WO1992022803A1 - Procede et appareil de dosage spectrophotometrique des liquides aqueux - Google Patents
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Abstract
L'appareil comporte une pompe (1) pour aspirer le liquide (5), un filtre (3) à deux sorties (8) et (9): la sortie (8) est pour la purge et la sortie (9) est pour le remplissage de la cellule (12). Des mesures interférométriques sont effectuées à une température de 35° à 50 °C (fluctuation 0,2 °C) et à une humidité relative maximale de 0,2 %. Des courbes d'absorbance a(f) sont déterminées par rapport à la matrice puis les concentrations des composantes à doser sont calculées à l'aide des équations étalons.
Description
PROCEDE ET APPAREIL DE DOSAGE SPECTROPHOTOMETRIQUE DES LIQUIDES AQUEUX.
La présente invention concerne un procédé et un appareil pour le dosage des liquides aqueux contenant des composants afin de déterminer leur concentration.
Le dosage est effectué par spectrophotométrie dans une plage infrarouge dont la longueur d'ondes est de 2 à 25 micromètres.
Le problème essentiel pour ce type de dosage est que l'absorption par l'eau des rayonnements infrarouges dans la plage de bandes indiquée (2 à 25 micromètres) est importante.
Si on considère que l'intensité d'un faisceau de rayonnements transmise à travers une cellule remplie d'eau est (lo) et que celle à travers une cellule remplie de liquide aqueux à doser est (I), l'absorbance des composants est Log Io/I.
Pour obtenir des mesures exploitables, il faut que la différence entre le signal correspondant aux rayonnements transmis par une cellule remplie de liquide à doser et celui correspondant aux rayonnements transmis par la même cellule remplie d'eau soit importante par rapport aux bruits confondus avec les mesures prélevées.
Ceci nécessite l'ajustement de l'intensité des rayonnements incidents pour chaque longueur d'ondes ou plus précisément pour chaque bande du spectre correspondant à une fonction (liaison) à inspecter des composants en question.
L'ajustement de chaque bande est nécessaire car, pour un faisceau polychromatique, l'énergie correspondante à chaque
FEUILLE DE REMPLACEMENT
longueur d'ondes n'est pas égale, cet ajustement permet donc de laisser passer, à travers la cellule, une quantité d'énergie pour laquelle le rapport signal/bruit, pour le détecteur utilisé, est maximal.
L'ajustement de l'intensité de chaque bande permet d'utiliser un seul détecteur pour toutes les bandes, l'une après l'autre tout en travaillant dans une zone du capteur où le rapport signal/bruit est élevé.
A l'heure actuelle, l'analyse quantitative par spectrophotomé- trie, dans un milieu aqueux, est effectuée à l'aide de faisceaux monochromatiques dont l'intensité est ajustée. Le mot monochromatique, ici, veut dire une bande de fréquences dont la largeur est étroite. Ceci est réalisable à l'aide d'une source polychromatique coopérant avec plusieurs filtres optiques, chacun sélectionne et ajuste (atténue plus ou moins) l'intensité d'une bande de fréquences, de telle sorte, que 1'énergie transmise pour chaque bande correspond à la zone du capteur dans laquelle le rapport signal/bruit est suffisamment grand, autrement dit, de telle sorte, que les signaux mesurés soient exploitables.
Les systèmes d'analyses quantitatives spectrophotométriques dans un milieu aqueux sont donc des systèmes dispersifs, plusieurs faisceaux monochromatiques sont utilisés, chacun est obtenu à partir de même source polychromatique et un filtre adéqua .
FEUILLE DE REMPLACEMENT
Les inconvénients de ces systèmes sont :
- le nombre de bandes à inspecter correspond à un nombre égal ou inférieur à celui des filtres, pour avoir un spectre couvrant toute la plage de bandes, il faut un nombre très élevé de filtres.
- la lenteur, car pour chaque bande (chaque filtre), il faut effectuer les mesures nécessaires. De plus, entre deux mesures successives, il faut attendre que la stabilité mécanique et optique du système soit atteinte, autrement dit, il faut attendre que les vibrations mécaniques générées par le mouvement de changement de filtre soient amorties.
