ES2948924B2 - EQUIPMENT AND PROCEDURE FOR PERFORMING SPECTROPHOTOMETRY AND MOLECULAR FLUORIMETRY USING LED TECHNOLOGY - Google Patents
EQUIPMENT AND PROCEDURE FOR PERFORMING SPECTROPHOTOMETRY AND MOLECULAR FLUORIMETRY USING LED TECHNOLOGYInfo
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Description
DESCRIPCIÓN DESCRIPTION
EQUIPO Y PROCEDIMIENTO PARA REALIZACIÓN DE EQUIPMENT AND PROCEDURE FOR CARRYING OUT
ESPECTROFOTOMETRÍA Y FLUORIMETRÍA MOLECULAR MEDIANTE SPECTROPHOTOMETRY AND MOLECULAR FLUORIMETRY USING
TECNOLOGÍA LED LED TECHNOLOGY
OBJETO DE LA INVENCIÓN OBJECT OF THE INVENTION
Es objeto de la presente invención, tal y como el título de la invención establece un equipo y un procedimiento para la realización de un análisis espectrofluorimétrico de forma simultánea con un mismo equipo. It is the object of the present invention, just as the title of the invention establishes equipment and a procedure for carrying out a spectrofluorimetric analysis simultaneously with the same equipment.
Caracteriza a la presente invención el especial diseño y configuración de todos y cada uno de los elementos con los que cuenta el equipo de manera que permite la medición y análisis simultáneo con el mismo equipo de la respuesta espectrofotométrica y fluorimétrica respecto de una luz recibida procedente de unos LED, además de no quedar condicionado el equipo por la geometría de las probetas de muestras empleadas. The present invention is characterized by the special design and configuration of each and every one of the elements that the equipment has in such a way that it allows the simultaneous measurement and analysis with the same equipment of the spectrophotometric and fluorimetric response with respect to a light received from some LEDs, in addition to the equipment not being conditioned by the geometry of the sample specimens used.
El equipo además permite la posibilidad de variar la intensidad o nivel de brillo de cada luz LED entrante o de excitación en función de la carga del agua. Es decir, en función de la carga de la muestra podemos variar el nivel de brillo de referencia del LED, para poder tener una mejor caracterización del parámetro de estudio de las muestras. The equipment also allows the possibility of varying the intensity or brightness level of each incoming or excitation LED light depending on the water load. That is, depending on the load of the sample we can vary the reference brightness level of the LED, in order to have a better characterization of the study parameter of the samples.
Por lo tanto, la presente invención se circunscribe dentro del ámbito de los dispositivos o equipos de caracterización espectrofotométrica y fluorimétrica sobre muestras de agua, concretamente, en la presente invención, sobre muestras de aguas residuales. Therefore, the present invention is limited within the scope of devices or equipment for spectrophotometric and fluorimetric characterization on water samples, specifically, in the present invention, on wastewater samples.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN BACKGROUND OF THE INVENTION
La Espectrofotometría es una de las técnicas experimentales más utilizadas para la detección específica de moléculas. Se caracteriza por su precisión, sensibilidad y su aplicabilidad a moléculas de distinta naturaleza (contaminantes, biomoléculas, etc.) y estado de agregación (sólido, líquido, gas). Spectrophotometry is one of the most used experimental techniques for the specific detection of molecules. It is characterized by its precision, sensitivity and its applicability to molecules of different nature (pollutants, biomolecules, etc.) and state of aggregation (solid, liquid, gas).
En el estado de la técnica es conocido el Modelo de Utilidad ES1273069U que divulga un equipo para la caracterización de la carga contaminante presente en aguas residuales que comprende un disco rotatorio selector de longitudes de onda que internamente comprende un disco con pluralidad de diodos, donde este disco comprende un sistema de autoposicionamiento, además comprende un mecanismo de desplazamiento vertical, y una torre que comprende una cavidad vertical, un canal circular donde en uno de sus extremos dispone de una abertura coincidente con un agujero pasante del soporte circular que alberga un diodo. In the state of the art, the Utility Model ES1273069U is known, which discloses equipment for the characterization of the contaminant load present in wastewater that comprises a rotating wavelength selector disc that internally comprises a disc with a plurality of diodes, where this The disk comprises a self-positioning system, it also comprises a vertical displacement mechanism, and a tower that includes a vertical cavity, a circular channel where at one end it has an opening coinciding with a through hole of the circular support that houses a diode.
La fluorimetría es un método de análisis utilizado para medir la intensidad de la radiación que emite un material al ser excitado principalmente con luz ultravioleta así como con otra cercana a la región ultravioleta ya incluida la luz visible. Fluorimetry is an analysis method used to measure the intensity of the radiation emitted by a material when excited mainly with ultraviolet light as well as with other light close to the ultraviolet region and including visible light.
Existen equipos que permiten la realización de espectrofotometría y fluorimetría, sin embargo, para la realización de fluorimetría emplean una matriz CCD que es un dispositivo de carga acoplada (en inglés charge-coupled device, conocido también como CCD) que es un circuito integrado que contiene un número determinado de condensadores enlazados o acoplados. Bajo el control de un circuito interno, cada condensador puede transferir su carga eléctrica a uno o a varios de los condensadores que estén a su lado en el circuito impreso, en definitiva se trata de un sensor con diminutas células fotoeléctricas que registran la imagen. There is equipment that allows spectrophotometry and fluorimetry to be carried out, however, to carry out fluorimetry they use a CCD matrix, which is a charge-coupled device, also known as CCD, which is an integrated circuit that contains a certain number of linked or coupled capacitors. Under the control of an internal circuit, each capacitor can transfer its electrical charge to one or more of the capacitors next to it on the printed circuit; in short, it is a sensor with tiny photoelectric cells that record the image.
La forma de realización de la fluorimetría del estado de la técnica exige una electrónica más compleja y un mayor consumo eléctrico. The state-of-the-art fluorimetry embodiment requires more complex electronics and greater electrical consumption.
Además, por otro lodo los equipos de espectrofotometría y fluorimetría del mercado solamente son válidos para un determinado tipo de geometría de probetas, por lo que quedan limitados en su funcionalidad. Furthermore, on the other hand, the spectrophotometry and fluorimetry equipment on the market is only valid for a certain type of specimen geometry, so its functionality is limited.
Por lo tanto, es objeto de la presente invención superar los inconvenientes apuntados de realización de la fluorimetría con medios electrónicos, donde además dicho equipo pueda servir para una multiplicidad de diferentes geometrías de probetas, desarrollando un equipo como el que a continuación se describe y queda recogido en su esencialidad en la reivindicación primera. Therefore, it is the object of the present invention to overcome the noted drawbacks of performing fluorimetry with electronic means, where said equipment can also be used for a multiplicity of different geometries of specimens, developing equipment such as the one described below and is collected in its essentiality in the first claim.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN DESCRIPTION OF THE INVENTION
El objeto de la presente invención queda recogido en su esencialidad en la reivindicación independiente y las diferentes realizaciones están recogidas en las reivindicaciones dependientes. The object of the present invention is included in its essentiality in the independent claim and the different embodiments are included in the dependent claims.
La presente invención tiene por objeto un equipo que analiza tanto la respuesta espectral como fluorimétrica de las muestras introducidas de forma manual en el equipo pudiendo realizar ambos análisis de forma simultánea. El equipo trabaja en el rango de longitudes de onda conocidas como ultravioleta y visible UV-Vis. The purpose of the present invention is a device that analyzes both the spectral and fluorimetric response of the samples manually introduced into the device, being able to perform both analyzes simultaneously. The team works in the range of wavelengths known as ultraviolet and visible UV-Vis.
El equipo es controlado por medio de un ordenador, a través de una conexión USB. The equipment is controlled by a computer, through a USB connection.
La muestra es introducida por el usuario por la parte superior del equipo, la cual es aislada de la luz exterior por medio de una tapa abatible negra, con el fin de evitar que produzca alteraciones en el análisis. The sample is introduced by the user through the upper part of the equipment, which is isolated from outside light by means of a black folding lid, in order to prevent it from causing alterations in the analysis.
El equipo objeto de invención puede adaptarse a muestras de distinto longitud de trayectoria de forma automática, así como muestras de diferentes alturas. La longitud de trayectoria es entendida como la distancia que atraviesa la luz a través de la muestra para acabar emitiendo una intensidad de luz, directa o reflejada, y que es registrada. Es decir, la longitud de trayectoria es al ancho de la probeta de muestra a atravesar. The equipment object of the invention can adapt to samples of different path lengths automatically, as well as samples of different heights. The path length is understood as the distance that the light traverses through the sample to end up emitting a light intensity, direct or reflected, and which is recorded. That is, the path length is the width of the sample specimen to be crossed.
El equipo objeto de la invención comprende: The equipment object of the invention comprises:
- Un bloque generador de longitudes de onda visibles e infrarrojas. - A generator block for visible and infrared wavelengths.
- Un módulo independiente de generación de luz UV mediante tecnología LED - Un bloque de contención de muestras y de análisis espectrofotométrico con capacidad para soportar cubetas de diferentes dimensiones o longitud de trayectoria. Este bloque alberga la electrónica necesaria para generar longitudes de onda pertenecientes a la región Ultravioleta, visible e infrarroja del espectro. - An independent UV light generation module using LED technology - A sample containment and spectrophotometric analysis block with the capacity to support cuvettes of different dimensions or path lengths. This block houses the electronics necessary to generate wavelengths belonging to the Ultraviolet, visible and infrared region of the spectrum.
