MX2012009890A - Sensor fluorometrico. - Google Patents

Sensor fluorometrico.

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MX2012009890A
MX2012009890A MX2012009890A MX2012009890A MX2012009890A MX 2012009890 A MX2012009890 A MX 2012009890A MX 2012009890 A MX2012009890 A MX 2012009890A MX 2012009890 A MX2012009890 A MX 2012009890A MX 2012009890 A MX2012009890 A MX 2012009890A
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MX2012009890A
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Eugene Tokhtuev
Christopher J Owen
Anatoly Skirda
Viktor Slobodyan
William M Christensen
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Abstract

Las modalidades proporcionan un cabezal sensor óptico y método para producir un cabezal sensor óptico. En algunos casos, el cabezal sensor se puede usar como un sensor fluorométrico para medir concentraciones y sustancias dentro de una muestra líquida de interés. El cabezal sensor incluye una ventana de fuente de luz y una ventana de detector que transmite luz entre el cabezal sensor y un área analítica. En algunos casos, las ventanas incluyen un lente de bola colocado dentro de un canal tal que el lente de bola y el canal crean un sello entre el interior y el exterior del cabezal sensor.

Description

SENSOR FLUORO ETRICO Campo de la Invención Las modalidades de la presente invención se refieren en general a dispositivos de medición óptica para probar una muestra líquida, y de manera más particular a sensores fluorométricos y fluorómetros para determinar y monitorizar la concentración de Una o más sustancias en una muestra líquida.
Antecedentes de la Invención En las operaciones de limpieza y antimicrobianas, los usuarios comerciales (por ejemplo, restaurantes, hoteles, fabricas de alimentos y bebidas, tiendas de abarrotes, etcétera) dependen de la concentración del producto limpiador o antimicrobiano para hacer el trabajo del producto de forma eficiente. La falla de un producto limpiador o antimicrobiano para trabajar de forma eficiente (debido a cuestiones de concentración) puede provocar que un usuario comercial perciba que el producto es de baja calidad. Los consumidores finales también pueden percibir al usuario comercial como que proporcionar servicios inferiores. Además, los usuarios comerciales se pueden investigar y/o sanciona por las agencias gubernamentales regulatorias y de salud. Por consiguiente, existe la necesidad de un sistema que pueda determinar si la concentración de un producto está dentro de Ref . :233998 un intervalo especificado de concentración. 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.
Un método para monitorizar la concentración de un producto 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 predeterminada longitud de onda de luz. Por ejemplo, los compuestos dentro del producto o un trazador fluorescente adicionados 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 calcula la concentración del producto químico en base a la fluorescencia medida.
La espectroscopia fluorométrica se refiere a la detección de luz fluorescente emitida por una muestra de interés. Comprende el uso de un haz de luz, usualmente luz ultravioleta (UV) , que excita a los electrones en las moléculas de ciertos compuestos en la muestra y provoca que emitan luz de una menor energía (es decir, emitan "fluorescencia") . Hay varios tipos de fluorometros para medir la fluorescencia emitida. En general, los fluorometros tienen una fuente de energía radiante de excitación, un selector de longitud de onda de excitación, una celda de muestra que contiene 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 filtros 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 .
Breve Descripción de la Invención Algunas modalidades de la invención se refieren en general a varios diseños para un sensor fluorométrico capaz de emitir luz de excitación en una muestra de interés y luego detectar y medir emisiones fluorescentes de la muestra. Algunas modalidades del sensor fluorométrico incluyen un cabeza sensor acoplado con un controlador que recibe la fluorescencia medida y calcula una concentración de un producto dentro de la muestra. El cabezal sensor incluye una o más ventanas que transmiten luz entre la muestra y componentes electrónicos dentro del cabeza sensor, y en algunos casos incluyen una o más características que mejoran la eficiencia del cabeza sensor.
De acuerdo a un aspecto de la invención, se proporciona un sensor fluorométrico, que incluye un cabezal sensor sumergible y un controlador acoplado al cabeza sensor y adaptado para calcular una concentración de un producto químico en una muestra de agua en base a emisiones fluorescentes detectadas. El cabezal sensor incluye un alojamiento' que tiene una primera pared con una primera superficie exterior plana y una segunda pared con una segunda superficie exterior plana. El cabezal sensor también incluye una cámara de fuente de luz y una cámara de detector. Se coloca una fuente de luz ultravioleta (UV) dentro de la cámara de fuente de luz y emite una primera longitud de onda UV para excitación de una muestra de agua dentro de un área analítica próxima al cabezal sensor. Se coloca un detector UV dentro de la cámara de detector y detecta emisiones fluorescentes a una segunda longitud de onda UV desde el área analítica. El detector UV se acopla con el controlador. El cabezal sensor también incluye una ventana de fuente de luz colocada en la primera pared que transmite la primera longitud de onda UV desde la cámara de fuente de luz hacia la área análisis y una ventana de detector colocada en la segunda pared que transmite la segunda longitud de onda UV desde el área analítica en la cámara de detector. La ventana de fuente de luz incluye un primer canal que se extiende a través de la primera pared y un primer lente de bola colocado en el primer canal. El primer lente de bola tiene un radio Ri y el primer canal tiene un diámetro nominal menor de 2RX tal que el primer canal se deforme alrededor del primer lente de bola. Esto asegura el primer lente de bola dentro del primer canal y crea un sello impermeable continúo alrededor del primer lente de bola entre la cámara de fuente de luz y el área analítica. La ventana de detector incluye un segundo canal que se extiende a través de la segunda pared y un segundo lente de bola colocado en el segundo canal. El segundo lente de bola tiene un radio R2 y el segundo canal tiene un diámetro nominal menor de 2R2 tal que el segundo canal se deforma alrededor del segundo lente de bola. Esto asegura el segundo lente de bola dentro del segundo canal y crea un sello impermeable continúo alrededor del segundo lente de bola entre la cámara de detector y el área analítica .