En effet, pour que ces systèmes dispersifs aient une cadence acceptable, il faut limiter le nombre de bandes à inspecter, ce nombre est, à l'heure actuelle, de 1 à 4 bandes pour chaque échantillon.
Le nombre 'échantillons à analyser pour les systèmes les plus rapides est de l'ordre de 300 échantillons/heure.
Les systèmes d'analyses spectrophotométriques non-dispersifs, c'est-à-dire, les systèmes interférométriques sont utilisés, à l'heure actuelle, soit pour des analyses qualitatives soit pour des analyses quantitatives approximatives pour des échantillons où les fréquences d'absorption des composants sont éloignées de celles d'absorption de la matrice du liquide. La matrice peut être un solvant ou, d'une manière générale, le liquide dans lequel ces dits composants sont contenus.
FEUILLE DE REMPLACEMENT
Ces systèmes ne sont pas utilisables à 1'heure actuelle pour des analyses quantitatives, notamment, dans le cas où les composants à quantifier et la matrice absorbent les mêmes rayonnements ou des rayonnements très voisins.
L'avantage de ces systèmes est la rapidité, car l'interféro- gramme concernant toute la gamme de fréquences est obtenu en une seule série de mesures.
Cet interférogramme permet, à 1'aide d'un autre interférogramme correspondant à la matrice, de déterminer le spectre d'absorbance pour toutes les longueurs d'ondes de la gamme de fréquences.
L'inconvénient majeur de ces systèmes est que l'analyse quantitative n'est pas possible dans un milieu liquide où la matrice et les composants à détecter absorbent des rayonnements de même fréquence, ceci est le cas type du lait pour le dosage de matière grasse, protéines et lactose.
En effet, l'analyse spectrophotométrique par interferometrie est réputée impossible pour le dosage des composants du lait.
Contrairement à cette idée reçue, nos recherches ont démontré que le dosage des composants du lait, à titre d'exemple, est possible par interferometrie avec une incertitude inférieure à 0,6 g/kg pour chaque composant et avec une répétabilité dont la fluctuation est inférieure à 0,18 g/kg pour chaque composant, ceci à condition de respecter certains paramètres physiques bien déterminés pendant les mesures.
Le but de la présente invention est donc de proposer un procédé et un appareil d'analyses quantitatives par interferometrie dans un milieu aqueux pour un spectre dont la longueur d'ondes va de 2 à 25 micromètres.
Un autre but de 1'invention est de proposer un appareil de dosage dont la cadence peut atteindre 800 échantillons/heure, ceci quelque soit le nombre de composants à doser.
Encore un autre but de la présente invention est de pouvoir obtenir un spectre complet d'absorption pour la totalité des composants, ceci est très intéressant pour plusieurs raisons comme, par exemple :
- pouvoir prendre en considération toutes les bandes du spectre concernant un composant donné, ceci soit pour une même liaison afin de parfaire le résultat à obtenir en introdui- sant le maximum de coefficients de corrélation concernant la liaison concernée soit pour deux liaisons différentes ou plus concernant le même composant,
- pouvoir explorer à volonté le spectre 'absorbance pour le dosage d'autres composants existant dans l'échantillon, ceci peut conduire à des analyses plus complètes.
Les sytèmes d'analyses spectrophotométriques dispersifs, à l'heure actuelle, imposent l'exploration d'un nombre limité de bandes de fréquences prédéterminées, ceci limite forcément d'un côté le nombre de composants à doser et d'un autre côté la
FEUILLE DE REMPLACEMENT
recherche de l'influence de tous les composants sur le comportement d'absorption pour un composant donné dans une bande donnée.
