MX2012009887A - Dispositivo medidor optico portatil y metodo de uso. - Google Patents
Dispositivo medidor optico portatil y metodo de uso.Info
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Abstract
Las modalidades proporcionan un dispositivo medidor óptico portátil y método para medir una propiedad óptica de una muestra líquida. En algunas modalidades, el dispositivo medidor óptico incluye un módulo controlador portátil que tiene un cabezal sensor sumergible y un miembro de muestreo que incluye un recipiente de muestra y el miembro de unión que acopla el recipiente de muestra al módulo controlador portátil. En algunas modalidades, el miembro de unión es un miembro rígido alargado que se acopla por charnela al módulo controlador, proporcionando de este modo una configuración de plegado para encerrar el cabezal sensor con el recipiente de muestra durante las mediciones, trasporte, y/o almacenamiento. En algunas modalidades, el recipiente de muestra unida proporciona una cubierta protectora para el cabezal sensor sumergible durante el uso y/o cuando no está en uso.
Description
DISPOSITIVO MEDIDOR OPTICO PORTATIL Y METODO DE USO
Campo de la Invención
Las modalidades de la presente invención se refieren en general a dispositivos medidores ópticos para probar una muestra líquida, y de manera más particular a dispositivos medidores ópticos portátiles que tienen sensores sumergibles para medir una o más propiedades ópticas de una muestra liquida.
Antecedentes de la Invención
El monitoreo de la calidad del agua, incluyendo varias sustancias dentro de una muestra de agua, es un proceso ampliamente usado en muchos campos, y como se apreciará, puede ser importante en cualquier aplicación que dependa del mantenimiento y/o cambio de varias características de una muestra de agua. Algunos ejemplos de aplicaciones pertinentes incluyen monitoreo de fuentes naturales de agua por cuestiones ambientales, monitoreo de sistemas de aguas industriales para asegurar un desempeño adecuado, y monitoreo de los sistemas de aguas municipales para asegurarse que se cumplan criterios de calidad. De maneras incontables para probar, caracterizar, y monitorizar flujos de agua, la medición de las propiedades ópticas de una muestra de agua ha llegado a ser un método importante y confiable para caracterizar ciertas propiedades de la muestra
Ref . : 234002 de agua. Están disponibles varios métodos para medir las propiedades ópticas de una muestra de agua.
La espectroscopia de absorción puede proporcionar información acerca del intervalo de espectros electromagnéticos absorbidos por una o más sustancias en una muestra de agua. Al usar un espectrofotómetro, se dirige luz ultravioleta y/o visible a una cierta longitud de onda (o en un intervalo de longitudes de onda) a través de la muestra de agua. El espectrofotómetro mide cuanta de la luz se absorbe por la muestra de agua. La concentración de la sustancia en una muestra de agua entonces se puede determinar al medir la intensidad de la luz transmitida a través de la muestra de agua y calcular la concentración de la sustancia en base a la transmisión medida de la muestra de agua.
La espectroscopia fluorométrica se refiere a la detección de luz fluorescente emitida por una muestra de interés. Comprende usar un haz de luz, usualmente luz ultravioleta (UV) , que excita los electrones en moléculas de ciertos compuestos en la muestra y provoca que emitan luz de una menor energía (es decir, "emitan fluorescencia"). Hay varios tipos de fluorómetros para medir la fluorescencia emitida. En general, los fluorómetros tienen una fuente de energía radiante de excitación, un selector de longitud de onda de excitación, una celda de muestra para contener el material de muestra, un selector de longitud de onda de emisión, un detector con procesador de señales y un dispositivo de lectura. Los fluorómetros de filtro usan filtros ópticos para aislar la luz incidente y la luz fluorescente. Los espectrofluorómetros usan monocromadores de rejilla de difracción para aislar la luz incidente y la luz fluorescente .
Un método para monitorizar la concentración de un producto químico (por ejemplo, un agente limpiador) dentro de una muestra de agua depende del monitoreo de la fluorescencia del producto,que se presenta cuando la muestra (y el producto dentro de la muestra) se expone a una longitud de onda predeterminada de luz. Por ejemplo, los compuestos dentro del producto, o un trazador fluorescente adicionado al producto, pueden emitir fluorescencia cuando se exponen a ciertas longitudes de onda de luz. La concentración del producto entonces se puede determinar usando un fluorómetro que mide la fluorescencia de los compuestos y se calcula la concentración del producto químico en base a la fluorescencia medida. Estas determinaciones pueden ser especialmente importantes en operaciones de limpieza y antimicrobianas en las cuales los usuarios comerciales (por ejemplo, restaurantes, hoteles, plantas de alimentos y bebidas, tiendas de abarrotes, etc.) dependen de la concentración del producto limpiador o antimicrobiano para hacer que el producto trabaje de forma eficiente. Lo mismo puede ser válido para otras aplicaciones, tal como cuidado del agua, control de plagas, operaciones de bebidas y embotellado, operaciones de envasado y similares.
La percepción de la turbidez proporciona una indicación rápida y práctica de la cantidad relativa de sólidos suspendidos en agua o líquidos suspendidos. Muchas aplicaciones de baño comercial e industrial pueden hacer uso de la percepción de la turbidez y conductividad para mejorar la calidad del producto, para reducir al mínimo el consumo de ingredientes, y para reducir la descarga de aguas residuales. Los sensores de turbidez determinan frecuentemente la cantidad de sólidos suspendidos en base a la cantidad de luz transmitida a través de una muestra o dispersada por una muestra .
También están disponibles otros métodos para medir y monitorizar propiedades ópticas de una muestra de agua.
Breve Descripción de la Invención
En general, las modalidades de la invención se refieren a varios diseños para un dispositivo medidor óptico portátil que tiene una copa integral de muestra y un cabezal sensor sumergible capaz de medir una o más propiedades de una muestra de agua dentro de la copa con el cabezal sensor que se sumerge en la muestra de agua. Las modalidades del dispositivo portátil están ventajosamente auto- contenidas incorporan componentes que permiten que el dispositivo óptico portátil contenga una muestra de agua lejos de la fuente de agua y mida y presente características de la muestra de agua a un usuario sin la necesidad de comunicación con equipo exterior .
De acuerdo con un aspecto de la invención, se proporciona un dispositivo medidor óptico portátil que incluye un módulo controlador portátil y un miembro de muestreo. El módulo controlador se adapta (por ejemplo, se hace de un tamaño y se forma) para que se sostenga por la mano de un usuario, e incluye un alo amiento que tiene una superficie de fondo. Se coloca un controlador dentro del alojamiento para calcular una propiedad óptica de una muestra de agua en base a una señal del sensor óptico. El módulo controlador también incluye un cabezal sensor sumergible que tiene un alojamiento con un extremo próximo y un extremo distante, en donde el cabezal sensor se conecta a la superficie de fondo del alojamiento del módulo controlador en el extremo próximo del alojamiento del cabezal sensor. El módulo controlador incluye además al menos un sensor óptico acoplado al controlador que es capaz de generar y transmitir la señal del sensor óptico al controlador en base a la propiedad óptica de la muestra de agua cuando el cabezal sensor se sumerge en la muestra de agua. En general, el miembro de muestreo incluye un recipiente de muestra y un miembro de unión acoplado a el recipiente de muestra y el módulo controlador portátil para retener el recipiente de muestra con el módulo controlador portátil. El recipiente de muestra contiene la muestra de agua y se puede sujetar de forma removible alrededor del cabezal sensor tal que la muestra de agua se puede introducir en el recipiente de muestra cuando el recipiente de muestra no se sujeta alrededor del cabezal sensor. Cuando el recipiente de muestra que contiene la muestra de agua se sujeta alrededor del cabezal sensor, se sumerge al menos una porción del cabezal sensor en la muestra de agua. El miembro de unión puede retener el recipiente de muestra con el módulo controlador portátil sí o no el recipiente de muestra se sujeta alrededor del cabezal sensor.
De acuerdo con otro aspecto de la invención, se proporciona un dispositivo medidor óptico portátil que tiene una porción de controlador, una porción de muestreo, y un pivote que acopla la porción de controlador y la porción de muestreo. La porción de controlador incluye un alojamiento rígido alargado con una superficie de fondo, y un primer extremo y un segundo extremo entre los cuales se extiende un tramo del alojamiento de la porción de controlador. La porción de controlador también incluye un controlador adaptado para calcular una propiedad óptica de una muestra de agua en base a una señal del sensor óptico y un cabezal sensor sumergible que tiene al menos un sensor óptico acoplado al controlador. El sensor óptico tiene un extremo próximo y un extremo distante entre los cuales se extiende un tramo del cabezal sensor, y el extremo próximo el cabezal sensor se conecta a la superficie de fondo del alojamiento de la porción de controlador próximo al primer extremo del alojamiento de la porción de controlador. La porción de mues reo incluye un miembro de unión, rígido, alargado con un primer extremo y un segundo extremo entre los cuales se extiende un tramo del miembro de unión. El pivote acopla el segundo extremo del miembro de unión al segundo extremo del alojamiento de la porción de controlador y el primer extremo del miembro de unión se acopla a un recipiente de muestra para recibir la muestra de agua. El recipiente de muestra se puede sujetar de forma removible alrededor del cabezal sensor tal que el cabezal sensor se sumerja al menos parcialmente a la muestra de agua contenida en el recipiente de muestra con el recipiente de muestra sujetada alrededor del cabezal sensor .