De acuerdo a otro aspecto de la invención, se proporciona un sensor fluorométrico que incluye un cabezal sensor sumergible y un controlador acoplado al cabezal sensor y adaptado para calcular una concentración de un producto químico en una muestra de agua en base a emisiones fluorescentes detectadas. El cabezal sensor incluye una alojamiento plástico que tiene un corte en una superficie lateral del alojamiento. El corte define una primera pared con una primera superficie exterior plana y una segunda pared con una segunda superficie exterior plana que cruza la primera superficie exterior en un primer ángulo de aproximadamente 60 grados a aproximadamente 120 grados. El cabezal sensor también incluye una cámara de fuente de luz y una cámara de detector. Se coloca una fuente de luz ultravioleta (UV) dentro de la cámara de fuente de luz y emite una primera longitud de onda UV para excitación de una muestra de agua dentro de un área analítica próxima al cabezal sensor. Se coloca un detector UV dentro de la cámara de detector y detecta emisiones fluorescentes a una segunda longitud de onda UV desde el área analítica. El cabezal sensor también incluye una ventana de fuente de luz colocada en la primera pared que transmite la primera longitud de onda UV desde la cámara de fuente de luz hacia el área analítica y una ventana de detector colocada en la segunda pared que transmite la segunda longitud de onda UV del el área analítica hacia la cámara de detector. La ventana de fuente de luz incluye un primer canal que se extiende a través de la primera pared y un primer lente de bola colocado en el primer canal. El primer lente de bola tiene un radio Rx y el primer canal tiene un diámetro nominal menor de 2RX tal que el primer canal se deforma alrededor del primer lente de bola. Esto asegura el primer lente de bola dentro del primer canal y crea un sello impermeable continúo alrededor del primer lente de bola entre la cámara de fuente de luz y el área analítica. La ventana de detector incluye un segundo canal que se extiende a través de la segunda pared y un segundo lente de bola colocado en el segundo canal. El segundo lente de bola tiene un radio R2 y el segundo canal tiene un diámetro nominal menor de 2R2 tal que el segundo canal se deforma alrededor del segundo lente de bola. Esto asegura el segundo lente de bola dentro del segundo canal y crea un sello impermeable continúo alrededor del segundo lente de bola entre la cámara de detector y el área analítica. Un eje del segundo canal cruza un eje del primer canal en un punto de cruce en el área analítica. En algunos casos, una primera distancia desde el punto de cruce a la primera superficie exterior es de aproximadamente Rx a aproximadamente 3R1( una segunda distancia desde el punto de cruce a la segunda superficie exterior es desde aproximadamente R2 a aproximadamente 3R2, una tercera distancia desde un centro del primer lente de bola al punto de cruce es de aproximadamente 1.2Ri a aproximadamente 3.2Ri, y una cuarta distancia desde un centro del segundo lente de bola al punto de cruce es de aproximadamente 1.2R2 a aproximadamente 3.2R2.
De acuerdo a otro aspecto de la invención, se proporciona un método para producir un cabezal sensor fluorométrico sumergible. El método incluye proporcionar una pieza de trabajo de plástico y formar una cámara de fuente de luz y una cámara de detector en la pieza de trabajo. También se forma un corte en una superficie lateral de la pieza de trabajo. El corte y la cámara de fuente de luz define una primera pared con una primera superficie plana exterior y el corte y la cámara de detector definen una segunda pared con una segunda superficie plana exterior. La primera y la segunda superficies planas exteriores se cruzan en un primer ángulo. El método también incluye formar una ventana de fuente de luz en la primera pared y una ventana de detector en la segunda pared. La formación de la ventana de fuente de luz incluye formar un primer canal que se extiende a través de la primera pared y colocar un primer lente de bola en el primer canal. El primer lente de bola tiene un radio y el primer canal tiene un diámetro nominal menor de 2Ri. En algunos casos, el primer la lente de bola se coloca al empujar el primer lente de bola en el primer canal desde la cámara de fuente de luz. El primer canal se deforma alrededor del primer lente de bola para asegurar el primer lente de bola y crear un sello impermeable continúo alrededor del primer lente de bola entre la cámara de fuente de luz y un exterior del cabezal sensor. La formación de la ventana de detector incluye formar un segundo canal que se extiende a través de la segunda pared y colocar un segundo lente de bola en el segundo canal. El segundo lente de bola tiene un radio R2 y el segundo canal tiene un diámetro nominal menor de 2R2. En algunos casos, el segundo lente de bola se coloca al empujar del segundo lente de bola en el segundo canal desde la cámara de detector. Esto deforma el segundo .canal alrededor del segundo lente de bola para asegurar del segundo lente de bola y crear un sello impermeable continúo alrededor del segundo lente de bola entre la cámara de detector y el exterior del cabezal sensor. El método incluye además colocar una fuente de luz ultravioleta (UV) en la cámara de fuente de luz y un detector UV en la cámara de detector. La fuente de luz UV emite una primera longitud de onda UV a través de la ventana de fuente de luz para excitación de una muestra de agua dentro de un área analítica próxima al cabezal sensor y el detector UV detecta emisiones fluorescentes a una segunda longitud de onda UV a través de la ventana de detector desde el área analítica.
Las modalidades de la presente invención pueden proporcionar una o más de las siguientes características y/o ventajas. Algunas modalidades proporcionan un cabezal sensor fluorométrico con sensibilidad mejorada, por ejemplo, al incorporar una configuración de micro óptica eficiente para medir señales fluorescentes a un ángulo (por ejemplo, 60-120 grados) a la dirección del haz de excitación. En algunas modalidades, se arreglan elementos de micro óptica para llevar un área analítica donde se miden señales fluorescentes miden más cerca a los lentes de bola de enfoque. La distancia más corta puede incrementar en su mayor parte eficacia y/o sensibilidad del cabezal sensor. En algunas modalidades, la distancia analítica puede ser 5 a 10 veces más corta que en diseños previos. En algunas modalidades, la distancia analítica puede ser de aproximadamente 2 mm.
Estas y otras varias características y ventajas serán evidentes a partir 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 se señale de este modo) y se proponen para el uso en unión con las explicaciones de la siguitente descripción detallada. Las modalidades de la presente invención se describirán más adelante en la presente en unión con las figuras anexas, donde números similares denotan elementos similares.
La figura 1 es una vista en perspectiva de un fluorometro portátil de acuerdo a algunas modalidades de la invención .
La figura 2 es una gráfica de la intensidad del espectro de excitación y de emisión de acuerdo a algunas modalidades de la invención.
La figura 3 es una vista con separación de partes de un fluorometro portátil de acuerdo a algunas modalidades de la invención.
La figura 4 es un diagrama esquemático de un tablero de controlador de acuerdo a algunas modalidades de la invenció .
La figura 5A es una vista en perspectiva de un tablero de fuente de luz de acuerdo a algunas modalidades de la invención.
La figura 5B es una vista en sección transversal de una porción de un tablero de fuente de luz de acuerdo a algunas modalidades de la invención.
La figura 5C es una vista en sección transversal de una porción de un tablero de fuente de luz de acuerdo a algunas modalidades de la invención.
La figura 6A es una vista en perspectiva de un tablero de detector de emisión de acuerdo a algunas modalidades de la invención.
La figura 6B es una vista en sección transversal de una porción de un tablero detector de emisión de acuerdo a algunas modalidades de la invención.
La figura 6C es una gráfica que muestra ejemplos de transmisiones espectrales de filtro de acuerdo a algunas modalidades de la invención.
La figura 6D es una gráfica que muestra una separación espectral entre un espectro de excitación filtrado y un espectro de emisión filtrado de acuerdo a algunas modalidades de la invención.
La figura 7A es una vista en perspectiva superior de un cabezal sensor de acuerdo a 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 de una sustancia en una muestra de agua de acuerdo a algunas modalidades de la invención .
La figura 9A es una vista en perspectiva en sección transversal de un cabezal sensor de acuerdo a algunas modalidades de la invención.
La figura 9B es una vista en sección transversal que muestra el cabezal sensor de la figura 9A.
Las figuras 10A-10C son vistas en sección transversal del cabezal sensor de acuerdo a algunas modalidades ,de la invención.