- Un bloque de análisis fluorimétrico. - A fluorimetric analysis block.
Donde el bloque generador de longitudes de ondas visibles e infrarrojas comprende un disco rotatorio que contiene múltiples diodos LED de forma concéntrica, que se alinea con la muestra con la combinación de dos movimientos: un primer movimiento de rotación y un segundo movimiento de desplazamiento vertical. La luz generada por este bloque se transmite por medio de un cable de fibra óptica (forrado con anti reflectante y con una cobertura negra plástica) hasta el bloque de contención de las muestras, donde, tras atravesar la muestra, incide sobre un primer sensor, que se encuentra en la misma dirección del haz (180°). Where the generating block of visible and infrared wavelengths comprises a rotating disk that contains multiple concentrically shaped LED diodes, which aligns with the sample with the combination of two movements: a first rotation movement and a second vertical displacement movement. The light generated by this block is transmitted by means of a fiber optic cable (sheathed with anti-reflective and with a black plastic covering) to the sample containment block, where, after passing through the sample, it hits a first sensor, which is in the same direction of the beam (180°).
Con esta configuración, es como se lleva a cabo el análisis espectrofotométrico, el cual se realiza alineando cada LED con la fibra, que a su vez se conecta al bloque de análisis fluorimétrico. Cada LED, emite múltiples longitudes de onda de forma simultánea, y mediante unos modelos matemáticos, podemos "seleccionar” una de las longitudes de onda concreta, lo que permite utilizar múltiples longitudes de onda con muy pocos LED. With this configuration, the spectrophotometric analysis is carried out, which is carried out by aligning each LED with the fiber, which in turn is connected to the fluorimetric analysis block. Each LED emits multiple wavelengths simultaneously, and through mathematical models, we can "select" one of the specific wavelengths, which allows multiple wavelengths to be used with very few LEDs.
Dado que las longitudes de onda pertenecientes a la región ultravioleta del espectro, en especial el UVc, no puede ser transportado mediante fibra óptica, el equipo objeto de invención dispone de un módulo independiente de generación de luz UV mediante tecnología LED, colocado de forma anexa a la entrada de fibra óptica, dispuesto de tal manera, que los LED UV rodean a la fibra de entrada sin obstaculizar el paso de las longitudes de onda visibles e infrarrojas, pudiendo así irradiar a las muestra objeto de estudio con longitudes de onda UV, Visibles e Infrarrojas. Given that the wavelengths belonging to the ultraviolet region of the spectrum, especially UVc, cannot be transported by optical fiber, the equipment object of the invention has an independent UV light generation module using LED technology, placed adjacently. at the optical fiber input, arranged in such a way that the UV LEDs surround the input fiber without hindering the passage of the visible and infrared wavelengths, thus being able to irradiate the samples under study with UV wavelengths, Visible and Infrared.
Para llevar a cabo el análisis fluorimétrico, se debe captar la luz difusa o emitida a 90° del haz principal, con el fin de que la cantidad de luz captada sea la emitida por la propia muestra y no por el haz principal. Ese se realiza por medio de un segundo sensor. To carry out the fluorimetric analysis, the diffuse or emitted light must be captured at 90° to the main beam, so that the amount of light captured is that emitted by the sample itself and not by the main beam. This is done through a second sensor.
Para ello, se hace uso del bloque de análisis fluorimétrico, el cual consta de un disco rotatorio conformado por un engranaje que alberga diversos filtros ópticos de distinto ancho espectral, que se alinean con el haz de luz a 90° y con el segundo sensor (con una ganancia adecuada como para captar adecuadamente la luz reflejada). To do this, use is made of the fluorimetric analysis block, which consists of a rotating disk made up of a gear that houses various optical filters of different spectral width, which are aligned with the light beam at 90° and with the second sensor ( with adequate gain to adequately capture the reflected light).
La fluorimetría consiste en grandes rasgos, en que cuando la muestra es irradiada por una determinada longitud de onda, por sus propiedades fisicoquímicas, esta muestra emite luz en otras longitudes de onda distintas. Esa luz emitida por la muestra se mide a 90° del haz principal, para evitar detectar las longitudes de onda irradiadas sobre la muestra, es decir, las procedentes del bloque generador de longitudes de onda. Fluorimetry consists broadly in that when the sample is irradiated by a certain wavelength, due to its physicochemical properties, this sample emits light at other different wavelengths. This light emitted by the sample is measured at 90° to the main beam, to avoid detecting the wavelengths irradiated on the sample, that is, those coming from the wavelength generating block.
Para llevar a cabo el análisis, se realiza un proceso diferente en función de si las longitudes de onda a irradiar pertenecen a la región ultravioleta del espectro o por el contrario a la región visible-infrarroja. To carry out the analysis, a different process is carried out depending on whether the wavelengths to be irradiated belong to the ultraviolet region of the spectrum or, on the contrary, to the visible-infrared region.
En el primer caso, dado que los LED UV están colocados de forma fija sobre un circuito impreso, dispuestos de forma concéntrica al haz de fibra óptica, de forma que no obstaculicen a este, el equipo objeto de la invención, enciende de manera aislada cada uno de los LED UV, a fin de que estos incidan sobre la muestra objeto de estudio. Permaneciendo el bloque de longitudes de onda visible e infrarroja inactivo durante el tiempo en el que el de UV funciona con el fin de no interferir en la medición. In the first case, given that the UV LEDs are fixedly placed on a printed circuit, arranged concentrically to the fiber optic beam, so that they do not obstruct it, the equipment object of the invention turns on each one in isolation. one of the UV LEDs, so that they affect the sample under study. The visible and infrared wavelength block remains inactive during the time in which the UV block works in order not to interfere with the measurement.
En el caso de longitudes de onda visibles e infrarrojas, para cada LED del bloque generador de longitudes de onda visible e infrarroja, se alinean todos y cada uno de los distintos filtros ópticos del bloque de análisis fluorimétrico, con el fin de determinar, no sólo la cantidad de luz emitida por la muestra, sino también qué longitudes de onda está emitiendo. Esto último se logra mediante los filtros ópticos. Si, por ejemplo, irradiamos sobre la muestra la longitud de onda de 500nm, y la muestra, por sus propiedades emite longitudes de 400 y 440nm, para saber la intensidad de emisión de cada una de ellas, alinearemos el filtro de 400nm, que hará que las longitudes de onda de 440nm no lleguen al sensor, de forma que toda la luz recibida por éste, es a consecuencia de la longitud de onda de 400nm. De esta forma, se va probando con cada filtro óptico para saber qué longitudes de onda son emitidas, que serán aquellas que coincidan con la banda de paso del filtro, y de estas longitudes de onda que logren pasar, medimos la cantidad de luz que incide sobre el segundo sensor. In the case of visible and infrared wavelengths, for each LED of the visible and infrared wavelength generating block, each and every one of the different optical filters of the fluorimetric analysis block are aligned, in order to determine, not only the amount of light emitted by the sample, but also what wavelengths it is emitting. The latter is achieved through optical filters. If, for example, we irradiate the sample with a wavelength of 500nm, and the sample, due to its properties, emits wavelengths of 400 and 440nm, to know the emission intensity of each of them, we will align the 400nm filter, which will that the 440nm wavelengths do not reach the sensor, so that all the light received by it is a result of the 400nm wavelength. In this way, each optical filter is tested to know what wavelengths are emitted, which will be those that coincide with the passband of the filter, and of these wavelengths that manage to pass, we measure the amount of light that affects on the second sensor.
El bloque generador de longitudes de onda visible e infrarroja comprende una placa de soporte de LEDs que tiene una forma circular y donde los LEDs se disponen preferentemente de manera concéntrica, quedando dicha placa alojada en una rueda provista de una serie de perforaciones donde se alojan los LEDs y a través de las cuales se deja pasar la radiación luminosa emitida por cada LED una vez activado, quedando alojado el conjunto anterior en una pieza soporte. The visible and infrared wavelength generator block comprises an LED support plate that has a circular shape and where the LEDs are preferably arranged concentrically, said plate being housed in a wheel provided with a series of perforations where the LEDs are housed. LEDs and through which the light radiation emitted by each LED is allowed to pass once activated, the previous assembly being housed in a support piece.
Este bloque generador de longitudes de onda visible e infrarroja cuenta con dos movimientos, un primer movimiento de rotación de la rueda donde se alojan los LEDs, realizado por medio de un primer motor colocado en la parte posterior de la rueda, y un segundo movimiento de elevación y descenso del conjunto realizado a lo largo de unas varillas cilíndricas empleándose un husillo accionado por un tren de engranajes accionado por un segundo motor. This visible and infrared wavelength generator block has two movements, a first rotation movement of the wheel where the LEDs are housed, carried out by means of a first motor placed at the back of the wheel, and a second rotation movement. raising and lowering of the assembly carried out along cylindrical rods using a spindle driven by a gear train driven by a second motor.