A cet effet, le procédé faisant partie de la présente invention pour le dosage spectrophotometrique des liquides aqueux contenant des composant XI, X2, ... , Xn, ... , afin de déterminer leur concentration Cl, C2, ... , Cn, ... , pour un spectre infrarouge dont la longueur d'ondes est de 2 à 25 micromètres, se caractérise essentiellement en ce qu'il comporte les étapes suivantes :
1/ Prélever, au moins, un interférogramme d'eau pour l'ensemble des longueurs d'ondes prédésignées, ceci à travers une épaisseur d'eau de 10 à 20 micromètres, ce prélèvement étant à effectuer en respectant les conditions suivantes : a- température : 35 à 50°C, b- fluctuation maximale en température : 0,2°C, c- hygrométrie relative maximale : 1%.
/ Calculer, à partir de 1'interférogramme d'eau, le spectre (So(f)) correspondant à l'intensité (lo) traversant la dite épaisseur d'eau en fonction de la fréquence (f), (So) étant les valeurs mesurées.
/ Prélever, au moins, un interférogramme du dit liquide, pour la même épaisseur et dans les mêmes conditions de 1'étape 1.
/ Calculer le spectre (S(f)), correspondant à l'intensité (I)
traversant l'épaisseur du liquide en fonction de la fréquence ( f) .
5/ Déterminer à partir de (So(f)) et (S(f)) 1 'absorbance (A(f)) A(f) = Log (So/S) = Log (Io/I).
6/ Déterminer à partir de 1 'absorbance (A(f)) et à l'aide des analyses de références choisies, la concentration de chacun des composants concernés.
Suivant une autre caractéristique du procédé, la concentration (Cn) de chaque composant (Xn) est déterminée en prenant en considération plusieurs absorbances A(fτ_), A( f _ ) , ... , A(fr) selon une relation d'étalonnage du type :
Cn = anl K( t_ ) + an2 A(f2) + ... ,anrA( fr)+ank où A(fι), A(f2), ..., A(fr) sont des valeurs d'absorbance déterminées pour le dit liquide à des fréquences f_ , £_ , . . . , fr et, anl ' &•-_, • • • , &.χ\τ, anκ sont des coefficients de corrélation déterminés par régression linéaire multiple à partir des échantillons de références à concentrations connues et des mesures interférométriques effectuées sur ces mêmes échantillons et correspondant aux mêmes fréquences f_ , £_ , . . . , fr .
Suivant encore une autre caractéristique du procédé , le prélèvement de chaque interférogramme est effectué à :
FEUILLE DE REMPLACEMENT
- une température de 38 à 42°C et dont la fluctuation maximale est 0,1°C,
- une hygrométrie relative maximale de 0,2%.
Suivant une deuxième disposition, l'appareil de dosage du liquide faisant partie de la présente invention se caractérise essentiellement en ce qu'il comporte :
- un interféromètre produisant un faisceau polychromati¬ que interféré par déphasages successifs réalisés autour
.d'un déphasage nul,
- une enceinte de mesures renfermant :
a - un moyen pour la détection de la température émettant un signal significatif transmis à une unité de calcul et de commande (U.C.C. ),
b- un moyen de chauffe commandé par l'U.C.C. afin de maintenir la température à 1'intérieur de 1'enceinte à une valeur comprise entre 35 et 50CC avec une fluctuation maximale de 0,2°C,
c- un moyen pour limiter l'humidité relative à une valeur maximale de 1%,
d- une cellule d'une forme aplatie d'un espacement interne de 10 à 20 micromètres à remplir par le liquide à doser.
e- un détecteur photosensible recevant le faisceau interféré issu de la cellule après 1 'avoir traversée et émettant des signaux conséquents pour chaque déphasage, - une unité de calcul et de commande recevant, entre autres, les signaux du détecteur photosensible en fonction des déphasages et calculant :
- un spectre (S(f)) correspondant à l'intensité (I) transmise en fonction de la fréquence (f) ,
- l'absorbance A(f) = Log (S°/S) = Log I°/i où S°(f) est un spectre d'eau correspondant à l'intensité transmise (1°) en fonction de la fréquence ( f) ,
- les concentrations C_ , C_ , . .. ,Cn, ... , à partir de 1 'absorbance et à 1 'aide des analyses de références choisies.