La figura 11 es un diagrama de flujo que ilustra un método para producir un cabezal sensor de acuerdo a algunas modalidades de la invención.
Las figuras 12A-12C son vistas en sección transversal de un cabezal sensor que ilustra la colocación de un lente de bola de acuerdo a algunas modalidades de la invención.
La figura 13A es una vista en sección transversal de una cámara de cabezal sensor y una herramienta de colocación para colocar un lente bola de acuerdo a algunas modalidades de la invención.
La figura 13B es una vista en perspectiva de un cabezal sensor y una herramienta de colocación para colocar un lente de bola de acuerdo a algunas modalidades de la invención.
La figura 13C es una vista en sección transversal del cabezal sensor y la herramienta de colocación de la figura 13B de acuerdo a algunas modalidades de. la invención.
Descripción Detallada de la Invención La siguiente descripción detallada es de una 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. En algunas modalidades, los componentes del dispositivo medidor óptico portátil están ventajosamente auto-contenidos en una configuración portátil, proporcionar 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 fluorómetro portátil. En tanto que en la presente se describen algunas modalidades de la invención con referencia a un fluorómetro (portátil o de otro modo) , se debe entender que los aspectos de la invención se pueden incorporar en una variedad de dispositivos medidores ópticos (por ejemplo, turbidímetro, 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 a 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 a 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 una copa 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 fluorometro puede ser parte de un circuito manual de retroalimentación. Si el fluorometro 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 fluorometro 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 fluorometro 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 sustitúyentes 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 antimicróbianos , solventes, hidrótropos, agentes antiredepósito, 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 = Cm x (Co/Cf) , en donde Cra =¦ m X (Sx - o) , y en donde Cra 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 a 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 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 a 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 especifico 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 a 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 506 de referencia, junto con un preamplificador 508 y un conectador 510 para acoplar el tablero 500 con el tablero de control. La figura 5B es una vista en sección transversal que muestra una modalidad en la cual la fuente de luz 504 y el fotodiodo 506 de referencia están dentro de una cavidad óptica 516 formada por un soporte 514 de filtro asegurado en el tablero 502 impreso. Una pequeña porción de la luz de la fuente de luz 504 alcanza el fotodiodo de referencia 506, proporcionando una señal de referencia para compensar las variaciones en la intensidad de salida de la fuente de luz con el tiempo y con las variaciones de temperatura. En algunos casos, la señal de referencia se produce por reflexión desde un filtro de excitación 512 y la luz de dispersión dentro de la cavidad 516. En algunos casos, la señal de referencia es estable y proporcional a la salida total de la fuente de luz 504. En algunas modalidades, el fotodiodo de referencia 506 trabaja sin atenuadores ópticos o divisores de haz debido a la atenuación natural de la luz en la cavidad 'óptica 516. El filtro de excitación 512 se coloca por el soporte de filtro 514 sobre la fuente de luz 504, para filtrar la luz desde 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 5C muestra otra modalidad de la cavidad óptica 516. Se asegura un filtro de excitación 512 directamente en la parte superior, del LED 504 UV. Una cubierta 520 cubre una cavidad óptica 516 alrededor del LED UV y el fotodiodo de referencia 506. La cubierta 520 tiene una abertura 530 de salida para acoplar el LED UV con una ventana de excitación (por ejemplo una ventana 330, como se muestra en la figura 3) . En algunos casos, una porción principal de la luz UV emitida por el LED UV viaja desde el LED UV 504 a través de la abertura de salida 530 a la ventana de excitación. En algunos casos, se refleja una porción más pequeña de la luz UV y se dispersa dentro de la cavidad óptica 516, proporcionando una señal de referencia estable proporcional a la intensidad del LED UV. En algunas modalidades, la cubierta 520 y/o un soporte de filtro 518 se producen de politetrafluoroetileno para mejorar la intensidad de las señales dispersadas y una estabilidad a largo plazo de la señal de referencia. En algunas modalidades, la cubierta 520 puede tener una superficie interna pulida con una capa reflexiva metalizada y/o el soporte de filtro 518 tiene una superficie externa pulida con una capa reflexiva metalizada para mejorar la intensidad de las señales reflejadas y la estabilidad de la señal de referencia.
Las figuras 6A y 6B muestran una tablero 600 de detector de emisión de acuerdo a algunas modalidades de la invención. La figura 6A es una vista en perspectiva del tablero 600 de detector de emisión. 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 604 de emisión 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 sobre las longitudes de onda deseadas al detector 604. En la modalidad mostrada en la figura 6B, los filtros incluyen un filtro 612 de interferencia y un filtro 614 de vidrio UG-11. En algunas modalidades, un filtro 616 de película de poliéster adicional también se coloca 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 casos, los diseños ópticos puede proporcionar un 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) .
La figura 6C es una gráfica que muestra ejemplos de una transmisión espectral 650 del filtro de excitación 512, una transmisión espectral 652 del filtro de interferencia 612, una transmisión espectral del filtro 654 de vidrio UG-11 614 y una transmisión espectral 656 del filtro 161 de película de poliéster de acuerdo a algunas modalidades de la invención. En algunas modalidades, esta combinación de filtros proporciona una separación espectral eficiente entre el espectro de luz de excitación del LED UV y el espectro de luz de emisión del trazador fluorescente dentro de la muestra. La figura 6D es una gráfica que muestra la separación espectral entre un espectro 660 de excitación filtrado y un espectro 662 de emisión, filtrado que utiliza el filtro de excitación 512, el filtro de interferencia 612, el filtro 614 de vidrio UG-11 y el filtro de película de poliéster 616.
Las Figuras 7A-7C presentan varias vistas de un cabezal sensor sumergible discreto 700 de acuerdo a 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 puede 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, la cabeza 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 una copa 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 laboratorio. En algunas modalidades, los pasadores 740 y las ranuras forman un sujetador de bayoneta que asegura el recipiente de laboratorio alrededor del cabezal sensor y también alinea el recipiente de laboratorio 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 una copa 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 laboratorio 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 a 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 4Q0 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; I3R 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 IO 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; ^CALIBR es una se¾ai ¿e salida del detector de emisión para la solución de calibración; y 40 mediciones; y cALiBR es una temperatura de muestra durante la 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.
Volviendo a las figuras 9A-9B, se muestran vistas en perspectiva y superior, en sección transversal, respectivamente, de un cabezal sensor sumergible 900 similar al cabezal sensor 700 mostrado en las figuras 7A-7C, de acuerdo a algunas modalidades de la invención. El general cabezal sensor 900 incluye un alojamiento 902, una cámara 912 de fuente de luz, y cámara 914 de detector. La cámara 912 de fuente de luz incluye una fuente de luz 934 acoplada a un tablero 936 de fuente de luz, similar al tablero 500 de fuente de luz y la fuente de luz 504 mostrados en la figura 5. La cámara 914 de detector incluye un detector 930 acoplados a un tablero 392 de detector, similar al tablero 600 de detector de emisión y el detector de emisión 604 mostrados en la figura 6. El cabezal sensor 900 también incluye una ventana 904 de fuente de luz que transmite la luz desde la fuente de luz 934 a un área analítica 950 fuera del cabezal sensor 900 y una ventana 920 de detector que transmite luz desde el área analítica 950 a la cámara 914 de detector y el detector 930.