La placa soporte de LEDs se conecta por medio de un Slip Ring que permite que los cables puedan rotar sin enredarse. Este disco se conecta al eje del motor principal y rota libremente por acción de cojinetes axiales. Para posicionar el disco durante el proceso de inicialización, el disco de soporte de los LED (representado como el disco de color rojo), cuenta con unos medios de posicionamiento, que en una posible forma de realización no limitativa posee en su parte posterior dos imanes de neodimio situados a 90° entre sí, donde mediante una placa de circuito que analiza las variaciones del campo magnético que producen los imanes, es posible el posicionamiento preciso del disco The LED support plate is connected by means of a Slip Ring that allows the cables to rotate without tangling. This disc is connected to the main motor shaft and rotates freely by the action of axial bearings. To position the disk during the initialization process, the LED support disk (represented as the red disk) has positioning means, which in a possible non-limiting embodiment has two magnets on its back. of neodymium located at 90° to each other, where through a circuit board that analyzes the variations in the magnetic field produced by the magnets, precise positioning of the disc is possible
Este bloque generador de longitudes de onda visible e infrarroja, tiene la posibilidad de variar la intensidad o nivel de brillo de cada luz LED entrante o de excitación en función de la carga del agua. Es decir, en función de la carga de la muestra podemos variar el nivel de brillo de referencia del LED. Esto se hace en base al valor inicial de la transmitancia registrada. A partir, por debajo, de un umbral de transmitancia se modifica el nivel de brillo aumentándolo, para poder tener una mejor caracterización del parámetro de estudio de las muestras. Al igual que para niveles bajos se hace a la inversa. This visible and infrared wavelength generator block has the possibility of varying the intensity or brightness level of each incoming or excitation LED light depending on the water load. That is, depending on the sample load we can vary the reference brightness level of the LED. This is done based on the initial value of the recorded transmittance. Starting below a transmittance threshold, the brightness level is modified by increasing it, in order to have a better characterization of the study parameter of the samples. As for low levels, it is done the other way around.
El bloque contenedor de muestras sirve para contener tanto la muestra objeto de análisis como el sensor de espectrofotometría o primer sensor y la fibra óptica por la que se transmite las longitudes de onda de la región visible e infrarroja del espectro, así como el bloque de generación de longitudes de onda UV. The sample container block serves to contain both the sample under analysis and the spectrophotometry sensor or first sensor and the optical fiber through which the wavelengths of the visible and infrared region of the spectrum are transmitted, as well as the generation block. of UV wavelengths.
Este bloque se encuentra solidario al bloque de fluorimetría. La fibra óptica se une por medio de unos acoples que parten de la parte trasera del bloque generador de longitudes de onda y se conectan con el bloque generador de muestras. This block is integral with the fluorimetry block. The optical fiber is joined by means of couplings that start from the rear of the wavelength generating block and connect to the sample generating block.
Este bloque permite introducir probetas de un ancho de paso de la luz de excitación variable para lo cual se adapta el túnel de paso de la luz. Esto supone una importante aportación dado que permite corregir el posible ocultamiento de moléculas al paso de la luz en los casos donde haya un elevado número de moléculas. This block allows the introduction of specimens with a variable excitation light passage width for which the light passage tunnel is adapted. This represents an important contribution since it allows correcting the possible hiding of molecules from the passage of light in cases where there is a high number of molecules.
Además, el bloque contenedor de muestras, posee un mecanismo que permite ajustarse a las muestras con diferente longitud de trayectoria o dimensiones, lo que se traduce en la posibilidad de emplear recipientes de análisis de diferentes dimensiones, lo cual es crucial a la hora de llevar a cabo el análisis de las mismas. In addition, the sample container block has a mechanism that allows it to be adjusted to samples with different path lengths or dimensions, which translates into the possibility of using analysis containers of different dimensions, which is crucial when carrying carry out their analysis.
Este mecanismo consta de dos movimientos, uno de desplazamiento horizontal de las paredes que rodena a la muestra, lo que permite acercar o alejar los sensores y la fibra/generador de longitudes de onda UV a la misma; y por otro lado, dispone de un movimiento vertical, que permite ajustar de forma automática la altura de la probeta introducida, con el fin de poder adaptarse a diferentes configuraciones. This mechanism consists of two movements, one of horizontal displacement of the walls surrounding the sample, which allows the sensors and the fiber/UV wavelength generator to be moved closer or further away from it; and on the other hand, it has a vertical movement, which allows the height of the inserted test piece to be automatically adjusted, in order to adapt to different configurations.
El primer movimiento se logra mediante el giro de una rueda dentada de un cierto número de dientes, la cual posee en su interior, 4 acanaladuras curvas equidistantes entre sí, las cuales sirven de guía para unas garras rectangulares dispuestas en forma de cruceta, las cuales se desplazan gracias a un tetón cilíndrico que se desplaza por las distintas acanaladuras, convirtiendo el movimiento de rotación de la rueda dentada, en un desplazamiento horizontal de las paredes conectadas de forma solidarias a cada una de las garras. Cada una de las paredes, dispone de los elementos necesarios para albergar, el sensor principal, así como el bloque de generación de longitudes de onda UV y la toma de fibra óptica, respectivamente. The first movement is achieved by rotating a toothed wheel with a certain number of teeth, which has 4 curved grooves equidistant from each other inside, which serve as a guide for rectangular claws arranged in the shape of a crosshead, which They move thanks to a cylindrical stud that moves through the different grooves, converting the rotation movement of the toothed wheel into a horizontal displacement of the walls connected integrally to each of the claws. Each of the walls has the necessary elements to house the main sensor, as well as the UV wavelength generation block and the fiber optic socket, respectively.
Esta rueda dentada, es accionada por medio de un servomotor mediante un tren de engranajes recto y cónico. El servomotor, permite controlar de forma precisa el grado de apertura o cierre del bloque contenedor de muestras, y por ende, la proximidad de cada las paredes (sensores/longitudes de onda de entrada) a la misma. This toothed wheel is driven by a servomotor through a train of straight and conical gears. The servomotor allows you to precisely control the degree of opening or closing of the sample container block, and therefore, the proximity of each wall (sensors/input wavelengths) to it.
Dado que el desplazamiento de las paredes que componen el bloque contenedor de la muestra, generan huecos durante su desplazamiento que afectaría a las condiciones de aislamiento lumínico a la que debe someterse al muestra, el bloque dispone de cuatro bandas de color negro de un material flexible, que conectan cada una de las caras móviles entre sí. Estas bandas se deforman para ajustarse a la disposición de las paredes, permitiendo así aislar la muestra de las posibles interferencias lumínicas procedentes del interior del equipo. Since the displacement of the walls that make up the sample containing block generates gaps during its displacement that would affect the light insulation conditions to which the sample must be subjected, the block has four black bands of a flexible material. , which connect each of the mobile faces to each other. These bands are deformed to adjust to the arrangement of the walls, thus allowing the sample to be isolated from possible light interference coming from inside the equipment.
Por otro lado, para controlar el desplazamiento vertical de la muestra introducida, el equipo objeto de la invención dispone de un segundo servomotor dispuesto de forma anexa a la pared móvil que alberga el sensor principal. Mediante una palanca basculante, accionada por el servomotor mediante un conjunto de brazos articulados conectados entre sí, de forma que transforma la rotación del servomotor en un desplazamiento vertical de la muestra. On the other hand, to control the vertical displacement of the introduced sample, the equipment object of the invention has a second servomotor arranged adjacent to the mobile wall that houses the main sensor. By means of a tilting lever, activated by the servomotor through a set of articulated arms connected to each other, so that it transforms the rotation of the servomotor into a vertical displacement of the sample.
Finalmente el bloque de análisis fluorimétrico comprende una rueda dentada provista de una serie de perforaciones preferentemente circulares en disposición circular, donde en cada una de las perforaciones se aloja un filtro óptico donde cada uno de éstos filtros ópticos permite el paso de una porción muy reducida del espectro, donde estos filtros están asegurados por medio de una tapa circular, siendo accionada la rueda dentada donde se alojan los filtros por medio de un piñón accionado por un motor. Finally, the fluorimetric analysis block comprises a toothed wheel provided with a series of preferably circular perforations in a circular arrangement, where in each of the perforations an optical filter is housed where each of these optical filters allows the passage of a very small portion of the spectrum, where these filters are secured by means of a circular cover, the toothed wheel where the filters are housed is driven by means of a pinion driven by a motor.
Uno de los orificios del disco No posee ningún filtro, con el fin de ser usado para el proceso de calibración del equipo. One of the holes in the disc does not have any filter, in order to be used for the equipment calibration process.
Para el correcto posicionamiento del disco durante la inicialización, cuenta con unos medios de posicionamiento, que en una posible forma de realización, la rueda contendora de los filtros dispone de un sistema de imanes colocados a 90° entre sí, similar al del bloque generador de longitudes de onda antes descrito, los cuales son utilizados junto con una placa de circuito conectada a la pared principal, la cual detecta las alteraciones del campo magnético durante el desplazamiento del disco. For the correct positioning of the disk during initialization, it has positioning means, which in a possible embodiment, the filter containing wheel has a system of magnets placed at 90° to each other, similar to that of the generator block. wavelengths described above, which are used together with a circuit board connected to the main wall, which detects changes in the magnetic field during the movement of the disk.