Suivant une autre caractéristique, l'appareil se caractérise par trois étapes de régulation de la température :
- une première étape constituée par une première sonde thermique, située à proximité de la pompe, pour détecter la température (T^t ) du liquide à introduire dans l'enceinte de mesures émettant vers 1 'U.C.C. un signal significatif de la dite température et un premier moyen de chauffe commandé par la dite U.C.C. pour maintenir la température du liquide destiné à 1 ' analyse à une température ( T_),
- une deuxième étape constituée par une deuxième sonde thermique, située dans l'enceinte de mesures, pour mesurer sa température ambiante ( 2* ) émettant vers
1'U.C.C. un signal thermique de la dite température et un
deuxième moyen de chauffe commandé par l'U.C.C. pour maintenir la température de la dite ambiance à une température (T2) où 2-Tι = +0,5°C, - une troisième étape constituée par une troisième sonde thermique, solidaire de la cellule, pour mesurer sa température (T31 ) et émettant vers l'U.C.C. un signal significatif de la dite température et un troisième moyen de chauffe commandé par l'U.C.C. pour maintenir la dite température de la cellule à (T3) où 3~ 2 =+0,5°C, Les deux dernières étapes de régulation constituant le moyen de détection thermique et le moyen de chauffe pour réguler la température de 1'enceinte.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée donnée ci-après et accompagnée par des dessins dans lesquels :
- la figure 1 est un schéma décrivant le circuit du liquide dans 1'appareil,
- la figure 2 est une vue schématique en coupe de l'enceinte de mesures posée sur l'interféromètre,
- la figure 3 est une vue schématique de face de 1'appareil pour montrer la séparation mécanique entre ces deux parties,
- la figure 4 est un chronogramme.
Le procédé consiste essentiellement d'abord à prélever des interférogrammes dans des conditions précises de point de vue thermique et hygrométrique afin de minimiser les fluctuations
de mesures dues à ces deux paramètres puis à exploiter le maximum d'informations contenues dans ces mesures pour que les concentrations calculées soient les plus proches possible de la réalité.
Les conditions de mesures sont :
- une température entre 35 et 50°C et, de préférence, entre 37 et 45°C, avec une fluctuation maximale de 0,2°C et de préférence de 0,1°C,
- une humidité relative maximale de 1% et, de préférence, de 0,2%.
Un dosage de routine, a comme but, de déterminer rapidement et avec un degré de précision acceptable des composants identifiés pour une série d'échantillons de liquide.
Ce dosage consiste à prélever un interférogramme pour un liquide comportant des composants X , X2, ... , Xn, ... , puis calculer l'absorbance du liquide par rapport à la matrice constituant le fond du liquide puis se référer à des équations d'étalonnage concernant chaque composant pour prédire les concentrations C r C2, • • • , Cn, ... , .
L'établissement des équations d'étalonnage pour des composants X_ , X2, ... ,Xn, ... , consiste à :
- effectuer des analyses de références sur une série d'échantillons de liquides, comportant les composants Xl, X2,..., Xn, ... , à des concentrations variables.
- établir pour chacun des dits liquides une courbe d'absor¬ bance en fonction de la fréquence A(f),
FEUILLE DE REMPLACEMENT
- considérer la concentration de chaque constituant comme : Cn = anlA(fl)+a 2 A(f2)+...+ anrA(fr)+Ank où A(fi), A(f2), ... , A(fr), sont des absorbances du liquide à des fréquences f _ ,f2, ... , fr,
- calculer par régression linéaire multiple à partir des concentrations trouvées par les analyses de références pour les échantillons de liquides et les absorbances déterminées pour les mêmes liquides les constantes de corrélation anι, an2,..., anr, ank, pour chaque composant.