De acuerdo a algunas modalidades, el cabezal sensor sumergible 900 es capaz de medir emisiones fluorescentes a partir de una muestra de agua dentro del área analítica 950 y generar una señal que corresponde a la fluorescencia de la muestra de agua. Como se analiza anteriormente en la presente, esta capacidad puede ser útil para cuantificar una concentración de uno o más productos dentro de la muestra de agua. En operación, por ejemplo, la fuente de luz 934 puede generar radiación de excitación UV que la ventana 904 de fuente de luz transmite al área analítica 950. En algunos casos, se coloca un filtro de excitación entre la fuente de luz 934 y la ventana 904 de fuente de luz, similar a la modalidad mostrada en las figuras 5B y 5C. En algunos casos, la radiación de excitación estimula una respuesta fluorescente en la muestra de agua que ocupa el área analítica 950, ventana 920 de detector que transmite hacia el detector 930. En algunos casos, se colocan uno o más filtros de emisión entre la ventaja 920 de detector y el detector 930, similar a la modalidad mostrada en la figura 6B . El detector 930 entonces genera una señal eléctrica que corresponde a la intensidad de las emisiones fluorescentes. El detector 930 se acopla adicionalmente con un controlador que entonces puede calcular la concentración de los productos en base a la intensidad de las emisiones fluorescentes.
En algunas modalidades, la cabezal sensor 900 se proporciona dentro de un fluorómetro portátil tal como el fluorómetro 100 descrito anteriormente con referencia a la figura 1. Como tal, el detector 930 se puede acoplar con un controlador localizado dentro de una porción de módulo controlador (por ejemplo, portátil) del fluorómetro. En algunas modalidades, la configuración del cabezal sensor se puede incorporar en una sonda de inmersión que se comunica (por ejemplo, mediante cable, mediante transmisiones inalámbricas, etcétera) con un controlador base. Por ejemplo, en algunas modalidades, el cabezal sensor sumergible 900 se puede incorporar en un fluorómetro similar aquellos descritos en la Patente de los Estados Unidos comúnmente asignada No. 7,550,746 y/o la Publicación de Solicitud de Patente de los Estados Unidos 2009/0212236. En algunos casos, el cabezal sensor 900 se puede acoplar con una computadora personal que proporciona la funcionalidad de un controlador. Se debe apreciar que también son posibles otros arreglos y el alcance de la invención no se limita a ninguna configuración de controlador específica.
Regresando a las figuras 9A y 9B, en algunas modalidades el cabezal sensor 900 incluye un corte 952 en una superficie lateral del alojamiento 902. En algunos casos, el corte 952 define en general una primera pared 954 que tiene una superficie exterior plana y una segunda pared 956 que tiene una superficie exterior plana que cruza la superficie exterior de la primera pared 954 a un primer ángulo (es decir, la primera pared 954 y la segunda pared 956 forman el primer ángulo) . La ventana 904 de fuente de luz está localizada dentro de la primera pared 954 y proporciona una ruta para la transmisión de luz a través de la primera pared entre área analítica 950 localizada en general en el corte y la cámara 912 de fuente de luz dentro del cabezal sensor 900.
La ventaja 920 de detector está localizada dentro de la segunda pared 956 y proporciona una ruta para la transmisión de luz a través de la segunda pared entre el área analítica 950 y la cámara 914 de detector dentro del cabezal sensor 900.
En algunas modalidades de la invención, la ventana 904 de fuente de luz y/o la ventana 920 de detector incluyen una combinación de un canal a través del alojamiento del cabezal sensor y un elemento de transmisión tal como una ventana o lente que cierra el canal en tanto que se transmite trasmite luz a través del canal. Como se muestra en las Figuras 9A y 9B, la ventana 904 de fuente de luz se forma de un primer canal 906 que se extiende a través de la primera pared 954 entre la cámara 912 de fuente de luz del exterior del cabezal sensor 900, y un primer lente de bola 908 colocado en el primer canal 906. De una manera similar, la ventana 920 de detector se forma de un segundo canal 922 que se extiende a través de la segunda pared 956 entre la cámara 914 de detector y el exterior del cabezal sensor 900, y un segundo lente de bola 924 colocado en el segundo canal 922.
En algunas modalidades, el cabezal sensor 900 es preferentemente un cabezal sensor sumergible, que significa que se sumerge parcial o completamente por abajo de la superficie de la muestra de agua durante las mediciones. Por consiguiente, la ventana 904 de fuente de luz y la ventana 920 de detector se pueden sellar a fin de proporcionar un sello sustancialmente permeable entre la fuente de luz y las cámaras de detector y el exterior del cabezal sensor. Como se menciona anteriormente, en algunas modalidades, las ventanas se pueden sellar con anillos tóricos y/o otros componentes selladores .
La ventana 904 de fuente de luz y la ventana 920 de detector también se pueden sellar debido a un ajuste de presión entre los canales de ventana y los lentes de bola colocados dentro de los canales, sin la necesidad de un componente sellador adicional tal como los anillo tóricos. En algunos casos, la primera y segunda paredes 954 , 956 del alojamiento pueden comprender un material algo resiliente o deformable (por ejemplo, un plástico) que permite que los canales de la ventana se dilaten alrededor, y aseguren, los lentes de bola de los canales. Por ejemplo, en algunas modalidades, el primer lente de bola 908 tiene un radio Rl t en tanto que el primer canal 906 tiene un diámetro nominal menor de 2Ri . En la posición de lente de bola sobre sale más allá de su diámetro nominal para acomodar el mayor diámetro del lente de bola. El canal se deforma de esta manera alrededor del lente de bola, asegurándolo dentro del canal 906 . En algunos casos, la deformación del primer canal 906 y el ajuste a presión correspondiente entre el lente de bola 908 y el canal 906 crea y/o completa un sello impermeable continua alrededor del primer lente de bola 908 entre la cámara 912 de fuente de luz y el exterior del área analítica del cabezal sensor.
En algunas modalidades, el diámetro nominal del primer canal 906 es de aproximadamente 1 . 75 Ri a aproximadamente 1 . 95 Ri . En algunos casos, el radio Rx del primer lente de bola 908 es de aproximadamente 1 mm a aproximadamente 4 mm. Se debe apreciar que son posibles otros radios para Rlr puesto que son posibles diámetros para el primer canal.
Se puede crear un sello similar alrededor del segundo lente de bola 924 . Por ejemplo, en algunas modalidades, el segundo lente de bola 924 tiene un radio R2 , en tanto que el segundo canal 922 tiene un diámetro nominal menor de 2R2 . En la posición del segundo lente de bola el canal sobresale más allá de su diámetro nominal para acomodar el mayor diámetro del segundo lente de bola. El segundo canal se deforma de esta manera alrededor del lente de bola, asegurándolo dentro del segundo canal 922 . En algunos casos, la deformación del segundo canal 922 y el ajuste a presión correspondiente entre el segundo lente de bola 924 y el segundo canal 922 crea y/o completa un sello impermeable continuo alrededor del segundo lente en bola 924 entre la cámara 914 de detector y el exterior del área analítica del cabezal sensor.