De acuerdo con otro aspecto de la invención, se proporciona un método para medir una propiedad óptica de una muestra de agua. El método incluye proporcionar un dispositivo medidor óptico portátil que tiene una porción de controlador con un cabezal sensor sumergible, y una porción de muestreo con un recipiente de muestra y un miembro de unión que acopla el recipiente de muestra a la porción de controlador. El recipiente de muestra se puede sujetar de manera preferente de forma removible alrededor del cabezal sensor. El método también incluye soltar el recipiente de muestra del cabezal sensor, introducir una muestra de agua en el recipiente de muestra, y sujetar el recipiente de muestra alrededor del cabezal sensor tal que al menos una parte del cabezal sensor se sumerja en la muestra de agua. El recipiente de muestra permanece preferentemente acoplada al miembro de unión y la porción de controlador sí o no se sujete alrededor del cabezal sensor. Una vez que el cabezal sensor se sumerge en la muestra de agua, el método también incluye medir una propiedad óptica de la muestra de agua con el cabezal sensor y la porción de controlador.
Las modalidades de la presente invención pueden proporcionar una o más de las siguientes características y/o ventajas. Algunas modalidades proporcionan protección mejorada para una sonda de sumersión sumergible y componentes ópticos asociados durante las mediciones y/o durante el almacenamiento y transporte. En algunas modalidades, un recipiente de muestra unida proporciona una cubierta protectora para el cabezal sensor sumergible durante el uso y/o cuando no está en uso. En algunos casos, el dispositivo medidor óptico portátil incluye una cavidad para contener una muestra de agua y otra cavidad para contener los derrames por sobre-relleno durante las mediciones. En algunas modalidades, se puede unir de forma permanente una cubierta protectora al alojamiento del dispositivo óptico portátil, adicionando conveniencia en el uso en campo. La cubierta protectora puede proporcionar una manija extendida, haciendo más fácil agarrar o recoger una muestra de agua de un cuerpo abierto de agua. En algunas modalidades, la naturaleza unida del recipiente de muestra puede permitir mediciones de la muestra recogida con retraso mínimo y sin preparación adicional ni pasos de manejo .
Estas y otras varias características y ventajas serán evidentes de una lectura de la siguiente descripción detallada.
Breve Descripción de las Figuras
Las siguientes figuras son ilustrativas de modalidades particulares de la presente invención y por lo tanto no limitan el alcance de la invención. Las figuras no están a escala (a menos que así se señale) y se proponen para el uso en unión con las explicaciones en la siguiente descripción detallada. Las modalidades de la presente invención se describirán más adelante en la presente en unión con las figuras anexas, en donde números similares denotan elementos similares .
La Figura 1 es una vista en perspectiva de un fluorómetro portátil De acuerdo con algunas modalidades de la invención.
La Figura 2 es una gráfica de la intensidad del espectro de excitación y emisión De acuerdo con algunas de las modalidades de la invención.
La Figura 3 es una vista con separación de partes de un fluorometro portátil De acuerdo con algunas modalidades de la invención.
La Figura 4 es un diagrama esquemático de un tablero de controlador De acuerdo con algunas modalidades de la invención.
La Figura 5 es una vista en perspectiva de un tablero de fuente de luz De acuerdo con algunas modalidades de la invención.
La Figura 6 es una vista en perspectiva de un tablero de detector de emisión De acuerdo con algunas modalidades de la invención.
La Figura 7A es una vista en perspectiva superior de un cabezal sensor De acuerdo con algunas modalidades de la invención .
La Figura 7B es una vista en perspectiva de fondo del cabezal sensor de la Figura 7A.
La Figura 7C es una vista en perspectiva en sección transversal del cabezal sensor de la Figura 7A.
La Figura 8 es un diagrama de flujo que representa un método para determinar una concentración en una sustancia en una muestra de agua De acuerdo con algunas modalidades de la invención.
La Figura 9A es una vista en perspectiva de un dispositivo o medidor óptico en una posición abierta De acuerdo con lagunas modalidades de la invención.
La Figura 9B es una vista en perspectiva del dispositivo medidor óptico de la Figura 9A en posición cerrada .
La Figura 9C es una vista lateral el dispositivo medidor óptico de la Figura 9A en una posición cerrada.
La Figura 9D es una vista lateral del dispositivo medidor óptico de la Figura 9A en una posición parcialmente abierta .
La Figura 9E es una vista en perspectiva de un dispositivo medidor óptico con un depósito de sobre-relleno De acuerdo con algunas modalidades de la invención.
La Figura 10 es un diagrama de flujo que representa un método para medir una propiedad óptica de una muestra de agua De acuerdo con algunas modalidades de la invención.
Descripción. Detallada de la Invención
La siguiente descripción detallada es de naturaleza de ejemplo y no se propone para limitar el alcance, aplicabilidad, o configuración de la invención de ninguna manera. Más bien, la siguiente descripción proporciona algunas ilustraciones prácticas para implementar modalidades de ejemplo de la presente invención. Los ejemplos de construcciones, materiales, dimensiones, y procesos de producción se proporcionan para elementos seleccionados, y todos los otros elementos emplean lo que se conoce por aquellos expertos en la técnica. Estos expertos en la técnica reconocerán que muchos de los ejemplos señalados tienen una variedad de alternativas adecuadas.
Las modalidades de la invención proporcionan en general un dispositivo medidor óptico portátil que tiene un cabezal sensor sumergible y métodos para usar este dispositivo. Los componentes del dispositivo medidor óptico portátil están auto-contenidos de forma ventajosa en una configuración portátil, que proporciona una herramienta conveniente para una variedad de usos. En algunas modalidades de la invención, se proporciona un dispositivo medidor óptico en la forma de un fluorometro portátil. En tanto que algunas modalidades de la invención se describen en la presente con referencia a un fluorómetro portátil, se debe entender que los aspectos de la invención se pueden incorporar en una variedad de dispositivos medidores ópticos (por ejemplo, turbidimetro, medidor de absorbancia óptica, etcétera) y la invención no se limita a ninguna forma particular de dispositivo .
La Figura 1 es una vista en perspectiva de un dispositivo medidor óptico en la forma de un fluorómetro portátil 100 De acuerdo con algunas modalidades de la invención. El fluorómetro 100 incluye en general un cabezal sensor sumergible 102 conectado a un módulo controlador portátil 104. El módulo controlador 104 también incluye una pantalla electrónica 110 para presentar lecturas y cálculos del sensor a un usuario, y una interfaz de entrada en la forma de un teclado numérico 112 que permite que el usuario interactúe con el fluorómetro 100 (por ejemplo, introduzca variables, ajuste parámetros, tenga acceso a los puntos del menú, etcétera.
De acuerdo con algunas modalidades, el módulo controlador 104 tiene un alojamiento en general alargado 106 que proporciona una forma conveniente, similar a una agarradera o varita, para sujetar o retener fácilmente el fluorómetro 100 por la mano. El cabezal sensor 102 incluye de manera preferente un alojamiento hermético a agua que permite tomar mediciones y funciona de otro modo cuando se sumerge parcial o completamente en una muestra líquida de interés. Por consiguiente, en algunos casos el cabezal sensor 102 tiene algunas características y/o rasgos similares a una sonda de sumersión sumergible. Por ejemplo, en algunas modalidades de la invención, el cabezal sensor sumergible 102 tiene una o más características y/o componentes similares a aquellos descritos en la Patente de los Estados Unidos comúnmente asignada No. 7,550,746 y la Publicación de Solicitud de Patente de los Estados Unidos 2009/0212236, los contenidos completos de cada una de las cuales se incorporan de este modo en la presente como referencia. La configuración del cabezal sensor sumergible 102 también se puede contrastar de algunas maneras con fluorómetros y otros instrumentos ópticos que colocan sensores y otros componentes exteriores a una célula óptica que contiene la muestra de interés.
En algunos casos, el cabezal sensor 102 se conecta a (por ejemplo, se une o está integral con) una superficie de fondo 108 del alojamiento de controlador 106 opuesta a la pantalla 110 y colocada próxima a un extremo distante 120 del alojamiento de controlador. De una manera típica, un usuario puede sujetar el alojamiento 106 de controlador cerca de un extremo próximo 122 del alojamiento de controlador para tomar mediciones de una muestra, leer la pantalla 110, y/o manipular el teclado numérico 112. Por ejemplo, un usuario puede sumergir el cabezal sensor 102 en una muestra al retener el módulo controlador 104 por arriba de la superficie de una muestra líquida (por ejemplo, en un depósito/recipiente en el campo, un vaso de laboratorio en el laboratorio, etcétera) con el cabezal sensor 102 parcial o completamente sumergido en la muestra. En algunas modalidades, un usuario puede sujetar el segundo extremo del módulo controlador 104 en tanto que asegura un recipiente de muestra rellena con una muestra alrededor del cabezal sensor sumergible 102. Por supuesto, son posibles otras configuraciones del módulo controlador y el cabezal sensor y la invención no se limita a ninguna configuración física particular .