En ce qui suit, on donne un exemple pour l'établissement des équations d'étalonnage de la matière grasse (M.G. ) de la matière protéîque (M.P. ) dans le lait :
1/ ANALYSE DE REFERENCE :
TABLEAU (1)
3/ EQUATIONS D'ETALONNAGE CALCULEES
C(M.G.) = 74,4900 A(f!)+2,0620 A(f2)+4,3699 A(f3) + 88,3947 A(f ) + (- 4,6602) (D
C(M.P.) = 27,4633 A(fx)+136,1743 A(f _)+13,5142 A(f3)
+ (-24,3837) A(f4) + (- 1,8142) (2)
4/ Comparaison des concentrations de références (C.réf) (tableau 1) avec les concentrations calculées (C.cal) de la
FEUILLE DE REMil^CEMENT
matière grasse (M.G.) et de la matière protéîque (M.P) à partir de 1'absorbance (tableau 2) et de 1'équation d'étalonnage de chaque composant (équations 1 et 2 respectivemen ).
TABLEAU (3)
Cet exemple simplifié est donné à titre indicatif, le dosage peut être effectué pour d'autres liquides contenant plus de composants et la détermination de 1'équation d'étalonnage pour chaque composant peut être basée sur 1'absorbance à un nombre de fréquences plus élevé.
Sur les figures 1 et 2, les organes essentiels de l'appareil sont schématiquement illustrés.
Un passeur 22 comme, par exemple, une bande sans fin porte les échantillons de liquide à doser, chaque liquide 5 est contenu dans un récipient 6, le passeur coopère avec un détecteur de présence non-prêsenté.
Le rôle de ce détecteur est de délivrer un signal indiquant la présence du récipient au regard d'une pipette 2, ce signal est utilisé pour la commande de l'arrêt de la bande. La pipette 2 et un agitateur 21 sont portés par un chariot 4 verticalement mobile à l'aide d'un organe moteur 31 muni de moyens de transmission.
Le chariot est mobile entre deux positions ; une position haute et une position basse.
La présence d'agitateur est nécessaire dans le cas où le liquide à doser comporte des composants ayant tendance à se séparer soit par flottation soit par précipitation du reste du liquide, ceci est le cas de la matière grasse dans le lait, une agitation est donc nécessaire afin que le liquide dosé soit représentatif.
Dans le cas où le chariot porte un agitateur, l'espacement pipette-agitateur sera identique à l'espacement entre deux récipients successifs, ceci permet l'agitation d'un récipient pendant l'aspiration du liquide contenu dans le récipient précédent.
Une pompe 1 aspire le liquide du récipient. Cette pompe est une pompe à membrane dont la partie mécanique est dotée d'un radiateur de refroidissement 33.
La pompe utilisée est une pompe à 4 temps/seconde et produisant au refoulement une pression approximative de 190-200 bars, la partie de la pompe contenant le liquide est équipée d'un moyen de chauffe comme, par exemple, une ceinture chauffante 16 et
d'une sonde thermique 15.
La sortie de la pompe est accordée à un homogénéïseur 32 classique à billes d'une résistance approximative de 180 bars. La pression résiduelle à la sortie de 1 ' homogénéïseur est d'environ 10-15 bars.
L'homogénéïseur a, • comme rôle, de diviser certains composants pour atteindre une taille d'un micromètre environ et d'éviter, par conséquent, le phénomène de diffraction optique du faisceau (longueur d'ondes 2-25 micromètres).
A la sortie de la pompe, le liquide est acheminé dans un filtre 3 ayant une entrée 7 et deux sorties 8 et 9 : la sortie 8 est contrôlée par une vanne 10 normalement ouverte et conduisant vers un récipient de récupération ou vers une canalisation d'évacuation non-présentés, la sortie 9 est contrôlée par une vanne 11 et conduisant vers une cellule 12.
La cellule 12 a une forme aplatie et un espacement interne de 10 à 20 micromètres et, de préférence, de 15 à 18 micromètres, la cellule a une entrée 13 se trouvant à son niveau le plus bas et une sortie 14 se trouvant à son niveau le plus haut, la sortie de la cellule conduit à un récipient de récupération ou à une canalisation d'évacuation non présentés.
Cette cellule se trouve dans une enceinte de mesures 24 associée à un interféromètre 23.
L'interféromètre produit un faisceau polychromatique interféré par déphasages successifs pris autour d'une position de
déphasage nul.
Les composantes monochromatiques du dit faisceau polychroma¬ tique ont des longueurs d'ondes allant de 2 à 25 micromètres, c'est-à-dire, des fréquences de 400 à 5000 cm-*--.