El conjunto dispone de una carcasa protectora, que posee dos lengüetas en su base para conectarla al equipo y posee un soporte intercambiable para albergar el segundo sensor utilizado para la fluorimetría. The set has a protective casing, which has two tabs at its base to connect it to the equipment and has an interchangeable support to house the second sensor used for fluorimetry.
El procedimiento para el análisis de espectrofotometría y fluorimetría con el equipo anteriormente descrito comprende las etapas de: The procedure for spectrophotometry and fluorimetry analysis with the equipment described above includes the steps of:
- Introducción de una muestra en el equipo por su parte superior y se cierra la tapa para evitar que la luz exterior afecta al análisis. - Introduce a sample into the equipment from the top and close the lid to prevent external light from affecting the analysis.
- Control del equipo mediante una aplicación para PC, y por medio de una conexión USB. - Control of the equipment through a PC application, and through a USB connection.
- Ajuste automático de bloque contenedor de muestra según la longitud de trayectoria de la misma, así como la regulación automática de la altura de la muestra introducida. - Automatic adjustment of the sample container block according to its path length, as well as automatic regulation of the height of the introduced sample.
- Comienzo de un proceso de inicialización que comprende - Beginning of an initialization process that includes
o Inicialización del bloque de selección de longitudes de onda UV o Inicialización del bloque de selección de longitudes de onda visible e infrarroja. o Initialization of the UV wavelength selection block. o Initialization of the visible and infrared wavelength selection block.
o Inicialización del bloque de análisis fluorimétrico o Initialization of the fluorimetric analysis block
- Determinación del nivel de brillo - Determination of the brightness level
o Determinación de brillo para el análisis espectrofotométrico o Brightness determination for spectrophotometric analysis
o Determinación de brillo para el análisis fluorimétrico o Brightness determination for fluorimetric analysis
- Calibración del equipo - Equipment calibration
- Inicio del proceso de análisis espectrofotométrico y fluorimétrico: - Beginning of the spectrophotometric and fluorimetric analysis process:
El proceso de Inicialización del bloque contenedor de muestra: The sample container block Initialization process:
Dado que el equipo objeto de la invención puede analizar muestras con distinta longitud de trayectoria, este debe ajustar el bloque que alberga la muestra a las dimensiones de la misma, con el fin de que tanto el sensor principal como la entrada de longitudes de onda (fibra óptica para visible e infrarrojo, y bloque de generación UV), se encuentren lo más cerca posible de la muestra, sin dejar huecos. El procedimiento es el siguiente: Given that the equipment object of the invention can analyze samples with different path lengths, it must adjust the block that houses the sample to its dimensions, so that both the main sensor and the wavelength input ( optical fiber for visible and infrared, and UV generation block), are as close as possible to the sample, without leaving gaps. The procedure is the next:
- Se introduce una muestra de una cierta longitud de trayectoria por la parte superior del equipo. - A sample of a certain path length is introduced through the top of the equipment.
- Mediante un servomotor situado en la parte inferior del bloque, se acciona mediante un tren de engranajes una rueda dentada, cuya rotación provoca el desplazamiento horizontal de 3 garras móviles de forma simultánea, las cuales tienen anexadas las tres paredes móviles del conjunto, donde solo dos de ellas, disponen del sensor principal y de la entrada de longitudes de onda. - Using a servomotor located in the lower part of the block, a toothed wheel is driven by a train of gears, the rotation of which causes the horizontal displacement of 3 mobile claws simultaneously, which have the three mobile walls of the assembly attached, where only Two of them have the main sensor and the wavelength input.
- El servomotor reduce la distancia entre las paredes hasta que el equipo objeto de la invención detectar un cambio en la corriente demandada por el servomotor, lo que indica que existe una oposición al desplazamiento del mismo, y, por ende, que ya se ha ajustado a las dimensiones de la muestra. - En ese momento, se separa las paredes de la muestra una distancia suficiente como para permitir el desplazamiento vertical de la misma, pero asegurando la máxima proximidad de los componentes a la misma. - The servomotor reduces the distance between the walls until the equipment object of the invention detects a change in the current demanded by the servomotor, which indicates that there is an opposition to its movement, and, therefore, that it has already been adjusted. to the dimensions of the sample. - At that moment, the walls of the sample are separated by a sufficient distance to allow its vertical displacement, but ensuring the maximum proximity of the components to it.
- Acto seguido, un segundo servomotor controla la posición vertical de la muestra de forma proporcionar al cierre de las paredes. - Immediately afterwards, a second servomotor controls the vertical position of the sample in order to ensure the closure of the walls.
Donde el proceso de inicialización del bloque de selección de longitudes de onda visible e infrarroja comprende: Where the initialization process of the visible and infrared wavelength selection block comprises:
- El bloque generador de longitudes de onda debe posicionar el LED primero de forma precisa con la fibra óptica con el fin de que toda la luz emitida llegue hasta las muestras. Para ello, comienza rotando el disco en sentido horario hasta que los imanes de neodimio situados a 90° entre sí en la parte posterior del disco, se alineen perfectamente con los sensores de efecto hall situados también a 90°, que se encuentran en el cuerpo principal del soporte del disco. - La forma de posicionarse varía dependiendo de en qué posición se encuentra el disco antes de iniciar su movimiento: - The wavelength generating block must first position the LED precisely with the optical fiber so that all the emitted light reaches the samples. To do this, start by rotating the disc clockwise until the neodymium magnets located at 90° to each other on the back of the disc align perfectly with the hall effect sensors also located at 90°, which are located on the body. main disk holder. - The way of positioning varies depending on what position the disc is in before starting its movement:
1. Si ninguno de los sensores de efecto hall detectan ninguno de los imanes, el disco gira en sentido horario hasta que ambos sensores de efecto hall detectan a su respectivo imán, que es aquel colocado en su misma posición. Tras eso, se realiza un ajuste automático para detectar la posición en la que el campo magnético detectado por cada uno de los sensores es más fuerte. 1. If none of the hall effect sensors detect any of the magnets, the disc rotates clockwise until both hall effect sensors detect their respective magnet, which is the one placed in the same position. After that, an automatic adjustment is made to detect the position in which the magnetic field detected by each of the sensors is strongest.
2. Si uno o ambos imanes son detectados, el disco rota en sentido horario hasta que ninguno de los sensores detecte. Tras ello, gira un poco más y acto seguido repite el proceso descrito en el paso anterior. 2. If one or both magnets are detected, the disc rotates clockwise until neither sensor detects. After that, rotate a little more and then repeat the process described in the previous step.
- Una vez ajustado el disco de forma radial, se procede a su posicionamiento vertical. Para ello, se hace descender el bloque por medio del tren de engranaje situado en la base, hasta alguno de los finales de carrera sean activados, lo cual indica que el bloque ha descendido completamente. Tras ello, el bloque asciende una cierta distancia para colocarse perfectamente alineado con la fibra óptica. - Once the disc has been adjusted radially, it is positioned vertically. To do this, the block is lowered by means of the gear train located at the base, until one of the limit switches is activated, which indicates that the block has completely descended. After this, the block rises a certain distance to be perfectly aligned with the optical fiber.
- El bloque de generación de longitudes de onda UV no precisa de ningún proceso de inicialización al no disponer de partes móviles. - The UV wavelength generation block does not require any initialization process as it does not have moving parts.
El proceso de Inicialización del bloque de análisis fluorimétrico comprende: The Initialization process of the fluorimetric analysis block includes:
El disco rota sobre su eje por la acción del piñón hasta alinear el primer orificio del disco (el cual no posee filtro óptico) con la muestra. Para ello, al igual que el bloque generador de longitudes de onda, este dispone de dos imanes de neodimio situados a 90° entre sí, ubicados en su parte posterior, los cuales son detectados utilizando el mismo proceso descrito en el paso anterior. The disc rotates on its axis by the action of the pinion until the first hole of the disc (which does not have an optical filter) is aligned with the sample. To do this, like the wavelength generating block, it has two neodymium magnets located at 90° to each other, located on the back, which are detected using the same process described in the previous step.