En algunas modalidades, el diámetro nominal del segundo canal 922 es de aproximadamente 1.75 R2, a aproximadamente 1.95 R2. En algunos casos, el radio R2 del segundo lente de bola 924 es de aproximadamente 1 mm a aproximadamente 4 mm. El radio R2 del segundo lente de bola 924 también puede ser el mismo como el Rx del primer lente' de bola 908, aunque esto no se requiere. Se debe apreciar que son posibles otros radios para R2, puesto que son posibles diámetros para el segundo canal .
Las modalidades de la invención proporcionan sensibilidad mejorada debido en parte a la proximidad inmediata de la muestra de agua a las ventanas de fuente de luz/detector de emisión, lo que disminuye dramáticamente la distancia de viaje entre la fuente de luz/detector de emisión y el producto dentro de la muestra de agua. Por consiguiente, la sensibilidad resaltada proporcionada en las modalidades de la invención es útil para 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 alto color y/o turbidez . De acuerdo a algunas modalidades de la invención, el sello creado por el ajuste a presión entre uno o más de los lentes de bola y los canales permite colocación mejorada de los lentes de bola en comparación con diseños que incorporan un componente sellador separado tal como un anillo tórico. Por ejemplo, la carencia de un anillo tórico separado puede permitir que uno o ambos de los lentes de bola se coloquen más cerca al área analítica 950, disminuyendo de este modo la longitud de transmisión e incrementando la eficiencia de operación aún adicionalmente, especialmente para mediciones de muestra de agua con alto color y/o alta turbidez. En algunas modalidades, la distancia analítica puede ser de aproximadamente 5 a aproximadamente 10 veces más corta que en diseños previos.
Con referencia a la Figura 9B, en algunas modalidades de la invención, uno o más de los lentes de bola 908, 924 sobresale del alojamiento del cabezal sensor disminuyendo de este modo la distancia al área analítica 950. En algunos casos, el primer lente de bola 908 sobresale parcialmente desde el primer canal 906 tal que un plano de la superficie exterior de la primera pared 954 cruza el primer lente de bola 908. El segundo lente de bola 924 sobresale de forma similar desde el segundo canal 922 tal que un plano de la superficie exterior de la segunda pared 956 cruza el segundo lente de bola 924. La colocación del primero y/o segundo lente de bola 908, 924 dentro de sus respectivos canales puede variar dependiendo de la longitud del canal (por ejemplo, el ancho de la primera y de la segunda paredes 954, 956) y el diámetro de los lentes de bola. Por ejemplo, en algunos casos, el primer lente de bola 908 se puede colocar dentro del primer canal 906 de modo que un lado del lente de bola sobresale más allá de la superficie exterior del primer canal 954, en tanto que una superficie interior plana 962 de la primera pared está tangente a o al ras con la superficie exterior del lado opuesto del lente de bola. En algunos casos, el segundo lente de bola 924 se coloca de forma similar dentro del segundo canal 92, co una superficie interior plana 960 tangente a o al ras con la superficie exterior del segundo lente de bola 924.
Las Figuras 10A-10C son vistas en sección transversal de los cabezales sensores que tienen diferentes cortes angulares y arreglos ópticos de acuerdo a algunas modalidades de la invención. La Figura 10A ilustra un cabezal sensor 1000A que tiene un corte 1014 en el cual la primera pared 954 y la segunda pared 956 forman un ángulo de aproximadamente 90 grados. Un primer eje 1012 del canal de la ventana de fuente de luz cruza un eje 1010 del canal de la ventana de detector en un punto de cruce dentro del área analítica 950 externa al cabezal sensor. Como se muestra en este modalidad, el primero y segundo canales 906, 922 se colocan dentro de la primera y la segunda paredes 954, 956 tal que los ejes 1012, 1010 del primer y del segundo canales están ortogonales a las superficies exteriores de la primera y segunda paredes 954, 956, aunque no se requiere una relación ortogonal.
El ángulo del corte 1014 (es decir, la primera pared 954 y la segunda pared 956) y/o el ángulo de intercepción del primero y/o segundo eje 1012, 1010 de canal puede variar en diferentes modalidades de la invención. Por ejemplo, en algunos casos, los ángulos entre los canales y/o las paredes de corte pueden ser de aproximadamente 60 grados a aproximadamente 120 grados. Se debe apreciar que para canales ortogonales, el ángulo de intersección de los canales complementará el ángulo de la primera y de la segunda paredes (es decir, ambos ángulos adicionales a 180 grados en cada caso) .
Como se muestra en la Figura 10A, tanto el ángulo del corte 1014 como el ángulo de intercepción entre los ejes de canal es de aproximadamente 90 grados. La geometría de ángulo recto entre el canal de fuente de luz y el canal de detector puede incrementar adicionalmente la eficiencia de operación al reducir al mínimo la cantidad de luz de excitación que entra al canal de detector, especialmente en comparación a un arreglo de 180 grados proporcionado en algunos sensores ópticos existentes. Por supuesto las modalidades de la invención no se limitan a una operación angular particular, y se pueden configurar dependiendo de los parámetros deseado para una modalidad particular. Las Figuras 10B y 10C ilustran dos modalidades adicionales. En la Figura 10B, se proporciona un cabezal sensor 1000B con un corte angular 1016 que forma un ángulo de aproximadamente 120 grados, en tanto que los ejes 1012, 1010 del primero y el segundo canales 906, 922 de un ángulo de aproximadamente 60 grados. En la Figura 10C, un cabezal sensor 1000C se proporciona con un corte angular 1018 que forma un ángulo de aproximadamente 60 grados, en tanto que los ejes 1012, 1010 del primer y del segundo canales.906, 922 forman un ángulo de aproximadamente 120 grados.
Como se menciona anteriormente en la presente, algunas modalidades de la invención pueden permitir que uno o ambos de los lentes de bola se coloquen más ' cerca al área analítica 950, disminuyendo de este modo la longitud de transmisión entre la muestra e agua entre el área analítica 950 y los lentes de bola. Por ejemplo, en algunos casos, el punto de cruce de los ejes de canal es una distancia de aproximadamente ¾ a aproximadamente 3Ri desde la superficie exterior de la primera pared 954 y una distancia de aproximadamente R2 a aproximadamente 3R2 desde la superficie exterior de la segunda pared 956. En algunas modalidades, el punto de cruces es una distancia de aproximadamente 1.2Ri a aproximadamente 3.2RX desde un centro del primer lente de bola 908 y una distancia de aproximadamente 1.2R2 a aproximadamente 3.2R2 desde un centro del segundo lente de bola 924. En algunas modalidades, tanto el primer lente de bola 908 como el segundo lente de bola 924 son menos de aproximadamente 2 mm desde el punto de cruce. Como se muestra en la Figura 10A, en algunos casos, el primer lente de bola 908 puede ponerse en contacto realmente con el segundo lente de bola 924. También se debe apreciar en tanto que las Figuras 10A-10E muestran configuraciones simétricas del primer lente de bola, pared, y canal, y el segundo lente de bola, pared, y canal, el arreglo óptico no puede ser simétrico en algunas modalidades.
