ES2322730A1 - Sistema y sensor optico sumergible para el analisis en continuo de la concentracion de nitrato en agua. - Google Patents
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Abstract
Sistema y sensor óptico sumergible para el análisis en continuo de la concentración de nitrato en agua. Se detalla y reivindica la utilización de una sonda consistente en una fuente de luz, un analizador óptico, conexiones de fibra óptica y un sensor sumergible compuesto por un sistema de lentes para el guiado de la luz en el medio acuático. Su aplicación es la medida de concentración de nitrato en aguas continentales, oceánicas y residuales, empleando técnicas espectrofotométricas en el ultravioleta.
Description
Sistema y sensor óptico sumergible para el
análisis en continuo de la concentración de nitrato en agua.
Este sistema de análisis y control de la
contaminación del agua por nitrato se inscribe dentro del sector de
la tecnología de Ingeniería medioambiental, así como en la
correspondiente al diseño y tecnología de Sensores Remotos. El
sistema es de aplicación a la medida de concentración de nitrato en
aguas subterráneas y superficiales, supone un avance evidente en la
determinación analítica de la concentración de nitrato, dado que
permite realizar una determinación en continuo, en tiempo real e
in situ, de la concentración de este analito.
En la actualidad, la medida de concentraciones
de nitrato en agua se realiza extrayendo la muestra del medio en
que se encuentre y de manera discontínua.
Los sistemas existentes hasta el momento se
basan en diversas técnicas como análisis espectrofotométricos,
electrodos selectivos de iones, colorimetría y cromatografía
líquida.
El estado de la técnica actual no permite la
determinación in situ, en continuo y sin extracción de
muestra.
La invención que se propone aporta la
integración de sus elementos en un único dispositivo.
El diseño del nuevo sensor permite la medida de
la concentración de nitrato a través del estudio de la respuesta de
la muestra en el ultravioleta mediante algoritmos de programación
evolutiva.
En el año 1991, se aprueba la Directiva
91/676/CEE, relativa a la protección de las aguas contra la
contaminación por nitratos utilizados en la agricultura. En ella se
establece como criterio de afección para las aguas subterráneas,
concentraciones mayores de 50 mg/L de nitratos.
En el año 2000, se aprueba la Directiva
2000/60/UE por la que se establece un marco comunitario de
actuación en el ámbito de la política de aguas. Dentro de las
estrategias para la prevención y control de la contaminación de las
aguas subterráneas (artículo 17), se propone la adopción de las
medidas para prevenir y controlar la contaminación de las aguas
subterráneas en lo referente al buen estado químico, el cual debe
controlarse al menos con análisis de oxígeno disuelto, pH,
conductividad, nitratos y amonio. El informe considera que
la Directiva mantiene toda su actualidad y no debe reformarse, por
lo que propone, entre otras, aumentar el control in situ.
Los nitratos disueltos en agua presentan una
respuesta espectral selectiva en longitud de onda, alcanzando el
máximo de absorción en la zona del ultravioleta (210 a 230 nm.). El
valor de la absorción está relacionado con la concentración de
nitratos presente en el agua. El resto de compuestos que pudieran
estar presentes contribuyen a enmascarar la respuesta en el rango
de longitudes de ondas anteriormente citadas (interferencia). Esto
hace inadecuada la estimación de la concentración a partir de la
medida a una única longitud de onda.
El sistema que se propone está constituido
por:
- 1.
- Fuente de luz de deuterio-halógeno capaz de cubrir la región del espectro en el intervalo de longitudes de onda desde 200 hasta 800 nm. (UltraVioleta-Visible), con tensión de alimentación continua (5V) y salida de la señal óptica según conectores SMA.
- 2.
- Analizador óptico de espectros sensible en el rango de longitudes de onda anterior, con entrada óptica en conectores SMA, alimentación continua (5V) y salida de datos en paralelo.
- 3.