El proceso de determinación de brillo para el análisis espectrofotométrico comprende las etapas siguientes: The brightness determination process for spectrophotometric analysis includes the following stages:
b. Se introduce una muestra de agua destilada en el equipo b. A sample of distilled water is introduced into the equipment
c. Dado que la probeta puede tener diferentes dimensiones, el equipo la asegura mediante un sistema de pinzas retráctiles que se ajustan a la geometría de la probeta, asegurando que esta se quede alineada con el haz de luz, así como con los filtros y los sensores. c. Since the test tube can have different dimensions, the team secures it using a system of retractable clamps that adjust to the geometry of the test tube, ensuring that it remains aligned with the light beam, as well as with the filters and sensors.
d. Una vez alineada y asegurada la muestra, otro mecanismo ajusta la altura de la cubeta con el fin de que esta no sobresalga del equipo por su parte superior y que el análisis se realice en el centro de la misma (la mitad de su altura). d. Once the sample is aligned and secured, another mechanism adjusts the height of the cuvette so that it does not protrude from the equipment at the top and that the analysis is carried out in the center of it (half of its height).
e. Se conecta al ordenador por USB y se conecta a la red eléctrica mediante un transformador de tensión. and. It connects to the computer via USB and connects to the electrical network through a voltage transformer.
f. Una vez el equipo se ha inicializado (posicionado todos sus elementos en las posiciones correctas), se procede a encender el primer LED al mínimo de su capacidad de brillo. F. Once the equipment has been initialized (positioning all its elements in the correct positions), the first LED is turned on at its minimum brightness capacity.
g. El sensor principal (Sensor 1), espera 1.5 segundos antes de comenzar a medir, para que la cantidad de luz que logre atravesar la muestra sea homogénea. g. The main sensor (Sensor 1) waits 1.5 seconds before starting to measure, so that the amount of light that manages to pass through the sample is homogeneous.
h. El sensor mide la cantidad de luz que logra atravesar la muestra de agua destilada, a diferentes intervalos de tiempo, con el fin de realizar un promedio. h. The sensor measures the amount of light that manages to pass through the distilled water sample, at different time intervals, in order to make an average.
i. Si el valor promedio de luz que logra atravesar la muestra es mayor igual a un cierto umbral predefinido, se considera que el nivel de brillo es adecuado, mostrándose en pantalla. Yo. If the average value of light that manages to pass through the sample is greater than a certain predefined threshold, the brightness level is considered adequate and is displayed on the screen.
j. En caso contrario, se incrementa el brillo una cierta cantidad y se repite el proceso. j. Otherwise, the brightness is increased by a certain amount and the process is repeated.
k. El umbral es un valor empírico, el cual debe ser lo suficientemente alto como para aprovechar la resolución del sensor, pero no demasiado para evitar su saturación. k. The threshold is an empirical value, which should be high enough to take advantage of the sensor resolution, but not too high to avoid saturation.
l. Una vez completado la determinación de brillo del LED, se rota y desplaza verticalmente el conjunto para alinear el siguiente LED, y se repite el proceso hasta completarlos todos. l. Once the LED brightness determination is complete, the assembly is rotated and moved vertically to align the next LED, and the process is repeated until all of them are completed.
m. Para determinar el brillo de los LED UV presentes en el bloque de generación de longitudes de onda UV, se enciende cada LED de forma aislada, y se repiten los pasos f-i antes descritos. m. To determine the brightness of the UV LEDs present in the UV wavelength generation block, each LED is turned on in isolation, and steps f-i described above are repeated.
El proceso para la determinación de brillo para el análisis fluorimétrico comprende: The process for determining gloss for fluorimetric analysis includes:
a. Se introduce una muestra de agua destilada en el equipo. to. A sample of distilled water is introduced into the equipment.
b. Dado que la probeta puede tener diferentes dimensiones, el equipo la asegura mediante un sistema de pinzas retráctiles que se ajustan a la geometría de la probeta, asegurando que esta se quede alineada con el haz de luz así como con los filtros y los sensores. b. Since the test tube can have different dimensions, the team secures it using a system of retractable clamps that adjust to the geometry of the test tube, ensuring that it remains aligned with the light beam as well as with the filters and sensors.
c. Una vez alineada y asegurada la muestra, otro mecanismo ajusta la altura de la cubeta con el fin de que esta no sobresalga del equipo por su parte superior y que el análisis se realice en el centro de la misma (la mitad de su altura). c. Once the sample is aligned and secured, another mechanism adjusts the height of the cuvette so that it does not protrude from the equipment at the top and that the analysis is carried out in the center of it (half of its height).
d. Se conecta al ordenador por USB y se conecta a la red eléctrica mediante un transformador de tensión. d. It connects to the computer via USB and connects to the electrical network through a voltage transformer.
e. Con el bloque de fluorimetría posicionado de forma que el orificio sin filtro se encuentre alineado con la muestra a 90° del haz principal, se comienza el proceso. and. With the fluorimetry block positioned so that the unfiltered hole is aligned with the sample at 90° to the main beam, the process begins.
f. Una vez el equipo se ha inicializado (posicionado todos sus elementos en las posiciones correctas), se procede a encender el primer LED al mínimo de su capacidad de brillo. F. Once the equipment has been initialized (positioning all its elements in the correct positions), the first LED is turned on at its minimum brightness capacity.
g. El sensor secundario (Sensor 2), espera unos segundos antes de tomar datos. g. The secondary sensor (Sensor 2) waits a few seconds before taking data.
h. Si el valor de luz captada seleccionado es mayor igual a un cierto umbral predefinido, se considera que el nivel de brillo es adecuado, mostrándose en pantalla. h. If the selected captured light value is greater than a certain predefined threshold, the brightness level is considered adequate and is displayed on the screen.
i. En caso contrario, se incrementa el brillo del LED una cierta cantidad y se repite el proceso anterior. Yo. Otherwise, the LED brightness is increased by a certain amount and the above process is repeated.
j. Una vez completado la determinación de brillo del LED, se rota y desplaza verticalmente el conjunto del bloque 1 para alinear el siguiente LED, y se repite el proceso hasta completarlos todos los LED. k. Para determinar el brillo de los LED UV presentes en el bloque de generación de longitudes de onda UV, se enciende cada LED de forma aislada, y se repiten los pasos g-i antes descritos. j. Once the LED brightness determination is complete, the block 1 assembly is rotated and moved vertically to align the next LED, and the process is repeated until all LEDs are completed. k. To determine the brightness of the UV LEDs present in the UV wavelength generation block, each LED is turned on in isolation, and steps g-i described above are repeated.
Además, en función de las respuestas recibidas por parte de las muestras analizadas es posible variar la intensidad o nivel de brillo de cada luz LED entrante o de excitación en función de la carga del agua. Es decir, en función de la carga de la muestra podemos variar el nivel de brillo de referencia del LED. Esto se hace en base al valor inicial de la transmitancia registrada. A partir, por debajo, de un umbral de transmitancia se modifica el nivel de brillo aumentándolo, para poder tener una mejor caracterización del parámetro de estudio de las muestras. Al igual que para niveles bajos se hace a la inversa. Furthermore, depending on the responses received from the analyzed samples, it is possible to vary the intensity or brightness level of each incoming or excitation LED light depending on the water load. That is, depending on the sample load we can vary the reference brightness level of the LED. This is done based on the initial value of the recorded transmittance. Starting below a transmittance threshold, the brightness level is modified by increasing it, in order to have a better characterization of the study parameter of the samples. As for low levels, it is done the other way around.
El proceso de calibración del equipo comprende las etapas de: The equipment calibration process includes the stages of:
Este proceso se realiza una vez determinado el nivel de brillo óptimo tanto para la espectrofotometría como fluorimetría. This process is carried out once the optimal brightness level has been determined for both spectrophotometry and fluorimetry.
a. Se introduce la muestra en una cubeta por la parte superior del equipo. to. The sample is introduced into a cuvette through the top of the equipment.
b. Dado que la probeta puede tener diferentes dimensiones, el equipo la asegura mediante un sistema de pinzas retráctiles que se ajustan a la geometría de la probeta, asegurando que esta se quede alineada con el haz de luz así como con los filtros y los sensores. b. Since the test tube can have different dimensions, the team secures it using a system of retractable clamps that adjust to the geometry of the test tube, ensuring that it remains aligned with the light beam as well as with the filters and sensors.
c. Una vez alineada y asegurada la muestra, otro mecanismo ajusta la altura de la cubeta con el fin de que esta no sobresalga del equipo por su parte superior y que el análisis se realice en el centro de la misma (la mitad de su altura). c. Once the sample is aligned and secured, another mechanism adjusts the height of the cuvette so that it does not protrude from the equipment at the top and that the analysis is carried out in the center of it (half of its height).
d. Una vez inicializado el equipo, se enciende el primer LED al nivel de brillo seleccionado, cuya luz viaja por la fibra óptica hasta llegar a la muestra objeto de estudio. d. Once the equipment is initialized, the first LED is turned on at the selected brightness level, whose light travels through the optical fiber until it reaches the sample under study.
e. Según las propiedades fisicoquímicas de esta, pasará más o menos luz, la cual será captada por medio de un sensor situado en la misma dirección del haz (180°). and. Depending on its physicochemical properties, more or less light will pass through, which will be captured by a sensor located in the same direction of the beam (180°).
f. El sensor principal (Sensor 1), espera 1.5 segundos antes de comenzar a medir, para que la cantidad de luz que logre atravesar la muestra sea homogénea. F. The main sensor (Sensor 1) waits 1.5 seconds before starting to measure, so that the amount of light that manages to pass through the sample is homogeneous.
g. El sensor mide la cantidad de luz que logra atravesar la muestra de agua destilada, a diferentes intervalos de tiempo, con el fin de realizar un promedio. g. The sensor measures the amount of light that manages to pass through the distilled water sample, at different time intervals, in order to make an average.
h. Este valor promedio (/0,espectrofotometría),se almacena en la memoria interna del equipo (EEPROM) en una posición concreta determinada por el LED utilizado. h. This average value (/0, spectrophotometry) is stored in the internal memory of the equipment (EEPROM) in a specific position determined by the LED used.
i. Acto seguido, se procede a almacenar el valor de luz difusa que logra captar el sensor 2, sin el uso de filtro óptico: Yo. Next, the value of diffuse light that sensor 2 manages to capture is stored, without the use of an optical filter:
- El sensor secundario (Sensor 2), espera unos segundos antes de tomar datos. - The secondary sensor (Sensor 2) waits a few seconds before taking data.