En general, el fluorómetro portátil 100 como mínimo mide emisiones fluorescentes de una muestra que incluye una sustancia de interés (por ejemplo, una solución química, tal como un producto antimicrobiano o limpiador), calcula una concentración de la sustancia en la muestra, y presenta la concentración determinada a un usuario. El usuario entonces puede realizar de forma óptima cualquier acción deseada en base a la concentración determinada, tal como, por ejemplo, adicionar más de la sustancia a un sistema industrial a fin de incrementar la concentración de la sustancia. De esta manera, el fluorómetro puede ser parte de un circuito manual de retroalimentación. Si el fluorómetro determina que la concentración es menor o mayor que una concentración de umbral, un usuario verá la diferencia y puede ajustar la exención del producto de forma apropiada al distribuir ya sea más o menos producto. Adicionalmente, el fluorómetro puede funcionar como parte de una alarma de agotamiento de producto. Cuando un producto se acaba, la fluorescencia (que refleja la concentración del producto) caerá por abajo de un nivel de umbral predeterminado. En este punto, el sensor puede alertar a un usuario que el dispensador o dosificador está sin producto. La señal puede ser una señal visual o auditiva, o una señal de vibración. Por consiguiente, esta retroalimentación asegurará que esté presente suficiente limpiador, producto antimicrobiano u otra composición para lograr el efecto deseado (limpieza, reducción de microorganismos, lubricación, etcétera) .
La operación básica de los fluorómetros es bien conocida, y por consecuencia, se omiten varios detalles aquí por concisión y claridad. En general, el fluorómetro 100 calcula una concentración de una sustancia particular en una muestra líquida en base a las propiedades fluorescentes de la sustancia. Como se describirá en más detalle en la presente, el fluorómetro 100 incluye una fuente de luz que emite luz dentro de un intervalo seleccionado de longitud de onda. Cuando el cabezal sensor 102 se sumerge en la muestra líquida, la luz encuentra partículas de la sustancia de interés, que excita los electrones en ciertas moléculas de la sustancia y provoca que emitan luz de una menor energía (es decir, "emitan fluorescencia") en otro intervalo de longitud de onda. El cabezal sensor 102 incluye un sensor óptico, tal como un fotodetector, que detecta las emisiones fluorescentes y genera una señal eléctrica correspondiente que indica la intensidad de las emisiones fluorescentes. El fluorómetro 100 incluye un controlador, acoplado con el sensor óptico, que entonces puede calcular la concentración de la sustancia en base a una relación conocida entre la intensidad de las emisiones fluorescentes y la concentración de la sustancia.
Se contemplan diversas variaciones y detalles específicos de este proceso general para las modalidades de la invención que comprenden fluorómetros . Por ejemplo, la sustancia de interés puede ser cualquier solución química deseada que tenga propiedades fluorescentes. Los ejemplos incluyen, pero no se limitan a, biocidas, tal como productos pesticidas y antimicrobianos, productos anticorrosión, antiincrustación, y antioxidación, desinfectantes y otros productos limpiadores, detergentes, aditivos y similares. Por conveniencia, estas y otras sustancias se refieren de manera alternativa en la presente simplemente como "productos" , "soluciones químicas", "soluciones de tratamiento" y similares. Además, aunque se presentan en la presente ejemplos que comprenden determinar la concentración de los productos o soluciones de tratamiento en agua dentro de una muestra de agua de enfriamiento (por ejemplo, una muestra de agua) usada en varios sistemas industriales (por ejemplo, una torre de enfriamiento) , se debe apreciar que el fluorómetro portátil 100 puede ser útil al determinar las concentraciones de productos usados en numerosos escenarios para tratar agua y otros líquidos. Como unos pocos ejemplos, el fluorómetro portátil 100 puede ser útil para determinar concentraciones de una o más sustancias en lavandería, lavado automático de vajillas o platos, lavado manual de vajillas o platos, aplicaciones de 3— fregadero, aplicaciones de triturador eléctrico de alimentos, cuidado de vehículos, operaciones de limpieza en el lugar, aplicaciones de cuidado de la salud, aplicaciones en superficies duras y similares.
Muchos productos emiten florescencia en la presencia de luz que se irradia desde el cabezal sensor 102 debido a que muchos de los compuestos pueden hacer que los productos tengan características fluorescentes. Por ejemplo, un compuesto o molécula que tiene un componente de benceno puede incorporar uno o más grupos sustituyentes donadores de electrones tal como -OH, -NH2 y -OCH3, y compuestos policíclicos que exhiben características fluorescentes. Muchos compuestos usados en las aplicaciones descritas anteriormente incluyen estructuras químicas similares a estas, tal como agentes tensioactivos , lubricantes, agentes antimicrobianos, solventes, hidrótropos, agentes anti-redepósito, tintes, inhibidores de corrosión y aditivos de blanqueo. Estos compuestos se pueden incorporar en productos tal como detergentes de lavado de vajillas o trastes, ayudas de enjuague, detergentes de lavandería, limpiadores de limpieza en el lugar, antimicrobianos, revestimientos de piso, tratamientos con cuerpos de peces, aves de corral y carne, pesticidas, composiciones de cuidado de vehículos, composiciones de cuidado de agua, composiciones de piscinas y spa, composiciones de envasado aséptico, composiciones de lavado de botellas y similares. Los ejemplos de algunos de estos compuestos y las correspondientes aplicaciones pueden encontrarse en la Patente de los Estados Unidos No. 7,550,746, el contenido completo de la cual se incorpora en la presente como referencia.
Adicionalmente, o de manera alternativa, se pueden incorporar trazadores fluorescentes (también referidos en la presente como "marcadores fluorescentes") en los productos que pueden o no incluir ya compuestos naturalmente fluorescentes. Algunos ejemplos no limitantes de trazadores incluyen disulfonato de naftaleno (NDSA) , ácido 2-naftalenosulfónico, Amarillo ácido 7, sal sódica de ácido 1, 3 , 6, 8-pirenotetrasulfónico, y fluoresceína. En algunas modalidades, el trazador fluorescente se adiciona al producto en una proporción conocida, haciendo de este modo posible estimar la concentración del producto una vez que se determina la concentración del trazador. Por ejemplo, en algunos casos, la concentración del trazador fluorescente se puede determinar al comparar una señal fluorescente actual con señales fluorescentes de concentraciones, conocidas de trazador medidas durante un procedimiento de calibración. La concentración del producto químico entonces se puede estimar de la proporción nominal conocida del trazador fluorescente y concentración medida de trazador fluorescente. En algunos casos, se puede determinar una concentración actual de un producto, Cc, en una muestra líquida por
Cc = Cra x (Co/Cf) ,
en donde
Cm = Km x (Sx - Z0) , y
en donde
Cm es una concentración actual del marcador fluorescente, Km es un coeficiente de corrección de pendiente, Sx es una medición fluorescente actual, Z0 es un cambio cero, C0 es una concentración nominal del producto, y Cf es una concentración nominal del trazador fluorescente.
Con referencia a la Figura 2, se muestra una gráfica 200 de una intensidad 202 de espectro de excitación y una intensidad 204 de espectro de emisión De acuerdo con algunas modalidades de la invención. En este ejemplo, un fluorómetro que tiene una fuente de luz en forma de un diodo emisor de luz (LED, por sus siglas en inglés) de luz ultravioleta (UV) emite luz de excitación dentro de un intervalo de aproximadamente 280 nm a aproximadamente 310 nm en una muestra de agua de torre de enfriamiento que tiene un producto con un trazador fluorescentes adicionado, NDSA. El NDSA adicionado absorbe esta radiación UV y produce fluorescencia en un intervalo de aproximadamente 310 nm a aproximadamente 400 nm. El detector de emisión del fluorómetro detecta esta radiación emitida, y el fluorómetro determina la concentración del trazador NDSA, y finalmente la concentración del producto dentro de la muestra del agua de torre de enfriamiento.
La Figura 3 es una vista con separación de partes de un fluorómetro portátil 300 similar al fluorómetro portátil mostrado en la Figura 1. El fluorómetro 300 incluye en general un cabezal sensor sumergible 301 conectado a una porción 303 de módulo controlador. El módulo controlador 303 incluye un alojamiento y varios componentes dentro del alojamiento. El alojamiento se forma de una porción superior 302 y una porción de fondo 304, con la porción de fondo 304 del alojamiento de controlador que define una superficie de fondo 305 en el exterior de la porción de fondo. El cabezal sensor 301 incluye un alojamiento 316 de cabezal sensor que se configura para que se una de forma fija a la superficie de fondo 305 del alojamiento de controlador. En algunas modalidades, el alojamiento 316 de cabezal sensor se puede formar de forma integral con uno o más porciones del alojamiento de controlador.