- Cables de conexión de fibra óptica de 400 micras de diámetro con conectores de tipo SMA.
- 4.
- Sensor óptico sumergible consistente en un conjunto de lentes dispuestas para el guiado de la luz, a través del agua a medir, en el rango de longitudes de onda descrito anteriormente y con un camino óptico de 10 mm.
- 5.
- Equipo hardware tipo PC conectado al analizador óptico para obtención de los datos medidos por éste y en el que se ejecuta un programa que contiene un algoritmo de programación evolutiva para el análisis de la respuesta en transmisión obtenida en el analizador óptico a partir de un conjunto de patrones del analito de concentración conocida, constituyendo todo ello un sistema experto.
El sistema descrito se conecta según indica la
figura 1:
La señal óptica de salida de la fuente de luz
(1) se conecta directamente al sensor (2) mediante un cable de
conexión de fibra óptica (3). Esta señal óptica es guiada por un
conjunto de lentes dispuestas en el sensor para formar un camino
óptico de 10 mm, durante el cual se produce la absorción de luz,
debida a la presencia del nitrato, hasta su salida del sensor. Esta
salida se conecta mediante otro cable de fibra óptica (4) hasta el
analizador óptico (5). La respuesta de este analizador es un
conjunto de datos en paralelo que se lleva mediante un cable
eléctrico de datos (6) hasta un ordenador (7) que dispone del
programa que contiene el algoritmo de programación evolutiva
construido para la determinación de la concentración de
nitrato.
El sensor diseñado se ajusta al esquema de la
figura 2a y 2b:
La figura 2a, representa como la señal óptica
procedente de la fuente se incorpora al sensor a través del
latiguillo (1) y se dirige mediante la lente (2) hacia el prisma (3)
atravesando por primera vez el agua a medir. Se produce la
reflexión de la luz en el mencionado prisma (3), volviendo a
atravesar el agua a medir y acoplándose, a través de la lente (4)
en el latiguillo de salida (5) que la dirige hacia el analizador
óptico.
La figura 2b representa el aspecto final del
conjunto una vez encapsulado en un cilindro estanco y el orificio
(6) por el que accede el agua al sistema descrito en la figura
2a.
Las figuras 3, 4 y 5 representan el proceso de
análisis de los datos: el espectro de la señal óptica recibida a
través de la muestra de la que se quiere determinar la
concentración de nitrato, se analiza, empleando un algoritmo de
programación evolutiva, a partir de su comparación con la respuesta
espectral de muestras conocidas de distintas concentraciones de
nitrato (patrones). Estos patrones se obtienen inicialmente en el
laboratorio y son necesarios para la calibración de la sonda.
El proceso ideado para medir la concentración de
nitrato en agua que emplea técnicas espectrofotométricas en el
ultravioleta, sigue las siguientes fases:
- a)
- Obtención de la respuesta espectral de la muestra proporcionada por el sensor diseñado, sumergido en la solución a medir (figura 3).
- b)
- Para cada patrón, mediante un algoritmo de programación evolutiva, se encuentran los pesos de ajuste que minimizan el error cuadrático medio de la diferencia entre la muestra a estimar y la respuesta del patrón (figura 4).
- c)
- Una vez realizado lo anterior, de entre todos los patrones, el que corresponde con la concentración de nitratos de la muestra es el que presenta menor error (figura 5).
Figura 1: Diseño básico del sistema de medida en
continuo de nitratos
Figura 2a y 2b: Esquemas del sensor de
nitrato
Figura 3: Respuesta Espectral de la muestra a
medir
Figura 4: Conjunto de patrones
Figura 5: Resultado de la adaptación de la
muestra al patrón
El sistema descrito ha sido diseñado para su
instalación en sondeos y en cauces fluviales. El sensor debe quedar
permanentemente sumergido, siendo indiferente que tanto la fuente
como el analizador óptico queden sumergidos.