La cellule est équipée d'un moyen de chauffe comme, par exemple, une ceinture chauffante 20 dont la commande est établie à partir d'un signal d'une sonde thermique 19 se trouvant solidaire de la cellule, ceci concerne la régulation de la température du liquide dans la cellule.
L'enceinte est équipée d'une sonde thermique 17 et d'un moyen de chauffe comme, par exemple, un bloc chauffant 18, ceci pour réguler la température ambiante et, par conséquent, du passage du faisceau, la sonde thermique 17 est située en amont de la cellule.
L'enceinte est équipée d'un moyen pour réduire l'humidité relative à une valeur maximale de 1% et de préférence de 0,2%. Ce moyen consiste en un tiroir (35) dans lequel un sac à parois perméables est rempli d'agent de dessication solide (silica-gel ou équivalent) .
La paroi 37 entre le tiroir et l'enceinte est une paroi perméable.
Le faisceau polychromatique interféré traverse la cellule pour être détecté par un détecteur photosensible 25.
Le détecteur 25 émet des signaux (des tensions) correspondant à chaque déphasage.
L'appareil est équipé d'une unité de calcul et de commande 30 (U.C.C.) recevant, entre autres, les signaux émis par le détecteur 25 en fonction de chaque déphasage et calculant :
- par transformé de Fourrier (TF) rapide, un spectre (S(f)) correspondant à 1'intensité (I) de lumière (faisceau poly¬ chromatique infrarouge) reçue, où (f) est la fréquence,
- 1'absorbance A = Log (So/S) = Log (Io/I),
(IQ) est 1'intensité de lumière reçue pour une cellule remplie d'eau.
La régulation thermique de 1'appareil est réalisée par trois étapes :
- une première étape constituée par une première sonde thermique, située à proximité de la pompe, pour détecter la température ( T_t ) du liquide à introduire dans l'enceinte de mesures émettant vers l'U.C.C. un signal significatif de la dite température et un premier moyen de chauffe commandé par la dite U.C.C. pour maintenir la température du liquide destiné à 1'analyse à une température ( _),
- une deuxième étape constituée par une deuxième sonde thermique, située dans l'enceinte de mesures, pour mesurer sa température ambiante (T2• ) émettant vers l'U.C.C. un signal thermique de la dite température et un deuxième moyen de chauffe commandé par l'U.C.C. pour maintenir la température de la dite ambiance à une température (T2) où T2-Tι = +0,5°C,
- une troisième étape constituée par une troisième sonde thermique, solidaire de la cellule, pour mesurer sa
FEUILLE DE REMPLACEMENT
température (T31 ) et émettant vers 1 'U.C.C. un signal significatif de la dite température et un troisième moyen de chauffe commandé par 1 'U.C.C. pour maintenir la dite température de la cellule à (T3) où T3~ 2 =+0,5°C, Les deux dernières étapes de régulation constituant le moyen de détection thermique et le moyen de chauffe pour réguler la température de 1 'enceinte.
Le premier moyen de chauffe peut être constitué par un collier chauffant 16 coopérant via 1 'U.C.C. avec la première sonde thermique 15 située sur la partie de la pompe comportant le liquide à introduire dans l'enceinte de mesures.
Le deuxième moyen de chauffe peut être constitué par un bloc chauffant 18 se trouvant sur le fond de l'enceinte coopérant avec une sonde thermique 17 se trouvant dans l'atmosphère de l'enceinte et, de préférence, en aval de la cellule.
Le troisième moyen de chauffe peut être constitué par une ceinture chauffante 3 entourant le contour de la cellule coopérant avec une sonde thermique 19.
Il est à noter que les sondes thermiques 15, 17 et 19 doivent être capables de mesurer la température avec une incertitude de 0,1 °C.
Des sondes remplissant ces conditions de précision sont disponibles sur le marché.
Il est également à noter que les moyens de chauffe peuvent prendre d'autres formes connues.
T
Il est encore à noter que les étapes de régulation thermique peuvent avoir un nombre supérieur à trois.