En algunas modalidades, el módulo controlador 303 incluye en general aquellos componentes necesarios para determinar una concentración de un producto en base a una señal recibida del cabezal sensor 301. Como se muestra en la Figura 3, el módulo controlador 303 incluye un tablero de control 306 que se acopla con un tablero 308 de pantalla mediante un cable 312 de tablero de pantalla. El tablero 308 de pantalla incluye una pantalla electrónica 309 (por ejemplo, una pantalla LCD) que presenta información a un usuario. El módulo controlador 303 también incluye una interfaz de entrada en la forma de un revestimiento 310 de teclado numérico de membrana, que permite que el usuario introduzca una variedad de información para el uso por el módulo controlador 303. El módulo controlador 303 también incluye una fuente portátil de potencia, por ejemplo, la batería 314 para accionar los circuitos dentro del fluorómetro 300.
En algunas modalidades, el cabezal sensor sumergible 301 tiene una o más características y/o componentes similares a aquellos descritos en la Patente de los Estados Unidos comúnmente asignada No. 7,550,746 y la Publicación de Solicitud de Patente de los Estados Unidos 2009/0212236, los contenidos completos de cada una de las cuales se incorporan de este modo en la presente como referencia. Regresando a la Figura 3, en algunas modalidades, el cabezal sensor 301 incluye un alojamiento 316 que aloja un tablero 320 de fuente luz y un tablero 322 de detector de emisión. Una primer anillo tórico 318 proporciona un sello entre alojamiento 316 de cabezal sensor y la porción de fondo 304 del alojamiento de controlador. Los componentes en el tablero 320 de fuente de luz y el tablero 322 de detector de emisión se protegen por un tubo de latón 326 que encierra sustancialmente cada tablero. Cada tubo 326 incluye un corte en el extremo distante del tubo, y el alojamiento 316 de cabezal sensor incluye ventanas 330 que se extienden a través del alojamiento. Estos cortes y las ventanas 330 permiten que una fuente de luz (por ejemplo, LED) colocada en el tablero 320 de fuente de luz y un detector de emisión (por ejemplo, fotodetector) colocado en el tablero 322 de detector de emisión se comuniquen con un área analítica fuera del alojamiento 316 de cabezal sensor. Los cables eléctricos 324 acoplan el tablero 320 de fuente de luz y el tablero 322 de detector de emisión el tablero de control 306, que permite que el controlador del tablero 306 controle la fuente de luz y reciba señales de regreso del detector de emisión. En algunas modalidades, el cabezal sensor 301 también incluye uno o más sensores de temperatura que son capaces de medir la temperatura de una muestra de agua. Por ejemplo, el tablero 320 de fuente de luz y/o el tablero 322 de detector de emisión pueden incluir uno o más sensores de temperatura que se extienden en la alojamiento 316 de cabezal sensor. Las cubiertas 332 colocadas en una superficie distante del alojamiento 316 de sensor, junto con anillos tóricos adicionales 334, proporcionan un sello alrededor de los sensores de temperatura.
La Figura 4 es un diagrama esquemático de un tablero 400 de controlador para un fluorómetro portátil De acuerdo con algunas modalidades de la invención. La tablero 400 de controlador puede comprender varios componentes discretos colocados (por ejemplo, soldados) y acoplados conjuntamente (conexiones no mostradas) en un tablero 401 de circuito impresos . La Figura 4 presenta una vista esquemática simplificada de los componentes básicos de un tablero 400 de control de ejemplo, y se apreciará por los expertos en la técnica que pueden variar varias conexiones entre los componentes y/o los detalles acerca de los componentes. El tablero de control 400 incluye un controlador 402, que calcula una concentración de un producto dentro de una muestra de agua en base a una señal de intensidad del detector de emisión. El controlador 402 puede proporcionar una variedad de otras funciones, incluyendo sin limitación, realización de una rutina de calibración, aceptación y ejecución de instrucciones introducidas en la interfaz de entrada y/o formateo de datos para vista en la pantalla del fluorómetro. El controlador 402 se puede incorporar en cualquier forma adecuada, tal como un microprocesador activado por software, un microcontrolador, o un arreglo de pasarela programable en campo, o diseño de hardware fijo tal como circuito integrado específico de la aplicación, etcétera. Además, el controlador 402 puede tener memoria abordo, o el tablero de control puede tener memoria (no mostrada) que almacena instrucciones para ejecución por el controlador 402.
El tablero de control también incluye un cable de alimentación con un conector 410 para conectar el tablero 400 a una fuente de alimentación tal como la batería 314 mostrada en la Figura 3. El tablero 400 también incluye un suministro 412 de alimentación de controlador, un suministro 414 de alimentación analógica, y un suministro 416 de alimentación de fuente de luz para alimentar la fuente de luz en el cabezal sensor. En algunas modalidades, el tablero de control 400 incluye una batería de reloj en tiempo real 418, un amplificador sincronizado 420, un amplificador 422 de fotodiodo de referencia, y conectores para el tablero 424 de pantalla, tablero 404 de fuente de luz, y el tablero 406 de detector de emisión. En algunos casos, el tablero de control 400 también puede tener una sonda acústica 426, un USB u otro tipo de conectador de datos 428, medios inalámbricos 430 para comunicarse con otros dispositivos de cómputo, y salidas analógicas 432 y lógicas 434 opcionales.
La Figura 5 es una vista en perspectiva de un tablero 500 de fuente de luz De acuerdo con algunas modalidades de la invención. El tablero 500 (también mostrado en la Figura 3 como 320) incluye en general un tablero 502 de circuitos impresos que tiene una fuente de luz 504 y un fotodiodo de referencia 506, junto con un preamplificador 508 y un conectador 510 para acoplar el tablero 500 con el tablero de control. El filtro de excitación 512 se coloca por un soporte de filtro 514 sobre la fuente de luz 504, para filtrar la luz de la fuente de luz 504 antes de que deje el cabezal sensor sumergible. La fuente de luz 504 puede incluir una variedad de posibles elementos. Por ejemplo, la fuente de luz 504 puede ser una lámpara de descarga de gas, una lámpara de mercurio, una lámpara de deuterio, una lámpara de vapor metálico, un diodo emisor de luz (LED) o una pluralidad de LED. Además, la fuente de luz 504 puede emitir radiación de excitación en varios espectros posibles dependiendo del elemento elegido y del espectro deseado. En algunas modalidades, la fuente de luz es un LED ultravioleta, capaz de emitir luz que tiene una longitud de onda de aproximadamente 280 nm a aproximadamente 310 nm.
La Figura 6 es una vista en perspectiva de un tablero 600 de detector de emisión De acuerdo con algunas modalidades de la invención. El tablero 600 de detector incluye en general varios componentes, que incluyen un detector de emisión 604 colocado en un tablero 602 de circuitos impresos. En algunas modalidades de la invención, el detector de emisión 604 comprende un fotodiodo sensible a UV. Por ejemplo, el detector 604 puede generar una señal de intensidad en base a la luz de aproximadamente 310 nm a aproximadamente 400 nm que detecta de un área analítica fuera del cabezal sensor. El tablero 600 de detector también incluye un preamplificador 606 y un sensor de temperatura 608. Un soporte 610 de filtro de emisión colocado alrededor del detector de emisión 604 soporta uno o más filtros para examinar la energía radiante y hacer pasar las longitudes de onda deseadas al detector 604. En la modalidad mostrada en la Figura 6, los filtros incluyen un filtro de interferencia 612 y un filtro de vidrio UG-11 614. En algunas modalidades, también se coloca un filtro 616 de película de poliéster adicional enfrente del detector de emisión 604. En algunos casos, el filtro 616 de película de poliéster tiene un espesor de aproximadamente 0.5+/ -0.2 mm. En algunos ca^os, diseños ópticos pueden proporcionar eficiencia óptica incrementada (por. ejemplo, usando lentes de bola, haces altamente divergentes, etcétera) , pero también pueden comprometer el desempeño de los filtros de interferencia que tienen una alta eficacia y un alto valor de rechazo para haces colimados. La incorporación de esta película de poliéster puede reducir al mínimo en algunos casos los niveles de luz parásita para permitir mediciones de fluorescencia de NDSA en muestras con una turbidez tan alta como 100 Unidades de Turbidez Nefelométrica (UTN) .
Las Figuras 7A-7C presentan varias vistas de un cabezal sensor sumergible discreto 700 De acuerdo con algunas modalidades de la invención que se pueden unir a un módulo controlador de un fluorómetro portátil tal como aquellos anteriormente analizados. La Figura 7A es una vista en perspectiva superior del cabezal sensor 700, la fig 7B es una vista en perspectiva de fondo del cabezal sensor 700, y la Figura 7C es una perspectiva en sección transversal del cabezal sensor 700. El cabezal sensor 700 se puede producir de un plástico y se puede moldear y/o tratar para lograr la forma y características deseadas.