- Se enciende el LED a brillo máximo. - The LED turns on at maximum brightness.
- El valor captado (/0fluorimetría) sealmacena en otra posición de la EEPROM para ese LED (distinta al otro valor deI0registrado anteriormente) - The captured value (/0fluorimetry) is stored in another position of the EEPROM for that LED (different from the other value of I0 registered previously)
j. Tras el paso anterior, se alinea el siguiente LED y se repite el proceso. j. After the previous step, the next LED is aligned and the process is repeated.
k. Una vez completado el análisis de las longitudes de onda visible e infrarrojas dispuestas en el disco rotatorio, se procede a calibrar las longitudes de onda UV, mediante su encendido aislado, y siguiendo los pasos f-i antes descritos. k. Once the analysis of the visible and infrared wavelengths arranged on the rotating disk is completed, the UV wavelengths are calibrated, by turning them on isolatedly, and following the steps f-i described above.
Tanto el proceso de calibración como de análisis realizan idénticos pasos, con la diferencia en que durante la calibración se hace uso de una muestra de agua destilada y la cantidad de luz detectada por el sensor que logra atravesar la muestra a cada longitud de onda (/0), es almacenada en la memoria interna del equipo. Both the calibration and analysis processes carry out identical steps, with the difference that during the calibration a sample of distilled water is used and the amount of light detected by the sensor that manages to pass through the sample at each wavelength (/ 0), is stored in the internal memory of the device.
El proceso de análisis espectrofotométrico y fluorimétrico comprende las etapas de: The spectrophotometric and fluorimetric analysis process includes the stages of:
El equipo puede llevar a cabo sólo el análisis espectrofotométrico o realizarlo en conjunción con el fluorimétrico. A continuación, vamos a describir este último proceso, dado que lleva implícito el otro: The equipment can carry out only the spectrophotometric analysis or perform it in conjunction with the fluorimetric analysis. Next, we are going to describe this last process, given that it implies the other:
a. Se introduce la muestra en una cubeta por la parte superior del equipo. b. Dado que la probeta puede tener diferentes dimensiones, el equipo la asegura mediante un sistema de pinzas retráctiles que se ajustan a la geometría de la probeta, asegurando que esta se quede alineada con el haz de luz así como con los filtros y los sensores. to. The sample is introduced into a cuvette through the top of the equipment. b. Since the test tube can have different dimensions, the team secures it using a system of retractable clamps that adjust to the geometry of the test tube, ensuring that it remains aligned with the light beam as well as with the filters and sensors.
c. Una vez alineada y asegurada la muestra, otro mecanismo ajusta la altura de la cubeta con el fin de que esta no sobresalga del equipo por su parte superior y que el análisis se realice en el centro de la misma (la mitad de su altura). c. Once the sample is aligned and secured, another mechanism adjusts the height of the cuvette so that it does not protrude from the equipment at the top and that the analysis is carried out in the center of it (half of its height).
d. Una vez inicializado el equipo, se enciende el primer LED al nivel de brillo seleccionado, cuya luz viaja por la fibra óptica hasta llegar a la muestra objeto de estudio. d. Once the equipment is initialized, the first LED is turned on at the selected brightness level, whose light travels through the optical fiber until it reaches the sample under study.
e. Según las propiedades fisicoquímicas de esta, pasará más o menos luz, la cual será captada por medio de un sensor situado en la misma dirección del haz (180°). and. Depending on its physicochemical properties, more or less light will pass through, which will be captured by a sensor located in the same direction of the beam (180°).
f. El sensor principal (Sensor 1), espera 1.5 segundos antes de comenzar a medir, para que la cantidad de luz que logre atravesar la muestra sea homogénea. F. The main sensor (Sensor 1) waits 1.5 seconds before starting to measure, so that the amount of light that manages to pass through the sample is homogeneous.
g. El sensor mide la cantidad de luz que logra atravesar la muestra objeto de análisis, a diferentes intervalos de tiempo, con el fin de realizar un promedio. g. The sensor measures the amount of light that manages to pass through the sample under analysis, at different time intervals, in order to make an average.
h. Ese valor promedio, representa en la expresión de TransmitanciaT =—io, el valor de 7 ”, el cual es dividido por el valor deI0que el equipo almacenó para ese LED en el proceso de calibración, calcula dando así el valor de “transmitancia bruta”. h. This average value represents in the expression of TransmittanceT =—io, the value of 7”, which is divided by the value ofI0 that the equipment stored for that LED in the calibration process, thus calculating giving the value of “gross transmittance”. .
Cada LED, emite múltiples longitudes de onda de forma simultáneas siguiendo una distribución normal de intensidades de brillo. El valor de transmitancia bruta, corresponde al valor registrado por efecto de todas esas longitudes de onda que de forma simultánea atraviesan las muestras. Esto hace que los valores detectados por el equipo, aunque tenga la misma forma que los registrados por un equipo comercial basado en lámparas incandescentes, sean más altos. Each LED emits multiple wavelengths simultaneously following a normal distribution of brightness intensities. The gross transmittance value corresponds to the value recorded by the effect of all those wavelengths that simultaneously pass through the samples. This means that the values detected by the equipment, even though it has the same shape as those recorded by commercial equipment based on incandescent lamps, are higher.
i. Para eliminar este efecto de las longitudes de onda múltiples y poder aislar el efecto de una sola de ellas sin necesidad de elementos ópticos, se usan una serie de modelos matemáticos precargados en el equipo, que permiten modelizar, a partir del valor de transmitancia bruta, el valor de transmitancia que se obtendría si sólo actuada una de las longitudes de onda entre las múltiples emitidas. Esto, no sólo permite solventar el problema de desviación de los resultados, sino que permite extender el número de longitudes de ondas soportadas. Yo. To eliminate this effect of multiple wavelengths and be able to isolate the effect of a single one of them without the need for optical elements, a series of mathematical models preloaded in the equipment are used, which allow modeling, based on the gross transmittance value, the transmittance value that would be obtained if only one of the wavelengths among the multiple emitted ones were activated. This not only allows us to solve the problem of deviation of the results, but also allows us to extend the number of supported wavelengths.
j. Para cada LED, se muestran en pantalla de forma simultánea, los valores de transmitancia producido por cada una de las longitudes de onda que emite cada LED, lo que agiliza el análisis. j. For each LED, the transmittance values produced by each of the wavelengths emitted by each LED are displayed simultaneously on the screen, which speeds up the analysis.
k. Una vez analizada la respuesta espectral para la región de longitudes de onda emitidas por el LED en curso, se procede al análisis fluorimétrico. k. Once the spectral response has been analyzed for the region of wavelengths emitted by the current LED, the fluorimetric analysis is carried out.
l. Para ello, se alinea el primer filtro óptico con la muestra, y se enciende el LED en curso a cortos intervalos de tiempo, al nivel de brillo seleccionado en el paso 4. l. To do this, the first optical filter is aligned with the sample, and the LED is turned on in progress at short time intervals, at the brightness level selected in step 4.
m. El sensor secundario (Sensor 2), espera unos segundos antes de tomar datos. m. The secondary sensor (Sensor 2) waits a few seconds before taking data.
n. Se registra la cantidad de luz captada por el sensor 2. n. The amount of light captured by sensor 2 is recorded.
o. Se repite este proceso varias veces para tomar un valor promedio. either. This process is repeated several times to take an average value.
p. Ese valor de luz reflejada seleccionado, representa el valor deIen la relaciónT= —, el cual es dividido por el valor de /0 (el registrado duranteiop. That selected reflected light value represents the value of I in the relationship T= —, which is divided by the value of /0 (the one recorded during the period
la calibración de fluorescencia, no de espectrofotometría), almacenado para ese LED durante la fase de calibración. Esto permite obtener un valor de transmitancia bruta. fluorescence calibration, not spectrophotometry), stored for that LED during the calibration phase. This allows obtaining a gross transmittance value.
q. Por medio de diversos modelos matemáticos, se calcula, a partir del valor de transmitancia medidos por cada LED (transmitancia bruta), los valores de transmitancia registrados a partir de la luz difusa (luz medida a 90°) producidos por cada una de las longitudes de ondas emitidas por el LED. r. Cada uno de estos valores se envían al ordenador para ser graficados, indicándose, valor de transmitancia medido, longitud de onda de excitación y longitud de onda emitida por la muestra. De esta forma se logra generar el mapa de calor que compone la respuesta fluorimétrica. s. Este proceso se repite con todos y cada uno de los filtros ópticos instalados. q. By means of various mathematical models, the transmittance values recorded from the diffuse light (light measured at 90°) produced by each of the lengths are calculated from the transmittance value measured by each LED (gross transmittance). of waves emitted by the LED. r. Each of these values are sent to the computer to be graphed, indicating the measured transmittance value, excitation wavelength and wavelength emitted by the sample. In this way, the heat map that makes up the fluorimetric response is generated. s. This process is repeated with each and every optical filter installed.
t. Cuando este proceso termina, se procede a volver a inicializar el bloque 3, para dejarlo preparado para el próximo análisis fluorimétrico con el siguiente LED. t. When this process ends, block 3 is initialized again, to leave it ready for the next fluorimetric analysis with the next LED.
u. Se alinea el siguiente LED con la muestra y se repite el proceso descrito hasta completar todos y cada uno de ellos. or. The next LED is aligned with the sample and the process described is repeated until each and every one of them is completed.
v. Una vez completado el análisis de las longitudes de onda visible e infrarrojas dispuestas en el disco rotatorio, se procede a calibrar las longitudes de onda UV, mediante su encendido aislado, y siguiendo los pasos f-t antes descritos. v. Once the analysis of the visible and infrared wavelengths arranged on the rotating disk is completed, the UV wavelengths are calibrated, by turning them on isolatedly, and following the steps f-t described above.
w. Una vez finalizado el análisis espectrofotométrico y fluorimétrico, el equipo vuelve a posicionar el bloque 1 y 3, estando preparado para un próximo análisis. w. Once the spectrophotometric and fluorimetric analysis is completed, the equipment repositions block 1 and 3, being prepared for the next analysis.
x. En ese momento, la aplicación de PC utilizada para controlar el equipo, notifica al usuario que el análisis ha sido completado y le indica si desea enviar a la nube los resultados, repetir el análisis o descartarlo. x. At that moment, the PC application used to control the equipment notifies the user that the analysis has been completed and indicates whether they want to send the results to the cloud, repeat the analysis or discard it.