La Figura 11 es un diagrama de flujo que ilustra in método 1100 para producir un cabezal sensor de acuerdo a algunas modalidades de la invención. El método incluye proporciona inicialmente (1102) una pieza de trabajo de la cual se modelará el cabezal sensor. En algunas modalidades, la pieza de trabajo es preferentemente un plástico opaco moldeable y/o procesable, tal como fluoruro de polivinilideno (PUVDF, por sus siglas en inglés) , cloruro de polivinilo (PCV, por sus siglas en inglés) , polioximetileno, o poliacetal. En algunas modalidades, el plástico es opaco a las longitudes de onda de luz a las cuales es sensible el detector de emisión y/o a las longitudes de onda de luz generadas por la fuente de luz dentro del cabezal sensor. Por supuesto, también son posibles otros plásticos, en algunos casos se puede usar cualquier plástico opaco que sea compatible con los procesos químicos que se presentan dentro de la muestra. También son posibles otros materiales conocidos en la técnica (tanto poliméricos como no poliméricos) . En algunas modalidades, el cabezal sensor se puede producir al procesar una pieza de trabajo sólida, aunque en algunas modalidades, la pieza de trabajo también se puede formar a través de moldeo.
El método 1100 incluye además formar tanto una cámara (1104) de fuente de luz como una cámara (1106) de detector en la pieza de trabajo. Por ejemplo, se pueden formar cámaras sustancialmente cilindricas, cámaras con una o más superficies de interiores planas tal como aquellas descritas anteriormente en la presente, o cualquier otra cámara adecuada para alojar los componentes electrónicos del sensor. También se forma un corte (1108) en una superficie lateral de la pieza de trabajo. El corte y la cámara de •fuente de luz definen una primera pared con una superficie plana exterior y una segunda pared con una superficie plana exterior que cruza la superficie de la primera pared en un primer ángulo. El método también incluye formar (1110) una ventana de fuente de luz en la primera pared y formar (1112) una ventana de detector en la segunda pared. Se coloca (1114) una fuente de luz UV en la cámara de fuente de luz y se coloca (1116) un detector UV en la cámara detector. La fuente de luz UV mite una primera longitud de onda UV a través de la ventana de fuente de luz para excitación de una muestra de agua dentro de un área analítica próxima al cabezal sensor que se detecta a una segunda longitud de onda UV a través de la ventana detector de la segunda área analítica.
De acuerdo a algunas modalidades, la formación de las ventanas de fuente de luz y/o de detector incluye formar (por ejemplo, procesar, grabar, moldear, etc.) un canal a través de la primera y/o segunda pared respectivamente, y colocar un lente de bola dentro de cada canal . En algunos casos, el canal y/o lente de bola puede ser similar a aquellos descritos anteriormente en la presente.
Con referencia a las Figuras 12A-12C, las vistas en sección transversal de un cabezal sensor 1200 ilustran la colocación de un lente de bola 908 de acuerdo a algunas modalidades de la invención. Como se analiza anteriormente, en algunos casos, el primero y/o segundo canal 906, 922 tienen un diámetro nominal menor que el diámetro que el lente de bola colocado dentro del canal. En algunas modalidades, se coloca un primer lente de bola 908 dentro del canal 906 de ventana de fuente de luz al insertar el lente de bola en el canal 906 desde dentro de la cámara 912 de fuente de luz (Figura 12A) , y luego empujar el primer lente de bola en el canal de modo que el lente de bola se coloca al ras con una superficie interior de la cámara/pared y sobresalga de la superficie exterior de la cámara (Figura 12C) .
Conforme el lente de bola 908 se empuja en el canal 906, la superficie del canal se deforma preferentemente para permitir el paso del lente de bola. Por ejemplo, el empuje de un lente de bola de vidrio a zafiro a través de un canal formado en plástico puede deformar el canal conforme el lente de bola pasa a través del canal. En algunos casos, el material de la pared del canal también regresa el rebote a su diámetro nominal conforme el lente de bola pasa a través del canal. Cuando el lente de bola está en su posición final, el canal permanece deformado alrededor del lente de bola (por ejemplo en el interior y exterior del lente de bola) , asegundando de este modo el lente de bola 908 dentro del canal 906 y creando un sello impermeable, sustancialmente continuo alrededor del lente de bola entre la cámara de la fuente de luz y el exterior del cabezal sensor. Se puede usar un método similar para colocar un lente de bola dentro del canal 922 de detector.
Con referencia a las Figuras 12A-12C, en algunas modalidades, se puede usar una herramienta 1202 para empujar el lente de bola 1102 en el canal 906. En algunas modalidades, la herramienta 1202 se puede insertar en la cámara 912 de fuente de luz o la cámara de detector 914 para empujar el lente de bola desde dentro de la cámara. Con referencia a la Figura 12C, en algunas modalidades, la abertura en la superficie lateral del alojamiento del cabezal sensor proporciona acceso a la cámara 912 de fuente de luz y la cámara 914 de detector a fin de trabajar a máquina canales 906 y 922 de ventana y empujar el lente de bola desde el exterior de las cámaras. Después de colocar los lentes de bola, las aberturas se pueden sellar con tapones 1020, 1022 u otro medio equivalente.
La Figura 13A es una vista en sección transversal de un ejemplo de un ejemplo de una herramienta 1300 de inserción o colocación para colocar un lente de bola 1306 dentro de un canal 1304 de ventana de acuerdo a algunas modalidades de la invención. La herramienta 1300 de colocación se hace preferentemente de un tamaño y se forma para ajustarse dentro de una cámara 1302 del cabezal sensor (por ejemplo, la cámara de fuente de luz y/o la cámara de detector) . En algunas modalidades, la herramienta 1300 incluye un armazón 1310 que soporta de forma movible una, cuña 1312. Un componente de empuje 1314 (por ejemplo un tornillo) puede empujar hacia abajo contra la cuña, que entonces se dirige lateralmente contra el lente de bola 1306 por una porción en ángulo del armazón 1310. Después de empujar el lente de bola en el canal, la herramienta 1300 se puede remover y se montan los componentes electrónicos apropiados dentro del canal.
Las Figuras 13B y 13C muestran vistas en perspectiva y en sección transversal, respectivamente, de otro ejemplo de una herramienta 1320 de inserción o de colocación para insertar un lente de bola 1306 en un canal 1304 de ventana de un cabezal sensor 1322 de acuerdo a algunas modalidades de la invención. La herramienta 1320 de inserción se forma como una varilla alargada o barra formada para ajustarse dentro de una cámara 1302 de cabezal sensor. En algunos casos, una porción plana 1324 de la barra tiene una muesca 1326 plana, inclinada, o en ángulo cerca de un extremo de la barra. Cuando la herramienta 1320 de inserción se mueve dentro de la cámara 1302 de cabezal sensor, la muesca 1326 inclinada, plana crea una fuerza que empuja el lente de bola 1306 en el canal 1304 de ventana. En algunos casos, la herramienta 1320 de inserción puede tener muescas inclinadas plantas 1326 de diferentes profundidades y/o ángulos, por ejemplo, en ambos extremos de la barra. Por ejemplo, una muesca más profunda puede facilitar la inserción inicial de los lentes de bola en el canal 1304 de ventana y luego se puede extraer la herramienta de inserción, girar e insertar por el extremo opuesto para usar una muesca menos profunda para asegurarse que el lente de bola 1306 esté completamente sentado en el canal 1304 de ventana.