En general, el cabezal sensor 700 comprende un alojamiento 702 que incluye una primera cavidad o cámara vertical 712 que se configura para recibir un tablero de circuitos de fuente de luz (por ejemplo, el tablero 320 de fuente de luz de la Figura 3 o 500 de la Figura 5) . En algunos casos, la cámara 412 de fuente de luz se forma con una configuración cilindrica, que puede proporcionar un ajuste ajustado para las protecciones cilindricas de latón 326 ilustradas en la Figura 3. En algunas modalidades, la cámara 712 de fuente de luz tiene una configuración parcialmente cilindrica que incluye una pared plana 726 a lo largo de un lado lateral de la cámara 712. Volviendo a las Figuras 7A-7C, el alojamiento 702 de cabezal sensor incluye una segunda cavidad o cámara vertical 714 para recibir un tablero de circuitos de detector de emisión (por ejemplo, el tablero 322 de detector de emisión de la Figura 3 o 600 de la Figura 6), similar a la cámara 712 de fuente de luz. En algunos casos, la cámara 712 de fuente de luz y la cámara 714 de detector de emisión se pueden formar y colocar de forma simétrica alrededor de un eje longitudinal 708 del cabezal sensor 700, aunque esto no se requiere en todas las modalidades .
El alojamiento 702 de cabezal sensor incluye además un corte angular 752 en la superficie exterior del alojamiento 702. En algunas modalidades, el ángulo del corte 752 es aproximadamente 90 grados, aunque se debe entender que la invención no se limita a un ángulo particular para el corte. El corte 752 se delimita por una primera pared 754 que cruza una segunda pared 756 en el eje longitudinal del cabezal sensor 700. La primera pared 754 define una ventana 720 de fuente de luz que proporciona una ruta a través de la primera pared de 754 para la energía de excitación emitida por la fuente de luz. La segunda pared 756 define de manera similar una ventana 722 de detector de emisión que proporciona una ruta a través de la segunda' pared 756 para que las emisiones fluorescentes alcancen el detector de emisión localizado dentro del alojamiento 702 de cabezal sensor. En algunas modalidades, la ventana 720 de fuente de luz y/o la ventana 722 de detector de emisión comprenden un canal que se extiende a través del alojamiento 702 de cabezal sensor. En algunas modalidades, las ventanas 720, 722 también incluyen una lente, prisma u otro material ópticamente transparente a la radiación de fuente de luz y/o emisiones fluorescentes. Por ejemplo, en algunas modalidades, se coloca una lente, bola de zafiro o vidrio dentro de cada canal. Otros materiales adecuados conocidos en la técnica también se pueden usar. El lente de bola proporciona la ventana de fuente de luz/detector, pero también proporciona un medio de enfoque para dirigir la luz entre la fuente de luz/detector y un área analítica 750 fuera del alojamiento 702 del cabezal sensor 700.
Como se muestra en las figuras de la presente, el corte angular 752, que incluye la ventana 720 de fuente de luz y la ventana 722 de detector de emisión, están orientados con respecto al módulo controlador tal que el corte angular y ventanas dan hacia el extremo distante del el módulo controlador. Como se analiza adicionalmente en la presente, el corte angular y las ventanas se pueden orientar en una dirección diferente en algunas modalidades. Por ejemplo, en algunas modalidades, el corte angular y las ventanas dan hacia el extremo próximo del módulo controlador.
En algunas modalidades, el cabezal sensor 700 incluye un extremo próximo 704 y un extremo distante 706, entre los cuales se extiende el eje longitudinal 708 y una longitud del cabezal sensor 700. Como se muestra en las Figuras 1 y 3, en algunas modalidades, el cabezal sensor 700 se conecta a la superficie de fondo del alojamiento del módulo controlador en o cerca del extremo próximo 704 del cabezal sensor 700. En algunos casos, el cabezal sensor 700 se puede unir de forma fija al alojamiento del controlador con un sujetador. El sujetador puede incluir, pero no se limita a, tornillos, pernos, y/o pasadores, o un adhesivo o soldadura (no mostrado en las figuras) . En algunas modalidades, el cabezal sensor 700 se asegura con cuatro tornillos que comprimen un anillo tórico colocado en una ranura 710 entre el cabezal sensor 700 y el módulo controlador. En algunas modalidades, el alojamiento 702 de cabezal sensor se puede formar de manera integral con el módulo controlador tal que hay una transición sin costuras entre el extremo próximo 704 del cabezal sensor y la superficie de fondo del módulo controlador.
En algunas modalidades, el cabezal sensor 700 también incluye parte o todo de un sujetador que sujeta de forma amovible un recipiente de muestra alrededor del cabezal sensor 700. Solo como un ejemplo, el sujetador puede comprender uno o más pasadores 740 colocados alrededor del alojamiento 702 de cabezal sensor y ranuras correspondientes en el recipiente de muestra. En algunas modalidades, los pasadores 740 y las ranuras forman un sujetador de bayoneta que asegura el recipiente de muestra alrededor del cabezal sensor y también alinea el recipiente de muestra en una orientación preferida (por ejemplo, rotación) alrededor del cabezal sensor 700. También se pueden incluir otros sujetadores (por ejemplo, roscas de tornillo, elementos o puestos a presión, etcétera) .
En algunas modalidades, el cabezal sensor 700 también incluye agujeros 730 para insertar uno o más cubiertas de sensor de temperatura, tal como aquellas representadas en la Figura 3. Regresando a las Figuras 7A-7C, los agujeros 730 pueden estar roscados o configurados de otro modo para recibir y asegurar las cubiertas de sensor de temperatura. Los sensores de temperatura (no mostrados en las Figuras 7A-7C) se adaptan para percibir la temperatura corriente de la muestra de agua y generar una señal correspondiente que se puede asegurar para corregir los cálculos de concentración en base a errores debido a, por ejemplo, temperaturas fuera de un intervalo aceptable.
Además, el cabezal sensor 700 es preferentemente un cabezal sensor sumergible, significando que está parcial o completamente sumergido por debajo de la superficie de una muestra de agua cuando se toman mediciones de emisión fluorescente. Por consiguiente, el alojamiento 702 de cabezal sensor, la conexión al alojamiento de controlador, y cualquiera de las ventanas u otros huecos potenciales en el alojamiento 702 se sellan de forma efectiva antes de la inmersión. Por ejemplo, en algunos casos, el alojamiento 702 incluye una primera ranura 710 de anillo tórico en el extremo próximo 704 del cabezal sensor y segundas ranuras 732 de anillo tórico alrededor de los agujeros 730 de sensor de temperatura. En algunas modalidades incluyen un recipiente de muestra, una tercera ranura 742 de anillo tórico también se puede formar alrededor de la circunferencia del cabezal sensor 700 cerca del extremo próximo 704 del cabezal sensor a fin de proporcionar un sello sustancialmente impermeable entre el recipiente de muestra y el cabezal sensor 700. Además, la ventana 720 de fuente de luz y la ventana 722 de detector de emisión también se pueden sellar con anillos tóricos y similares. En algunas modalidades, la ventana 720 de fuente de luz y la ventana 722 de detector de emisión se sellan debido a un ajuste de presión entre los canales de la ventana y los lentes de bola colocados dentro de los canales .
La Figura 8 es un diagrama de flujo que representa un método para determinar una concentración de un producto en una muestra de agua De acuerdo con algunas modalidades de la invención. En general, el fluorómetro mide una emisión de luz fluorescente de la molécula activa en el producto que es proporcional a la concentración real del producto en la muestra de agua. Después de proporcionar un fluorómetro portátil que tiene un módulo de controlador y un cabezal sensor conectado al módulo controlador (802) , se proporciona una muestra de agua que contiene el producto de- interés . El cabezal sensor se sumerge en la muestra de agua (804) y la muestra de agua ocupa un área analítica del sensor. Entonces, se genera una luz de excitación ultravioleta (UV) que tiene una primera longitud de onda UV por una fuente de luz en el cabezal sensor y se dirige a la muestra de agua y el área analítica (806) . El cabezal sensor entonces detecta y mide las emisiones de fluorescencia de la muestra a una segunda longitud de onda de UV (808) . El cabezal sensor incluye un controlador (402 en la Figura 4, a manera de ejemplo) que calcula la concentración del producto en la muestra en base a las emisiones fluorescentes medidas (810) . La primera longitud de onda puede estar en el intervalo de 280-310 nm. La segunda longitud de onda de UV puede estar en el intervalo de 310 nm a 400 nm. El sensor también puede medir una emisión de fluorescencia de referencia de la muestra a la primera longitud de onda. El sensor también puede medir una emisión de fluorescencia de una solución cero que tiene la concentración cero del producto químico. En este caso, la concentración del producto químico en la muestra se puede calcular en base a la diferencia calculada en la emisión de fluorescencia medida de la muestra que contiene el producto químico y la emisión de fluorescencia medida de la solución cero. La concentración de la muestra también se puede calcular en base a una constante de calibración determinada para concentraciones conocidas del producto en una muestra de calibración.