Salvo que se indique lo contrario, todos los elementos técnicos y científicos usados en la presente memoria poseen el significado que habitualmente entiende un experto normal en la técnica a la que pertenece esta invención. En la práctica de la presente invención se pueden usar procedimientos y materiales similares o equivalentes a los descritos en la memoria. Unless otherwise indicated, all technical and scientific elements used herein have the meaning normally understood by a person skilled in the art to which this invention belongs. Procedures and materials similar or equivalent to those described herein may be used in the practice of the present invention.
A lo largo de la descripción y de las reivindicaciones la palabra "comprende” y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención. Throughout the description and claims the word "comprises" and its variants are not intended to exclude other technical characteristics, additives, components or steps. For those skilled in the art, other objects, advantages and characteristics of the invention will emerge in part of the description and part of the practice of the invention.
EXPLICACION DE LAS FIGURAS EXPLANATION OF THE FIGURES
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente. To complement the description that is being made and in order to help a better understanding of the characteristics of the invention, in accordance with a preferred example of its practical implementation, a set of drawings is attached as an integral part of said description. where, for illustrative and non-limiting purposes, the following has been represented.
En la figura 1, podemos observar una representación en perspectiva del equipo objeto de la invención. In Figure 1, we can see a perspective representation of the equipment that is the object of the invention.
En la figura 2, podemos observar una primera representación en perspectiva del interior del equipo. In figure 2, we can see a first perspective representation of the interior of the equipment.
En la figura 3 se muestra una segunda representación en perspectiva del interior del equipo. Figure 3 shows a second perspective representation of the interior of the equipment.
En la figura 4 se muestra de manera explosionada el bloque generador de longitudes de onda. Figure 4 shows the wavelength generating block in an exploded manner.
En la figura 5 se muestra una vista que permite apreciar los medios empleados para la elevación y descenso del bloque generador de longitudes de onda. Figure 5 shows a view that allows us to appreciate the means used to raise and lower the wavelength generating block.
En la figura 6 se muestra una vista frontal del interior del bloque generador de longitudes de onda Figure 6 shows a front view of the interior of the wavelength generating block.
En la figura 7 se muestra el interior del bloque de análisis fluorimétrico. Figure 7 shows the interior of the fluorimetric analysis block.
En la figura 8 se muestra la cara posterior de la rueda contenedora de filtros. Figure 8 shows the rear face of the filter container wheel.
En la figura 9 se muestra de forma esquemática por donde circula la luz emitida por los LEDs, y el posicionamiento relativo de los sensores para llevar a cabo el análisis espectrofotométrico y fluorimétrico. Figure 9 shows schematically where the light emitted by the LEDs circulates, and the relative positioning of the sensors to carry out the spectrophotometric and fluorimetric analysis.
En la figura 10 se muestra una vista en detalle del bloque contenedor de muestras ajustable a distintas longitudes de trayectoria, así como del bloque de generación de longitudes de onda UV. Figure 10 shows a detailed view of the sample container block adjustable to different path lengths, as well as the UV wavelength generation block.
En la figura 11 se muestra una vista explosionada del bloque contenedor de muestras ajustable a distintas longitud de trayectoria, así como del bloque de generación de longitudes de onda UV, donde se aprecian todos sus elementos. Figure 11 shows an exploded view of the sample container block adjustable to different path lengths, as well as the UV wavelength generation block, where all its elements can be seen.
En la figura 12 se muestra una vista en detalle del mecanismo de variación de la longitud de trayectoria del bloque contenedor de muestras. Figure 12 shows a detailed view of the mechanism for varying the path length of the sample containing block.
En la figura 13 se muestra una vista en detalle del bloque de generación de longitudes de onda UV así como su disposición respecto a la entrada de fibra óptica para longitudes de onda visible e infrarroja. Figure 13 shows a detailed view of the UV wavelength generation block as well as its arrangement with respect to the fiber optic input for visible and infrared wavelengths.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN PREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION
A la vista de las figuras se describe seguidamente un modo de realización preferente de la invención propuesta. In view of the figures, a preferred embodiment of the proposed invention is described below.
En la figura 1 podemos observar que el equipo comprende una carcasa (1) bajo la cual se dispone una base (3) apoyada sobre una pieza de suelo (4), quedando sobre la parte superior de la carcasa (1) una tapa (2). In Figure 1 we can see that the equipment comprises a casing (1) under which a base (3) is placed resting on a piece of floor (4), leaving a cover (2) on the upper part of the casing (1). ).
En la figura 2 se observa que en el interior del equipo hay una plataforma (5) sobre la cual está fijado un bloque generador /selector de longitudes de onda (6) unido con un bloque de contención de muestras con longitud de trayectoria variable (7) y análisis espectrofotométrico por medio de una fibra óptica (9), donde el bloque de contención de muestras con longitud de trayectoria variable (7) está unido de forma solidaria con un bloque de análisis fluorimétrico (8). In Figure 2 it can be seen that inside the equipment there is a platform (5) on which a wavelength generator/selector block (6) is fixed together with a sample containment block with variable path length (7 ) and spectrophotometric analysis by means of an optical fiber (9), where the sample containment block with variable path length (7) is integrally linked with a fluorimetric analysis block (8).
En las figuras 3 y 4 se puede observar que el bloque generador de longitudes de onda (6) comprende una rueda (37) provista de una serie de perforaciones (38) donde se alojan unos LEDs (35) montados en una placa de soporte (11) de los LEDs (35), donde dicha rueda (37) queda montada en un soporte de rueda (12). En este soporte de rueda (12) queda fijado un primer motor (10) para el giro de la rueda (37). In Figures 3 and 4 it can be seen that the wavelength generating block (6) comprises a wheel (37) provided with a series of perforations (38) where some LEDs (35) are housed mounted on a support plate ( 11) of the LEDs (35), where said wheel (37) is mounted on a wheel support (12). A first motor (10) for rotating the wheel (37) is fixed to this wheel support (12).
Este bloque generador de longitudes de onda visible e infrarroja (6) cuenta con un movimiento de elevación y descenso a lo largo de unas guías verticales (14) contando para ello con un soporte anti retorcimiento de cables (31) provisto de un anillo rodante o "slip ring” (19); con un segundo motor (15) para elevación y descenso de bloque, y que transmite dicho accionamiento por medio de un tren de engranajes (16) (figura 5) donde en el último engranaje (17) está unido un husillo (13) que rosca sobre el soporte anti retorcimiento de cables (31) y que transforma un movimiento circular en un movimiento de elevación y descenso. Además, cuenta con un unos topes o finales de carrera (18). This visible and infrared wavelength generator block (6) has a lifting and lowering movement along vertical guides (14), with an anti-twisting support for cables (31) provided with a rolling ring or "slip ring" (19); with a second motor (15) for lifting and lowering the block, and which transmits said drive through a gear train (16) (figure 5) where the last gear (17) is attached a spindle (13) that threads on the anti-twist cable support (31) and that transforms a circular movement into a lifting and lowering movement. In addition, it has some stops or limit switches (18).
En la figura 6 se pueden apreciar una realización de los medios para el correcto alineamiento de la rueda (37) que consiste en la disposición de unos imanes (34), preferentemente a 90°, y una placa de soporte de un sensor de efecto hall (33) que analiza las variaciones del campo magnético que producen los imanes, es posible el posicionamiento preciso del disco In Figure 6 you can see an embodiment of the means for the correct alignment of the wheel (37), which consists of the arrangement of magnets (34), preferably at 90°, and a support plate for a hall effect sensor. (33) that analyzes the variations in the magnetic field produced by the magnets, precise positioning of the disc is possible
El bloque de análisis fluorimétrico (8) comprende, según se puede apreciar en las figuras 3 y 7, una serie de filtros (29) alojados dentro de un contenedor de filtros (25) y cubiertos por una tapa (26), quedando alojado el conjunto anterior dentro de una carcasa formada por una pieza soporte (21) y una tapa (22) (figura 3). The fluorimetric analysis block (8) comprises, as can be seen in Figures 3 and 7, a series of filters (29) housed within a filter container (25) and covered by a lid (26), housing the previous assembly inside a housing formed by a support piece (21) and a cover (22) (figure 3).