De esta manera, se describe en las modalidades de la invención. Aunque la presente invención se ha descrito en detalle considerable con referencia a ciertas modalidades descritas, las modalidades descritas se presentas 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 (34)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones :
1. Un sensor fluorométrico, caracterizado porque comprende : un cabezal sensor sumergible, que comprende: un alojamiento que comprende una primera pared con una primera superficie exterior plana de una segunda pared con una segunda superficie exterior plana; una cámara de fuente de luz que comprende una fuente de luz ultravioleta (UV) que emite una primera longitud de onda UV para excitación de una muestra de agua de entre un área analítica próxima al cabezal sensor; una ventana de fuente de luz colocada en la primera pared que transmite la primera longitud de onda UV desde la cámara de fuente de luz hacia el área analítica, la ventana de fuente de luz que comprende un primer canal que se extiende a través de la primera pared y un primer lente de bola colocado en el primer canal, el primer lente de bola que tiene un radio Ri y el primer canal que tiene un diámetro nominal de 2Ri tal que el primer canal se deforma alrededor del primer lente de bola, asegurando el primer lente de bola dentro del primer canal y creando un sello impermeable continuo alrededor del primer lente de bola entre la cámara de fuente de luz y el área analítica; una cámara de detector que comprende un detector UV que detecta emisiones fluorescentes a una segunda longitud de onda UV desde el área analítica; y una ventana de detector colocada en la segunda pared que transmite la segunda longitud de onda UV desde el área analítica a la cámara de detector, la ventana de detector que comprende un segundo canal que se extiende a través de la segunda pared y un segundo lente de bola colocado en el segundo canal, el segundo lente de bola que tiene un radio R2 y el segundo canal que tiene un diámetro nominal menor de 2R2, tal que el segundo canal se deforme alrededor del segundo lente de bola, asegurando el segundo lente de bola dentro del segundo canal creando un sello impermeable continuo alrededor del segundo lente de bola entre la cámara de detector y el área analítica; y un controlador acoplado al detector UV y adaptado para calcular una concentración de un producto químico en la muestra de agua dentro del área analítica en base a las emisiones fluorescentes detectadas.
2. El sensor fluorométrico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque un eje del primer canal y un eje del segundo canal se cruzan en un punto de cruce en el área analítica a un primer ángulo de entre aproximadamente 60 grados a aproximadamente 120 grados.
3. El sensor fluorométrico de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque un eje del primer canal está ortogonal a la primera superficie exterior y el eje del segundo canal está ortogonal a la segunda superficie exterior.
. El sensor fluorométrico de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el primer ángulo es de aproximadamente 90 grados.
5. El sensor fluorométrico de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque una primera distancia del punto de cruce a la primera superficie exterior es de aproximadamente Rx a aproximadamente 3Rlf una segunda distancia desde el punto de cruce a la segunda superficie exterior es de aproximadamente R2 a aproximadamente 3R2, una tercera distancia desde un centro del primer lente de bola al punto de cruce es de aproximadamente 1.2Ri a aproximadamente 3.2Ri, y una cuarta distancia desde un centro del segundo lente de bola al punto de cruce es de aproximadamente 1÷2R2 a aproximadamente 3.2R2.
6. El sensor fluorométrico de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque cada uno del primer lente de bola y el segundo lente de bola es menor de aproximadamente 2 mm desde el punto de cruce.
7. El sensor fluorométrico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque Ri es igual a R2 y en donde Rx y R2 son de aproximadamente 1 mra a aproximadamente 4 mm .
8. El sensor fluorométrico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el diámetro nominal del primer canal es de aproximadamente 1.75 Rx a aproximadamente 1.95 Ri y el diámetro nominal del segundo canal es de aproximadamente 1.65 R2 a aproximadamente 1.95 R2.
9. El sensor fluorométrico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el primer lente de bola sobresale parcialmente desde el primer canal tal que un plano de la primera superficie exterior cruza el primer lente de bola, y en donde el segundo lente de bola sobresale parcialmente desde el segundo canal tal que un plano de la segunda superficie exterior cruza el segundo lente de bola.
10. El sensor fluorométrico de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque el primer lente de bola hace contacto con el segundo lente de bola.
11. El sensor fluorométrico de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque la primera pared comprende una primera superficie interior plana tangente a una superficie exterior del primer lente de bola y la segunda pared comprende una segunda superficie interior plana tangente a una superficie exterior del segundo lente de bola.
12. El sensor fluorométrico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la primera y segunda paredes comprenden un material resiliente y el primero y segundo lente de bola comprenden vidrio o zafiro.
13. Un sensor fluorométrico, caracterizado porque comprende : un cabezal sensor sumergible, que comprende: un alojamiento de plástico que comprende un corte en una superficie lateral del alojamiento, el corte que define una primera pared con una primera superficie exterior plana y una segunda pared con una segunda superficie exterior plana, la primera y la segunda superficies exteriores que se cruzan en un primer ángulo; una cámara de fuente de luz que comprende una fuente de luz ultravioleta (UV) que emite una primera longitud de onda UV para excitación de una muestra de agua dentro de un área analítica próxima al cabezal sensor; una ventana de fuente de luz colocada en la primera pared que transmite al primera longitud de onda UV desde la cámara de fuente de luz hacia el área analítica, la primera ventana de fuente de luz que comprende un primer canal que se extiende a través de la primera pared ortogonal a la primera superficie exterior y un primer lente de bola colocado en el primer canal, el primer lente de bola que tiene un radio Rx y el primer canal que tiene un diámetro nominal menor de 2Ri tal que el primer canal se deforma alrededor del primer lente de bola, asegundo el primer lente de bola dentro del primer canal y crenado un sello impermeable continuo alrededor del primer lente de bola entre la cámara de fuente de luz y el área analítica; una cámara de detector que comprende un detector UV que detecta emisiones fluorescentes a una segunda longitud de onda UV desde el área analítica; y una ventana de detector colocada en la segunda pared que transmite la segunda longitud de onda UV desde el área analítica en la cámara de detector, la ventana de detector que comprende un segundo canal que se extiende a través de la segunda pared ortogonal a la segunda superficie exterior y un segundo lente de bola colocado en el segundo canal, el segundo lente de bola que tiene un radio R2 y el segundo canal que tiene un diámetro nominal menor de 2R2 tal que el segundo canal se deforma alrededor del segundo lente de bola, asegurando el segundo lente de bola dentro del segundo canal y crenado un sello impermeable continuo alrededor del segundo lente de bola entre la cámara de detector y el área analítica; y un controlador acoplado al detector UV y adaptado para calcular una concentración un producto químico en la muestra de agua dentro del área analítica en base a las emisiones fluorescentes detectadas; en donde el primer ángulo es de aproximadamente 60 grados a aproximadamente 120 grados, un eje del primer canal y un eje del segundo canal cruzan en un punto de cruce en el área analítica, una primera distancia desde el punto de cruce a la 5 primera superficie exterior es de aproximadamente Rx a aproximadamente 3Ri, una segunda distancia desde el punto de cruce a la segunda superficie exteriores de aproximadamente R2 a aproximadamente 3R2, 0 una tercera distancia desde un centro del primer lente de bola al punto de cruce es de aproximadamente 1.2 Ri a aproximadamente 3.2Ri, y una cuarta distancia desde un centro del segundo lente de bola al punto de cruces es de aproximadamente 1.2 R 5 a aproximadamente 3.2R2.