Como un ejemplo, en algunos. casos, las concentraciones de muestra se pueden evaluar en base a señales de dos detectores UV. Un detector de referencia mide una intensidad de la excitación UV generada por la fuente de luz, en tanto que un detector de emisión fluorescente mide una intensidad de las emisiones fluorescentes emitidas por el producto. El cálculo usa las siguientes ecuaciones:
en donde
Cc es una concentración actual real de un producto X (por ejemplo, un agente tensioactivo, un agente antimicrobiano, etcétera) en una solución de muestra?
Kx es un coeficiente de calibración;
ISE es una señal de salida del detector de emisión de la solución de muestra;
ISR es una señal de salida del detector de referencia para la solución de muestra;
I°E una señal de salida del detector de emisión de una solución cero (es decir, una solución con cero concentración del producto) ; y
I°R es una señal de salida del detector de referencia para la solución cero.
en donde
CCALIBR es una concentración del producto en una solución de calibración;
IECALIBR es una señal de salida del detector de emisión para la solución de calibración; y
J-^CALIBR eg una se¾a]_ ¿e salida para el detector de referencia para la solución de calibración.
Como se analiza anteriormente con referencia a la Figura 4, el controlador 402 dentro del fluorómetro portátil puede calcular la concentración del producto en una muestra en base a la intensidad de señal del detector de misión. En algunas modalidades, el controlador 402 también puede calcular la concentración del producto en base a una constante de calibración, cambio cero, y/o una señal de referencia de excitación usando las relaciones descritas anteriormente. Las instrucciones de operación para el controlador se pueden almacenar en una memoria discreta o integrada. A ese respecto, la memoria puede ser un medio leíble por computadora que comprende instrucciones de programa que hacen que el controlador proporcione cualquiera de las funcionalidades atribuidas a estos, y realice cualquiera de los métodos descritos en la presente. El controlador también puede almacenar los datos de fluorescencia sin procesar obtenidos por los detectores de emisión y/o de referencia y otros datos pertinentes en la memoria. El controlador también puede almacenar cualquiera de los valores calculados de fluorescencia y/o datos de concentración en la memoria.
Como se analiza anteriormente, en algunas modalidades de la invención, se pueden tomar mediciones de fluorescencia por un fluorómetro portátil al hacer bajar manualmente el cabezal sensor en una muestra de agua. Por ejemplo, un usuario puede sujetar el módulo controlador y sumergir temporalmente el cabezal sensor sumergible en una muestra líquida tal que el cabezal sensor se sumerja parcial o completamente en la muestra y la muestra de agua ocupe el área analítica cerca de las ventanas de cabezal sensor. Se puede usar un método similar para medir otras propiedades ópticas de una muestra de agua usando uno o más dispositivos medidores ópticos (además de los dispositivos fluorométricos) configurados de una manera similar a las modalidades de la invención anteriormente analizadas en la presente. Por ejemplo, un turbidímetro y/o' un medidor de absorbancia pueden incluir un módulo controlador portátil similar a aquellos analizados anteriormente junto con un cabezal sensor sumergible que incorpora componentes ópticos y sensores de medición de turbidez y/o absorbancia.
Volviendo ahora a las Figuras 9-10, en algunas modalidades, se proporciona un miembro de muestreo que incluye un recipiente de muestra para contener una muestra de agua alrededor del cabezal sensor sumergible. Un pequeño volumen de agua de aproximadamente 5 mi a aproximadamente 20 mi puede ser suficiente para tomar mediciones en algunas modalidades. Estos dispositivos portátiles son, de esta manera, extremadamente portátiles, siendo capaces de medir una o más propiedades de un flujo de agua en tanto que se remueve de la fuente de la muestra de agua. Por ejemplo, en modalidades, el dispositivo óptico portátil es un fluorómetro portátil que se puede usar para medir emisiones fluorescentes en el campo o en un ambiente de laboratorio.
Las modalidades de la invención de esta manera son útiles y muchas aplicaciones similares a aquellas dirigidas por instrumentos tradicionales basados en celdas (por ejemplo, en los cuales se coloca una muestra de agua dentro de una celda ópticamente transparente) . Sin embargo, las modalidades de la invención proporcionan varias ventajas con respecto a los dispositivos basados en celdas. Por ejemplo, el cabezal sensor del dispositivo portátil descrito en la presente se puede sumergir dentro de la muestra de agua, en tanto que los dispositivos basados en celdas dependen típicamente de la instrumentación localizada afuera de la celda para medir las propiedades del agua dentro de la celda. Por consiguiente, los dispositivos portátiles de la presente evitan desventajas asociadas con una celda óptica tal como degradación de señal debido a raspadura o ensuciamiento de la superficie de la celda. De manera similar, se puede contrastar la mínima limpieza (por ejemplo, de la pequeña área de las ventanas de fuente de luz y del detector de emisión en los fluorómetros descritos anteriormente) con el reemplazo o limpieza a consumidores de tiempo usualmente requeridos para celdas ópticas. Además, las modalidades de la invención proporcionan sensibilidad mejorada debido en parte a la proximidad inmediata de la muestra de agua al cabezal sensor sumergible, que disminuye dramáticamente la distancia de viaje entre los sensores ópticos localizados dentro del cabezal sensor y la muestra de agua. Por consiguiente, la sensibilidad resaltada proporcionada de las modalidades de la invención proporciona ventajas con respecto a dispositivos medidores ópticos portátiles. Por ejemplo, un fluorómetro De acuerdo con modalidades de la invención puede medir muy bajas concentraciones del producto (por ejemplo, partes por millón, ppm) y/o para medir concentraciones de producto dentro de una muestra de agua que tiene bastante color y/o turbidez.
Las Figuras 9A-9D son varias vistas de un dispositivo medidor óptico portátil 900 De acuerdo con algunas modalidades de la invención. El dispositivo medidor óptico 900 incluye en genera un módulo controlador 902 que incorpora un cabezal sensor sumergible 906 y un miembro de muestreo 904 que tiene un recipiente de muestra 908 para contener una muestra de agua que se va a medir. En algunas modalidades, el miembro de muestreo 904 se acopla de forma ventajosa al módulo controlador 902, proporcionando de este modo una manera integral inconveniente para obtener y contener una muestra de agua, en tanto que también proporciona una cubierta o coraza protectora para el cabezal sensor sumergible 906 durante el uso y/o cuando no está en uso. En algunas modalidades, la naturaleza unida del recipiente de muestra puede permitir mediciones de la muestra recogida con retraso mínimo y sin preparación ni pasos adicionales de manejo.
La Figura 9A es una vista en perspectiva del dispositivo medidor óptico portátil 900 con el miembro de muestreo 904 en una posición abierta. El módulo controlador portátil 902 incluye en general un alojamiento 930 que tienen una superficie de fondo 932 que se conecta al cabezal sensor 906. El alojamiento se adapta de manera preferente para ser sostenido por la mano de un usuario. Por ejemplo, el alojamiento puede ser un alojamiento alargado que tiene la forma de una varita o agarradera. Con referencia a la Figura 9B/ en algunas modalidades, el alojamiento 930 tiene una superficie 980 que puede incluir una pantalla y/o una interfaz de entrada tal como un teclado numérico, botones, etc. (no mostrado en la Figura 9B) . Aunque no se muestra, el módulo controlador 902 incluye un controlador colocado dentro del alojamiento 930 que se adapta para calcular una propiedad óptica de una muestra de agua en base a una señal del sensor óptico, recibida de al menos un sensor óptico localizado dentro del cabezal sensor. Solo como un ejemplo, el sensor óptico puede incluir un detector de emisión fluorescente y el controlador puede recibir una señal óptica indicativa de un nivel de fluorescencia en la muestra de agua y calcular una concentración correspondiente de un producto en una muestra de agua como se describe en modalidades de un fluorómetro descrito anteriormente en la presente. En algunas modalidades, el sensor óptico también puede incluir, o en la alternativa, un sensor de turbidez y/o un sensor de absorbancia .
Con referencia a la Figura 9A, en algunas modalidades, el cabezal sensor sumergible 906 incluye un extremo próximo 942 y un extremo distante 940 entre los cuales se extiende un tramo del cabezal sensor 906. El extremo próximo 942 del cabezal sensor 906 se conecta a la superficie de fondo 932 del alojamiento de controlador con el extremo distante 940 del cabezal sensor que se extiende lejos de la superficie 932 del alojamiento 930. Solo como un ejemplo, en algunos casos, el alojamiento 930 del módulo controlador tiene un extremo distante 936 y un extremo próximo 934 entre los cuales se extiende un tramo del alojamiento 930 del módulo controlador, con el cabezal sensor 906 colocado próximo al extremo distante 936. El extremo próximo 934 del alojamiento del módulo controlador se puede adaptar para ser sostenido por la mano del usuario.
En algunas modalidades, el miembro de muestreo 904 incluye tanto el recipiente de muestra 908 como un miembro de unión 910 que acopla el recipiente de muestra 908 al módulo controlador 902. En algunas modalidades, el miembro de unión 910 es un miembro alargado que acopla y/o retiene el recipiente de muestra a/con el módulo controlador. Por ejemplo, el miembro de unión 910 puede ser un miembro rígido alargado con un primer extremo 952 acoplado a el recipiente de muestra 908 y un segundo extremo 950 acoplado al módulo controlador 902. Un tramo miembro de unión 910 se extiende entre el primero y el segundo extremos 952, 950.