El contenedor de filtros (25) adopta la forma de una rueda dentada y engrana con un piñón (24) movido por un tercer motor (23). Además, el bloque de análisis fluorimétrico (8) cuenta con un soporte sensor de fluorescencia (27) sobre el que hay montado un fotodiodo (28). The filter container (25) takes the shape of a toothed wheel and meshes with a pinion (24) driven by a third motor (23). In addition, the fluorimetric analysis block (8) has a fluorescence sensor support (27) on which a photodiode (28) is mounted.
En la figura 8 se muestran los medios empleados para el correcto posicionamiento del contendor de filtros (25) que al igual en que el bloque generador de longitudes de onda cuenta con unos imanes (36) y una placa de soporte de un sensor de efecto hall (30) que analiza las variaciones del campo magnético que producen los imanes, es posible el posicionamiento preciso del disco. Figure 8 shows the means used for the correct positioning of the filter container (25), which, like the wavelength generating block, has magnets (36) and a support plate for a hall effect sensor. (30) that analyzes the variations in the magnetic field produced by the magnets, precise positioning of the disc is possible.
El bloque de contención la muestras con longitud de trayectoria ajustable (7) comprende unos medios para alojar un primer sensor (20) encargado de la medición de espectrofotometría, así como con unos medios para la regulación de la altura (32) de las probetas introducidas, y medios necesarios para variar la disposición de las paredes del contenedor para acercarlas o alejarlas a la muestra en función de sus dimensiones, y por ende, ajustando la posición del primer sensor (20), así como un bloque de generación de longitudes de onda UV (41) y de la entrada de fibra óptica. Dichos medios de variación de las paredes permiten del contenedor con longitud de trayectoria variable (7) permite que el contenedor se ajuste a la geometría de la probeta, asegurando que esta se quede alineada con el haz de luz, así como con los filtros y los sensores sin dejar huecos. The sample containment block with adjustable path length (7) comprises means for housing a first sensor (20) responsible for spectrophotometry measurement, as well as means for regulating the height (32) of the inserted specimens. , and means necessary to vary the arrangement of the walls of the container to bring them closer or further away from the sample depending on its dimensions, and therefore, adjusting the position of the first sensor (20), as well as a wavelength generation block UV (41) and fiber optic input. Said means of variation of the walls allow the container with variable path length (7) to allow the container to adjust to the geometry of the specimen, ensuring that it remains aligned with the light beam, as well as with the filters and the sensors without leaving gaps.
En la figura 9 se puede observar de forma detallada el discurrir de la luz generada por el bloque de generación de longitudes de onda (6) que es conducida por la fibra óptica (9) hasta el bloque de contención de muestras con longitud de trayectoria variable (7) donde se dispone el primer sensor alineado 180° con la luz emitida y que atraviesa la muestra, mientras que la luz emitida perpendicularmente al discurrir del haz por la fibra óptica es recibida por el bloque de análisis de fluorimetría (8) donde se aloja el segundo sensor. Figure 9 shows in detail the flow of the light generated by the wavelength generation block (6) that is conducted by the optical fiber (9) to the sample containment block with variable path length. (7) where the first sensor is arranged aligned 180° with the light emitted and passing through the sample, while the light emitted perpendicularly as the beam passes through the optical fiber is received by the fluorimetry analysis block (8) where it is houses the second sensor.
En esta figura 9 se observa que la fibra óptica (9) se conecta con el bloque generador de longitudes de onda visible e infrarrojo (6) mediante un soporte de fibra (39), y con el bloque de contención de muestras (7) mediante una pieza de acoplamiento (40) de la fibra óptica. Entre la fibra óptica (9) y el bloque de contención de muestras con longitud de trayectoria variables (7), se emplaza el bloque de generación de longitudes de onda UV (41). In this figure 9 it is observed that the optical fiber (9) is connected to the visible and infrared wavelength generating block (6) through a fiber support (39), and with the sample containment block (7) through a coupling piece (40) of the optical fiber. Between the optical fiber (9) and the sample containment block with variable path length (7), the UV wavelength generation block (41) is located.
Tal y como se observa en la figura 10 y en la figura 11 el contenedor de muestras con longitud de trayectoria variable (7) comprende cuatro paredes (42, 43, 44 y 45) de las cuales las paredes (42, 43 y 44) son paredes móviles que se mueven de forma simultánea y están separadas entre sí por medio de unos elementos elásticos (46) los cuales se estiran y/o contraen durante el desplazamiento de las paredes, aislando una muestra alojada en el receptáculo (47) de cualquier fuente de luz no deseada As seen in Figure 10 and Figure 11, the sample container with variable path length (7) comprises four walls (42, 43, 44 and 45) of which the walls (42, 43 and 44) They are mobile walls that move simultaneously and are separated from each other by means of elastic elements (46) which stretch and/or contract during the movement of the walls, isolating a sample housed in the receptacle (47) from any unwanted light source
Además, el contenedor de muestras con longitud de trayectoria variables (7) cuenta con unos medios para modificar el posicionamiento de la altura (32) de la muestra introducida de forma automática y así proporcionar su longitud de trayectoria. Furthermore, the sample container with variable path length (7) has means to modify the positioning of the height (32) of the sample introduced automatically and thus provide its path length.
Sobre la pared (44) se encuentra dispuesto el bloque de generación de longitudes de onda UV (41), mientras que sobre la pared enfrentada (42) se encuentra dispuesto el primer sensor (20). The UV wavelength generation block (41) is arranged on the wall (44), while the first sensor (20) is arranged on the facing wall (42).
La pared restante (45), que es una pared fija, se emplea para sujetar el conjunto con el contendor de filtros (25). The remaining wall (45), which is a fixed wall, is used to hold the assembly with the filter container (25).
Para realizar el desplazamiento horizontal de las paredes móviles (42, 43 y 44), el bloque dispone de una primera rueda dentada (48) provista de unas acanaladuras curvas (49) por cuyo interior se mueven unos tetones (50) vinculados con unas garras rectangulares (51) a las que las paredes móviles (42,43 y 44) se encuentran conectadas de forma solidaria. To carry out the horizontal movement of the mobile walls (42, 43 and 44), the block has a first toothed wheel (48) provided with curved grooves (49) through which lugs (50) linked with claws move. rectangular (51) to which the mobile walls (42, 43 and 44) are integrally connected.
La primera rueda dentada (48) es accionada mediante un servomotor (52), cuyo movimiento es transmitido mediante un tren de engranajes rectos y cónicos (53) y (54) respectivamente lo que permite controlar el grado de apertura o cierre del conjunto. The first toothed wheel (48) is driven by a servomotor (52), whose movement is transmitted by a train of straight and conical gears (53) and (54) respectively, which allows controlling the degree of opening or closing of the assembly.
Los medios de regulación de la altura (32) de la muestra introducida en la cavidad (47) comprenden un sistema de brazos articulados (55) y (56) accionados a través de una palanca pivotante (57) por un segundo servomotor (58) The means for regulating the height (32) of the sample introduced into the cavity (47) comprise a system of articulated arms (55) and (56) actuated through a pivoting lever (57) by a second servomotor (58).
El bloque de generación de longitudes de onda UV (41) el cual, de acuerdo con la Figura 13, consta de una tarjea de circuito impreso (59) que posee un orificio (60) por el que discurre la fibra óptica (9) sin obstáculo, la cual está rodeada por LEDs UV (61) dispuestos de forma radial , de forma que la muestra objeto de estudio puede ser irradiada tanto por las longitudes de onda generadas por el bloque de generación de longitudes de onda visible e infrarrojo (6) que ingresan en el bloque de contención de muestra con longitud de trayectoria variable (7) a través de la fibra óptica (9), así como por parte del bloque de generación de longitudes de onda UV (41) de forma directa sin necesidad de viajar por la fibra óptica. The UV wavelength generation block (41) which, according to Figure 13, consists of a printed circuit board (59) that has a hole (60) through which the optical fiber (9) runs without obstacle, which is surrounded by UV LEDs (61) arranged radially, so that the sample under study can be irradiated by both the wavelengths generated by the visible and infrared wavelength generation block (6) that enter the sample containment block with variable path length (7) through the optical fiber (9), as well as by the UV wavelength generation block (41) directly without the need to travel by fiber optics.
Descrita suficientemente la naturaleza de la presente invención, así como la manera de ponerla en práctica, se hace constar que, dentro de su esencialidad, podrá ser llevada a la práctica en otras formas de realización que difieran en detalle de la indicada a título de ejemplo, y a las cuales alcanzará igualmente la protección que se recaba, siempre que no altere, cambie o modifique su principio fundamental. Having sufficiently described the nature of the present invention, as well as the way of putting it into practice, it is stated that, within its essentiality, it may be put into practice in other embodiments that differ in detail from that indicated by way of example. , and to which the protection sought will also reach, as long as it does not alter, change or modify its fundamental principle.
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ES2948924A1 (en) | 2023-09-21 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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BA2A | Patent application published |
Ref document number: 2948924 Country of ref document: ES Kind code of ref document: A1 Effective date: 20230921 |
|
FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2948924 Country of ref document: ES Kind code of ref document: B2 Effective date: 20240115 |