximadamente 0,12 g/l de rojo escarlata en la membrana se reconoce una dependencia lineal adicional entre la intensidad y la cantidad de colorante en la membrana. Para poder diferenciar perfectamente entre distintos grosores de membrana en el marco de la garantía de calidad, es conveniente que la cantidad de colorante obtenida sea inferior a esta concentración, como mínimo en el factor 2, con un relleno suficiente de la cavidad de la membrana del cabezal de medición 7. Con una concentración mayor se sale del intervalo de medición lineal y la resolución de la medición empeora, aunque no se haga imposible.

La figura 4 muestra una curva de medición, tal como se representa en la figura 2 de acuerdo con un procedimiento, determinada en cinco cabezales de medición 7 sucesivos. Los distintos cabezales de medición se llenaron una vez (referencia 1), dos veces (referencia 2), tres veces, cuatro veces o cinco veces (referencia 3, 4 ó 5), con una membrana ionoselectiva que contenía 0,0224 g/l de rojo escarlata. Como consecuencia de las medidas de las cavidades previamente establecidas para la membrana ionoselectiva se obtuvieron cabezales de medición con cinco grosores de capa diferentes de la membrana ionoselectiva.

Como se puede comprobar directamente, el grosor de capa se obtiene con la misma concentración de colorante en la membrana ionoselectiva en cinco intensidades de señal distintas, estando la intensidad de señal directamente relacionada con el grosor de la capa. Con ello se demuestra que el procedimiento de acuerdo con la invención se puede utilizar para determinar los grosores de capa en membranas ionoselectivas.

La figura 5 muestra otra curva de medición tal como se representa de acuerdo con un procedimiento como el que se muestra en la figura 2, determinada en cinco cabezales de medición 7. En este caso, los distintos cabezales de medición se llenaron una a cinco veces (referencias 1 a 5) con una membrana ionoselectiva que contenía 0,0224 g/l de curcumina. Por consiguiente, se fabricaron cinco cabezales de medición cuyos grosores de capa de membrana varían entre una y cinco veces el grosor de capa original del cabezal de medición 1. Como se puede comprobar directamente, también en este caso el grosor de capa, con la misma concentración de colorante, se obtiene en la membrana ionoselectiva en cinco intensidades de señal diferentes para la radiación fluorescente medida, estando la intensidad de señal de los cabezales de medición 1 a 4 relacionada con el grosor de capa. La intensidad de señal entre el cabezal de medición 4 y el cabezal de medición 5 ya no se diferencia de forma notable por haberse alcanzado el intervalo de saturación de la señal como consecuencia del gran grosor de capa. El colorante curcumina se puede utilizar, por lo tanto, en la concentración elegida de 0,0224 g/l para diferenciar entre sí los grosores de capa de los cabezales de medición 1 a 4. Para poder registrar también debidamente grosores de capa mayores, como por ejemplo, los del cabezal de medición 5, sería necesario reducir la concentración del colorante fluorescente curcumina en la solución de la membrana. Con ello se demuestra que el procedimiento de acuerdo con la invención también se puede utilizar a través del registro de la luz fluorescente para determinar los grosores de capa en membranas ionoselectivas.

La figura 6 muestra la serie de dos cabezales de medición 7, 7' que se pasan en dirección de la flecha, con la mesa de medición 4 representada en la figura 2, por debajo de un rayo de luz de excitación. Las señales correspondientes de la luz reflectada se representan en la parte inferior de la figura 6.

Los cabezales de medición 7, 7' presentan, cada uno, un electrodo de plata 10 ó bien 10' que rodea anularmente una cavidad. En esta cavidad se ha introducido un relleno de membrana de un material ionoselectivo de membrana 11, 11'. El material ionoselectivo de membrana 11, 11' entra en contacto con el electrodo de plata 10, 10', por la parte posterior aquí no representada del cabezal de medición, para desviar las señales.

El relleno de la membrana 11 u 11' se ha teñido en estado aún líquido, antes de su introducción en la cavidad, con un colorante rojo escarlata con la misma concentración de colorante para los dos cabezales de medición 7, 7'.

Como se puede ver en la figura 6, no sólo las superficies teñidas de color rojo escarlata de los rellenos de la membrana 11, 11' absorben y reflejan la luz, sino también lo hacen los electrodos de plata 10, 10'. Esta circunstancia debe ser tenida en cuenta en la posterior valoración numérica de las señales medidas.

A pesar de ello se puede ver claramente que los rellenos de membrana 11, 11' generan una señal que presenta una cúspide plana y corresponde a la concentración de colorante o al grosor de capa de los rellenos de membrana 11, 11'. También se puede reconocer que las cúspides planas de las señales de los rellenos de membrana 11, 11' presentan una parte posterior en la que la intensidad es ligeramente inferior a la que se registra en los bordes de la cúspide plana. Esto se puede atribuir a que el cóctel de membrana va subiendo por el borde de la cavidad después del relleno. Como consecuencia, se produce en el centro de la membrana una superficie con una menor cantidad de cóctel de membrana, o sea, con un menor de grosor de capa de los rellenos de membrana 11, 11'. Con ello se demuestra también que el procedimiento de acuerdo con la invención es apropiado para determinar perfiles de grosor de capa y defectos tanto dentro de la membrana como en la superficie de la membrana.

Claims (12)

1. Procedimiento para el control de calidad de capas de material (7) con una superficie, sometiéndose la superficie de la capa a radiación electromagnética (8) y determinándose la cantidad de luz (9) emitida por la capa de material, por ejemplo, radiación de reflexión y/o radiación de fluorescencia, dotándose el material de la capa de una sustancia que absorbe la radiación, caracterizado porque el material de la capa se mezcla con la sustancia que absorbe la radiación antes de la generación de la capa.

2. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el material de la capa se dota de una sustancia colorante, por ejemplo, un colorante o un pigmento y/o de un absorbente de rayos ultravioleta y/o de un fluoróforo como sustancia que absorbe la radiación.

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se explora la capa con radiación electromagnética.

4. Procedimiento según la reivindicación anterior, caracterizado porque la capa se explora punto por punto.

5. Procedimiento según una de las dos reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la capa se explora linealmente con la radiación electromagnética.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la radiación electromagnética proyectada sobre la superficie de la capa presenta una longitud de onda que corresponde a una banda de absorción de la sustancia que absorbe la radiación.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque como radiación electromagnética se proyecta sobre la capa radiación ultravioleta y/o luz visible.

8.Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la sustancia que absorbe la radiación se añade en partículas ligadas al material de la capa.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la sustancia que absorbe la radiación se añade en partículas de látex ligadas al material de la capa.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque como sustancia que absorbe la radiación se añade al material de la capa curcumina, rojo escarlata y/o azul Sicodop.

11. Uso de un procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores para la determinación de grosores de capa o bien cantidades de relleno, distribuciones de grosores de capa, defectos como lagunas, aglomeraciones o heterogeneidades en membranas de plástico, membranas de polímeros, membranas ionoselectivas, hidrogeles o similares.

12. Uso según la reivindicación anterior para el control de calidad de membranas ionoselectivas, por ejemplo, en biosensores.