En algunos casos, el miembro de unión 910 está integral con el recipiente de muestra 908 y se acopla de forma movible al módulo controlador 902, aunque diferentes modalidades pueden incluir un miembro de unión integral con el módulo controlador 902 y/o unido a el recipiente de muestra 908. El miembro de unión 910 se puede acoplar al módulo controlador 902 de una variedad de maneras. Solo como un ejemplo, en algunos casos, el segundo extremo 950 del miembro de unión 910 se acopla por charnela alrededor de un pivote 920 al extremo próximo 934 de la porción del módulo controlador. En algunos casos, el miembro de unión puede girar alrededor de un eje de rotación 922 sustancialmente paralelo a la superficie de fondo 932 del controlador del alojamiento, aunque también son posibles otras configuraciones .
El recipiente de muestra 908 se configura para contener una muestra de agua que se va a analizar por el cabezal sensor sumergible 906 en el módulo controlador 902. Regresando a las Figuras 9B-9D, en algunas modalidades, el recipiente de muestra 908 puede circundar completamente el cabezal sensor 906 en una posición cerrada del dispositivo portátil 900. En algunos casos, el recipiente de muestra 908 se puede sujetar de forma removible alrededor del cabezal sensor 906. Por ejemplo, como se muestra en la Figura 9A, en algunas modalidades, el recipiente de muestra 908 y el módulo controlador/cabezal sensor incluyen sujetadores cooperantes (por ejemplo, poste 960A y agujero 960B y/o protuberancias 962A y bordes 962B del recipiente de muestra) que sujetan de forma removible el recipiente de muestra 908 alrededor del cabezal sensor 906. Los expertos en la técnica apreciarán que están disponibles una variedad de sujetadores y la invención no se limita a ningún sujetador particular. En algunas modalidades, el aire escapa del recipiente de muestra conforme el recipiente de muestra se sujeta alrededor del cabezal sensor y el cabezal sensor 904 desplaza aire y agua dentro del recipiente de muestra. Esto ayuda a reducir o eliminar las cavidades de aire que se pueden haber atrapado dentro del recipiente de muestra y afecten las mediciones de fluorescencia. Adicionalmente, en algunos casos, un anillo tórico (no mostrado) su otro mecanismo sellador puede ayudar a contener la muestra de agua dentro del recipiente de muestra 908 cuando se sujeta alrededor del cabezal sensor 906. En algunas modalidades, el recipiente de muestra 908 no se puede sellar para permitir que escape aire adicional del recipiente de muestra. Con referencia a las Figuras 9B-9D, asumiendo que está presente una muestra de agua en el recipiente de muestra 908, el cabezal sensor se extenderá al menos parcialmente en la muestra de agua conforme el recipiente de muestra se cierra sobre el cabezal sensor 906, asegurando de este modo que al menos una porción del cabezal sensor que recibe y/o transmite luz desde/hacia la muestra se sumerja en la muestra de agua.
Por consiguiente, la muestra de agua 908 también puede proporcionar un encierro protector para el cabezal sensor 906 cuando se sujeta alrededor del cabezal sensor 906. En algunas modalidades, el recipiente de muestra 908 se produce de un plástico rígido, que proporciona una cubierta o coraza protectora durable y robusta para el cabezal sensor 906. También se contemplan otros materiales conocidos en la técnica que tienen propiedades similares.
Como se menciona anteriormente, el cabezal sensor sumergible 906 puede incluir uno o más de una variedad de sensores ópticos, incluyendo sensores ópticos útiles para medir fluorescencia, turbidez, y/o absorbancia dentro de una muestra líquida. En muchos casos, el cabezal sensor también puede incluir una fuente de luz que emite luz de una longitud de onda particular para facilitar mediciones de diferentes propiedades ópticas. A su vez, los sensores ópticos pueden ser sensibles a uno o más intervalos específicos de longitudes de onda de luz, dependiendo de la configuración del sensor. En algunas modalidades, el recipiente de muestra 908 comprende un material que es opaco a las longitudes de onda de luz a las cuales es sensible el sensor óptico. En algunas modalidades, el material del recipiente de muestra es opaco a longitudes de onda de luz generadas por una fuente de luz dentro del cabezal sensor. Solo como un ejemplo, en algunas modalidades, el recipiente de muestra 908 puede ser opaca a radiación UV dentro de un intervalo de aproximadamente 280 nm a aproximadamente 320 nm y dentro de un intervalo de aproximadamente 300 nm a aproximadamente 400 nm útil para modalidades del fluorómetro descrito anteriormente. En algunas modalidades, se puede usar un policarbonato claro para proporcionar protección de luz ambiente y para permitir el control visual del nivel de la muestra de agua.
Con referencias a las Figuras 9C y 9D, en algunas modalidades, el recipiente de muestra 908 y el miembro de unión 910 se combinan para formar una base sustancialmente estable para el dispositivo óptico 900 en una superficie de soporte (no mostrada) . Por ejemplo, una porción de fondo del recipiente de muestra 908 puede proporcionar un primer cimiento en la superficie de soporte y el miembro de unión 910 puede incluir un miembro de soporte 970 en su segundo extremo 952 que proporciona una segundo cimiento. En algunos casos, la geometría del recipiente de muestra 908 y/o el miembro de soporte 970 se puede configurar para proporcionar un cimiento sustancialmente plano tal que el miembro de unión 910 y/o el alojamiento 930 del módulo controlador está sustancialmente paralelos con respecto a la superficie de soporte. Sin embargo, en algunas modalidades, el recipiente de muestra y/o el miembro de soporte se pueden configurar tal que el módulo controlador esté en ángulo con respecto a la superficie de soporte. Esta configuración puede ayudar a ver una pantalla en la superficie 980 del módulo controlador.
En algunas modalidades; una salida o abertura de sobre-relleno proporciona una ruta fuera del recipiente de muestra 908 para la muestra de agua en exceso cuando se inserta el cabezal sensor en el recipiente de muestra 908. En algunas modalidades, la salida de sobre-relleno está localizada de forma ventajosa fuera de la línea de división de una porción del cabezal sensor 906 que tiene componentes ópticos de sensor para reducir al mínimo cualquier efecto potencial en las mediciones de la luz parásita que entra a el recipiente de muestra 908 a través de la abertura del sobre-relleno. En algunas modalidades, el dispositivo medidor óptico 900 incluye además una cavidad o depósito de sobre-relleno, acoplada a la abertura de sobre-relleno, que puede recibir una porción de la muestra de agua del recipiente de muestra 908. Por ejemplo, el depósito de sobre-relleno puede ser una cámara separada acoplada a el recipiente de muestra 908 o una porción de un recipiente de muestra ligeramente más grande. En algunas modalidades, el miembro de unión 910 puede incluir el depósito de sub-relleno con la abertura de sobre-relleno y asienta el primer extremo 952 del miembro de unión 910. La Figura 9E muestra un ejemplo de un dispositivo medidor óptico 900 con una salida de sobre-relleno 978 que conecta el recipiente de muestra 908 con un depósito de sobre-relleno 982 De acuerdo con algunas modalidades de la invención .
La Figura 10 ilustra un diagrama de flujo que muestra un método 1000 para medir una propiedad óptica de una muestra de agua De acuerdo con algunas modalidades de la invención. En un primer paso 1002, se proporciona un dispositivo óptico portátil para llevar a cabo las mediciones. El dispositivo incluye de manera preferente una porción de controlador con un cabezal sensor y una porción de muestreo que tiene un recipiente de muestra. En algunas modalidades, el dispositivo comprende uno de los dispositivos ópticos portátiles descritos en la presente, aunque se puede usar cualquier dispositivo que tengas las características de la invención. Por ejemplo, el dispositivo óptico se puede adaptar para medir una o más propiedades ópticas diferentes de una muestra de agua, tal como una fluorescencia, turbidez, o absorbancia de la muestra de agua. También se contemplan otras propiedades ópticas.
En un segundo paso 1004, el método incluye soltar un recipiente de muestra de alrededor del cabezal sensor del dispositivo óptico portátil. El recipiente de muestra entonces se rellena 1006 con una muestra de agua de volumen suficiente, y se sujeta 1008 de regreso alrededor del cabezal sensor. Algunas modalidades permiten que un usuario use fácilmente la copa para adquirir una muestra de agua. Por ejemplo, un usuario puede soltar el recipiente de muestra 908, alejarla del cabezal sensor 906, y luego verter una muestra de agua en la copa. En algunas modalidades, el usuario puede usar la copa 908 para recoger una muestra de agua de un depósito o recipiente más grande. Por ejemplo, el usuario puede abrir primero el dispositivo al jalar el miembro de unión 910 lejos del módulo controlador 902. El usuario entonces puede retener sobre el miembro de unión y/o la porción de controlador para recoger agua. En algunas modalidades, el miembro de unión se puede girar en una orientación de 180 grados, con respecto a la porción 902 de controlador, y un usuario puede sujetar la porción 902 de controlador a fin de extender la longitud del dispositivo cuando se adquiere una muestra. El miembro de unión puede proporcionar de esta manera una agarradera extendida, haciendo más fácil sujetara o recoger una muestra de agua de un cuerpo abierto de agua .