14. El sensor fluorométrico de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque el primer ángulo es de aproximadamente 90 grados.
15. El sensor fluorométrico de conformidad con la ° reivindicación 13, caracterizado porque un cada uno el primer lente de bola y el segundo lente de bola está a menor de aproximadamente 2 mm desde el punto de cruce.
16. El sensor fluorométrico de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque Rj. es igual a R2 y en 5 donde Rx y R2 son de aproximadamente 1 mm a aproximadamente 4mm.
17. El sensor fluorométrico de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque el diámetro nominal del primer canal es de aproximadamente 1.75 R a aproximadamente 1.95 Rx y el diámetro nominal del segundo canal es de aproximadamente 1.75R2 a aproximadamente 1.95R2.
18. El sensor fluorométrico de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque el primer lente de bola sobresale parcialmente desde el primer canal tal que un plano de la primera superficie exterior cruza el primer lente de bola, y en donde el segundo lente de bola sobresale parcialmente desde el segundo canal tal que un plano de la segunda superficie exterior cruza el segundo lente de bola.
19. El sensor fluorométrico de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque el primer lente de bola hace contacto con el segundo lente de bola.
20. El sensor fluorométrico de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque la primera pared comprende una primera superficie interior plana tangente a una superficie exterior del primer lente de bola' y la segunda pared comprende una segunda superficie interior plana tangente a una superficie exterior del segundo lente de bola.
21. El sensor fluorométrico de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque la primera y la segunda paredes comprenden un plástico resiliente y el primero y segundo lente de bola comprende vidrio o zafiro.
22. Un método para producir un cabezal sensor fluorométrico sumergible, caracterizado porque comprende: proporcionar una pieza de trabajo de plástico; formar una cámara de fuente de luz en la pieza de t abaj o ; formar una cámara de detector en la pieza de trabajo; formar un corte en una superficie lateral de la superficie de trabajo, el corte y la cámara de fuente de luz que definen una primera pared con una primera superficie exterior plana, el corte y la cámara de detector que forman una segunda pared con una segunda superficie exterior plana, la primera y la segunda superficies exteriores plantas que se cruzan a un primer ángulo; formar una ventana de fuente de luz en la primera pared, que comprende formar un primer canal que se extiende a través de la primera pared y colocar un primer lente de bola en el primer canal, el primer lente de bola que tiene un radio Ri y el primer canal que tiene un diámetro nominal menor de 2Rlt la colocación que comprende empujar el primer lente de bola en el primer canal de la cámara de fuente de luz y deformar el primer canal alrededor del primer lente de bola para asegurar el primer lente de bola y crear un sello impermeable continuo alrededor del primer lente de bola entre la cámara de fuente de luz y un exterior del cabezal · sensor; formar una ventana de detector en la segunda pared, que comprende formar un segundo canal que se extiende a través de la segunda pared y colocar un segundo lente de bola en el segundo canal, el segundo lente de bola que tiene un radio R2 y el segundo canal que tiene un diámetro nominal menor de 2R2, la colocación que comprende empujar el segundo lente de bola en el segundo canal de la cámara detector y deformar el segundo canal alrededor del segundo lente de bola para asegurar el segundo lente de bola y crear un sello impermeable continuo alrededor del segundo lente de bola entre la cámara de detector y el exterior del cabezal sensor; colocar una fuente de luz ultravioleta (UV) en la cámara de fuente de luz que emite una primera longitud de onda UV a través de la ventana de fuente de luz para excitación de una muestra de agua dentro de un área analítica próxima al cabezal sensor; y colocar un detector UV en la cámara de detector que detecta emisiones fluorescentes a una segunda longitud de onda UV a través de la ventana de detector del área analítica .
23. El método de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque además comprende empujar el primer lente de bola en el primer canal de modo que el primer lente de bola sobresalga parcialmente desde el primer canal tal que un plano de la primera superficie exterior cruza el primer lente de bola, y que comprende además empujar el segundo lente de bola en el segundo canal de modo que el segundo lente de bola sobresale parcialmente desde el segundo canal tal que un plano de la segunda superficie exterior cruza el segundo lente de bola.
24. El método de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque además comprende empujar el primer lente de bola en el primer canal de modo que una primera superficie interior plana del primer canal está tangente a una superficie exterior del primer lente de bola, y que comprende además empujar el segundo lente de bola en el segundo canal de modo que una segunda superficie interior plana de la segunda pared está tangente a una superficie exterior del segundo lente de bola.
25. El método de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque el primer ángulo es de aproximadamente 60 grados a aproximadamente 120 grados.
26. El método de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque un eje del primer canal está ortogonal a la primera superficie exterior y un eje del segundo canal está ortogonal a la segunda superficie exterior .
27. El método de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque Rx es igual a R2, y en donde Rx y R2 son de aproximadamente 1 mm a aproximadamente 4 mm.
28. El método de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque el diámetro nominal del primer canal es de aproximadamente 1.75 Rx a aproximadamente 1.95 Ri y el diámetro del segundo está entre aproximadamente 1.75 R2 a aproximadamente 1.95 R2.
29. El método de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque el primer lente de bola hace contacto con el segundo lente de bola.
30. El método de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque la primera y la segunda paredes comprenden un material resiliente y el primero y segundo lentes de bola comprenden vidrio o zafiro.
31. El sensor fluorométrico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la cámara de fuente de luz contiene un detector de referencia para monitorizar la intensidad de la fuente de luz UV.
32. El sensor fluorométrico de conformidad con la reivindicación 31, caracterizado porque la fuente de luz UV y el detector de referencia se colocan dentro de una cavidad óptica tal que el detector de referencia mide luz UV que se refleja y dispersa dentro de la cavidad óptica.
33. El sensor fluorométrico de conformidad con la reivindicación 32, caracterizado porque la cavidad óptica se forma por un soporte de filtro, y se asegura un filtro de excitación dentro de la cavidad óptica opuesta a la fuente de luz UV y el detector de referencia.
34. El sensor fluorométrico de conformidad con la reivindicación 32, caracterizado porque la cavidad óptica se forma por una cubierta de la fuente de luz UV y el detector de referencia, y se asegura un filtro de excitación dentro de la cavidad óptica en la fuente de luz UV.
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