La alimentación del sistema puede ser mediante
baterías incorporadas al mismo o a través de un cable eléctrico.
Una vez alimentado se produce la toma de medidas de manera
continua.
Para la extracción de datos se ha de conectar el
sistema descrito a un PC, que contenga el algoritmo de programación
evolutiva descrito anteriormente y que presenta el dato de la
concentración. La extracción de datos también se puede realizar
mediante un recolector de datos para su análisis posterior en un
PC.
Con el sistema desarrollado es posible
determinar de manera automática y en continuo, la concentración de
nitratos en el agua, tal y como exige la directiva europea
2000/60/UE.
El sistema puede ser fabricado industrialmente y
comercializado en el mercado por empresas de sensores, electrónica,
bienes equipo, etc.
Los usuarios finales serían aquellos organismos
y empresas dedicados al control y gestión del agua, tales como
Confederaciones Hidrográficas, empresas de abastecimiento,
ingenierías, etc.
Claims (5)
1. Sistema y sensor óptico sumergible para el
análisis en continuo de la concentración de nitrato en agua,
caracterizado por la utilización e un sensor óptico, una
fuente de luz en el rango del ultravioleta-visible,
un analizador óptico en dicho rango y un equipo PC para análisis de
datos.
2. Sistema y sensor sumergible para el análisis
en continuo de la concentración de nitrato en agua, según la
reivindicación 1, que se caracteriza porque el sensor está
formado por un conjunto de lentes para el guiado de la luz a través
de una muestra de agua, de la que se quiere conocer su
concentración en nitrato.
3. Sistema y sensor sumergible para el análisis
en continuo de la concentración de nitrato en agua, según la
reivindicación 1 y 2, que comprende la disposición de una fuente de
luz y un analizador ópticos, conectados al sensor mediante fibra
óptica.
4. Sistema y sensor sumergible para el análisis
en continuo de la concentración de nitrato en agua, según la
reivindicación 1, 2 y 3, caracterizado porque incorpora un
equipo hardware conectado al analizador que obtiene la concentración
de nitrato en el agua mediante un algoritmo de programación
evolutiva a partir de un conjunto de patrones.
5. Sistema y sensor sumergible para el análisis
en continuo de la concentración de nitrato en agua, según la
reivindicación 1, 2, 3 y 4, caracterizado porque es de
aplicación industrial para su fabricación y utilización en los
procesos de determinación de manera automática y en continuo, la
concentración de nitratos en el agua.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200600428A ES2322730B1 (es) | 2006-02-23 | 2006-02-23 | Sistema y sensor optico sumergible para el analisis en continuo de la concentracion de nitrato en agua. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200600428A ES2322730B1 (es) | 2006-02-23 | 2006-02-23 | Sistema y sensor optico sumergible para el analisis en continuo de la concentracion de nitrato en agua. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2322730A1 true ES2322730A1 (es) | 2009-06-25 |
| ES2322730B1 ES2322730B1 (es) | 2010-04-07 |
Family
ID=40791758
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES200600428A Active ES2322730B1 (es) | 2006-02-23 | 2006-02-23 | Sistema y sensor optico sumergible para el analisis en continuo de la concentracion de nitrato en agua. |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2322730B1 (es) |
-
2006
- 2006-02-23 ES ES200600428A patent/ES2322730B1/es active Active
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| A full ocean UV espectrophotometer for nitrate for measurements (R.D. PRIEN et al.) 01.01.2003. * |
| A low power ultra violet spectrophotometer for measurement of nitrate in seawater: introduction, calibration and initial sea trials (MILES S. FINCHA et al.) 08.12.1998. * |
| Selección, instalación y mantenimiento de redes para la monitorización de aguas subterráneas (JOSE RAMAS AYALA) 2003. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2322730B1 (es) | 2010-04-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EC2A | Search report published |
Date of ref document: 20090625 Kind code of ref document: A1 |
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| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2322730B1 Country of ref document: ES |