Con el recipiente de muestra sujetada completamente alrededor del cabezal sensor, el cabezal sensor s.e sumerge al menos parcialmente en la muestra de agua. En algunas modalidades, el recipiente de muestra permanece preferentemente acoplada a la porción de controlador del dispositivo a través de la soltar y sujetar alrededor del cabezal sensor. Al sujetar el recipiente de muestra alrededor del cabezal sensor, el método incluye medir 1010 una propiedad óptica de la muestra de agua con el cabezal sensor y la porción de controlador.
En algunas modalidades, el método incluye además hacer girar la porción de muestreo lejos de la porción de controlador y el cabezal sensor antes de introducir la muestra de agua en el recipiente de muestra. Por ejemplo, con referencia a la Figura 9D, la porción de muestreo 904 se puede girar lejos del módulo controlador 902 hasta que el dispositivo se abra y esté accesible el recipiente de muestra 908. La Figura 9A muestra un ejemplo de una configuración abierta. Después de medir la propiedad óptica y las propiedades ópticas de la muestra de agua, el recipiente de muestra se puede soltar y abrir para descargar la. muestra de agua del recipiente de muestra. Entonces el recipiente de muestra se puede sujetar nuevamente alrededor del cabezal sensor para proporcionar una cubierta protectora alrededor del cabezal sensor.
De esta manera, se describen modalidades de la invención. Aunque la presente invención se ha descrito en detalle considerable con referencia a ciertas modalidades descritas, las modalidades descritas se presentan para propósitos de ilustración y no de limitación y son posibles otras modalidades de la invención. Un experto en la técnica apreciará que se pueden hacer varios cambios, adaptaciones y modificaciones sin apartarse del espíritu de la invención y el alcance de las reivindicaciones anexas .
Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la presente invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.
Claims (22)
1. Un dispositivo o medidor óptico portátil, caracterizado porque comprende: un módulo controlador portátil que comprende un alojamiento que comprende una superficie de fondo, el alojamiento que es adaptado para ser sostenido por la mano de un usuario, un controlador colocado dentro del alojamiento, el controlador está adaptado para calcular una propiedad óptica de una muestra de agua en base a una señal de sensor óptico, y un cabezal sensor sumergible que comprende un alojamiento que comprende un extremo próximo y un extremo distante entre los cuales se extiende un tramo o longitud del cabezal sensor, el cabezal sensor que se conecta a la superficie de fondo del alojamiento del módulo controlador en el extremo próximo del alojamiento del cabezal sensor, y al menos un sensor óptico acoplado al controlador, el sensor óptico adaptado para generar y transmitir la señal de sensor óptico al controlador en base a la propiedad óptica de la muestra de agua cuando el cabezal sensor se sumerge en la muestra de agua; y un miembro de muestreo que comprende un recipiente de muestra para contener la muestra de agua, el recipiente de muestra que se puede sujetar de forma removible alrededor del cabezal sensor tal que la muestra de agua se puede introducir en el recipiente de muestra cuando el recipiente de muestra no se sujeta alrededor del cabezal sensor y tal que al menos una porción de cabezal sensor se sumerja en la muestra de agua cuando el recipiente de muestra que contiene la muestra de agua se sujeta alrededor del cabezal sensor, y un miembro de unión acoplado a el recipiente de muestra y el módulo controlador portátil para retener el recipiente de muestra con el módulo controlador portátil sí o no el recipiente de muestra se sujete alrededor del cabezal sensor .
2. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el alojamiento del módulo controlador comprende además un primer extremo y un segundo extremo entre los cuales se extiende un tramo o longitud del alojamiento del módulo controlador, en donde el cabezal sensor se coloca próximo al primer extremo del alojamiento del módulo controlador y en donde el segundo extremo del alojamiento del módulo controlador se adapta para ser sostenido por la mano del usuario.
3. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el miembro de unión comprende un miembro de soporte, en dondel recipiente de muestra y el miembro de soporte proporcionan una base sustancialmente estable para el dispositivo o medidor óptico portátil en una posición estacionaria en una superficie de soporte .
4. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el miembro de unión comprende un miembro rígido acoplado por charnela al alojamiento del módulo controlador.
5. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el miembro de unión está integral al recipiente de muestra.
6. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el miembro de muestreo comprende además un depósito de sobre-relleno que puede recibir una porción de la muestra de agua del recipiente de muestra .
7. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque el miembro de unión comprende el depósito de sobre-relleno.
8. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el miembro de muestreo proporciona una cubierta protectora rígida alrededor del cabezal sensor cuando el recipiente de muestra se sujeta alrededor del cabezal sensor.
9. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo medidor óptico es al menos uno de un fluorómetro, un turbidímetro y un medidor óptico de absorbancia.
10. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el sensor óptico es sensible a un primer intervalo de longitudes de onda de luz, y en dondel recipiente de muestra es opaca al primer intervalo de longitudes de onda de luz .
11. El dispositivo medidor óptico portátil, caracterizado porque comprende: una porción de controlador; una porción de muestreo; y un pivote que acopla la porción de controlador y la porción de muestreo, la porción de controlador que comprende un alojamiento rígido alargado que comprende una superficie de fondo, y un primer extremo y un segundo extremo entre los cuales se extiende un tramo o longitud del alojamiento de la porción de controlador, un controlador adaptado para calcular una propiedad óptica de una muestra de agua en base a una señal de un sensor óptico, y un cabezal sensor sumergible que comprende al menos un sensor óptico acoplado al controlador y un extremo próximo y un extremo distante entre los cuales se extiende un tramo o longitud del cabezal sensor, el extremo próximo del cabezal sensor que se" conecta a la superficie de fondo del alojamiento de la porción de controlador próximo al primer extremo del alojamiento de la porción del controlador; y la porción de muestreo que comprende un miembro de unión, rígido, alargado que comprende un primer extremo y un segundo extremo entre las cuales se extiende un tramo o longitud del miembro de unión, el pivote que acopla el segundo extremo del miembro de unión al segundo extremo del alojamiento de la porción de controlador, y un recipiente de muestra para recibir la muestra de agua, el recipiente de muestra acoplada al primer extremo del miembro de unión, el recipiente de muestra que se puede sujetar de forma removible alrededor del cabezal sensor tal que el cabezal sensor se sumerja al menos parcialmente en la muestra de agua contenida en el recipiente de muestra con el recipiente de muestra sujeta alrededor del cabezal sensor.
12. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el pivote comprende un eje de rotación sustancialmente paralelo a la superficie de fondo del alojamiento del controlador.
13. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el miembro de unión comprende un miembro de soporte, en dondel recipiente de muestra y el miembro de soporte proporcionan una base sustancialmente estable para el dispositivo medidor óptico portátil en una posición estacionaria en una superficie de soporte .
14. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque la porción de muestreo comprende además un depósito de sobre-relleno que puede recibir una porción de la muestra de agua del recipiente de muestra.
15. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el miembro de unión comprende el depósito de sobre-relleno.
16. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque la porción de muestreo proporciona una cubierta protectora rígida alrededor del cabezal sensor cuando la copa de muestreo se sujeta al rededor del cabezal sensor.
17. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el dispositivo medidor óptico es al menos uno de un fluorómetro, un turbidímetro, y un medidor óptico de absorbancia.
18. Un método para medir una propiedad óptica de una muestra de agua, caracterizado porque comprende: proporcionar un dispositivo medidor óptico portátil que tiene una porción de controlador que comprende un cabezal sensor sumergible, y una porción de muestreo que comprende un recipiente de muestra y un miembro de unión que acopla el recipiente de muestra a la porción de controlador, el recipiente de muestra que se puede sujetar de forma removible alrededor del cabezal sensor; soltar el recipiente de muestra de alrededor del cabezal sensor, el recipiente de muestra que permanece acoplada al miembro de unión y la porción de controlador; introducir una muestra de agua en el recipiente de muestra; sujetar el recipiente de muestra alrededor del cabezal sensor tal que al menos parte del cabezal sensor se sumerja en la muestra de agua; y medir una propiedad óptica de la muestra de agua con el cabezal sensor y la porción de controlador.
19. El método de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque además comprende hacer girar la porción de muestreo lejos de la porción de controlador y el cabezal sensor ante de introducir la muestra de agua en el recipiente de muestra.
20. El método de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque comprende remover la muestra de agua del recipiente de muestra y sujetar el recipiente de muestra alrededor del cabezal sensor para proporcionar una cubierta protectora alrededor del cabezal sensor.
21. El método de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque la propiedad óptica es uno de fluorescencia, turbidez, o absorbancia de la muestra de agua.
22. El método de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque el dispositivo medidor óptico portátil es el dispositivo medidor óptico portátil de conformidad con la reivindicación 11.
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