La commande pour 1'U.C.C. des mouvements du passeur 22, du chariot 4 de la pompe 1, des vannes 10 et 11 est organisée selon un cycle s'étalant entre un instant ( x) et un instant (tβ), le déroulement du dit cycle étant marqué par des instants ( t_ ) r (t2),..., (tβ), la durée t2-t3 étant une phase de purge pendant laquelle le circuit entre la pipette et la vanne 10 étant nettoyé et la durée 3~t est une phase de remplissage de la cellule :
- à l'instant ( °), le chariot (4) étant en position haute, le passeur avance pour placer un récipient, conte¬ nant un liquide donné (L) faisant partie d'une série de liquide à doser,..., L-l, L, L+l,..., au regard de la dite pipette, il s'arrête à un instant (tx),
- le chariot effectue une descente à 1'instant (tx) pour s'arrêter en position basse à 1'instant (t ) ,
- à l'instant (t2) la pompe 1 se met en marche, la vanne 10 étant ouverte et la vanne 11 étant fermée, pendant la phase de purge t2-t-3, le liquide nettoie le circuit entre la pipette et la vanne 10,
- à l'instant (r.3) la vanne 11 s'ouvre, la vanne 10 étant toujours ouverte, pendant une période t3~t4, le liquide en provenance du récipient traverse les deux vannes 10 et 11,
- à l'instant (t4), la vanne 10 se ferme, la vanne 11 étant toujours ouverte, pendant une période t -t , le
liquide est autorisé à passer uniquement par la vanne
11,
- à l'instant (t5) , la pompe s'arrête,
- à l'instant (t ) la vanne 10 s'ouvre et la vanne 11 se ferme de nouveau,
- à 1 ' instant (ty ) , le chariot monte pour s'arrêter en position haute à un instant (tg) , instant à lequel le passeur commence un nouveau cycle,
- à l'instant (ty) et jusqu'à la fin de la purge du liquide suivant (L+l), les mesures étant effectuées sur le liquide (L), ces mesures sur le liquide (L) étant suivies par les calculs concernant le même liquide à partir de la phase de remplissage concernant le liquide (L+l), ces calculs pouvant s'étaler jusqu'à la fin de la phase de purge concernant le liquide (L+2).
Pour éviter les vibrations mécaniques dans l'enceinte de mesures, l'appareil est réalisé en deux parties mécaniquement séparées :
- une première partie 26 constituée par 1 'interféromètre 23 et l'enceinte de mesures 24, cette première partie étant équipée des pieds 27 amortissant les vibrations, et,
- une deuxième partie 28 enjambant la dite première partie, cette deuxième partie étant également équipée par des pieds 29 amortissant les vibrations, des liaisons hydriques et électriques étant réalisées entre ces deux parties à 1 'aide de liens souples.
FEUILLE DE REMPLACEMENT
La pompe est fixée sur la deuxième partie à 1'aide de moyens absorbant les vibrations.
L'appareil est muni de moyens de ventilation situés au niveau de sa paroi supérieure 38 (non-présentés) .
L'unité de calcul et de commande 30 est contenu dans un compartiment dont la paroi inférieure 37 est perméable, ceci pour permettre la circulation d'air forcé par la ventilation.
Claims
1. Procédé de dosage spectrophotometrique des liquides aqueux contenant des composants Xx, X2, ... , Xn, ... afin de déterminer leur concentration Cx, C2, ... , Cn, ... , pour un spectre infrarouge dont la longueur d'ondes est de 2 à 25 micromètres ( fréquences de 400 à 5000 cm---- ) caractérisé en ce qu' il comporte les étapes suivantes :
1/ prélever, au moins, un interférogramme d'eau pour l'ensemble des longueurs d'ondes prédésignées, ceci à travers une épaisseur d'eau de 10 à 20 micromètres, ce prélèvement étant à effectuer en respectant les conditions suivantes :
a- température : '. 35 à 50°C, b- fluctuation maximale en température : 0,2°C, c- hygrométrie relative maximale : 1%,
2/ calculer, à partir de 1 ' interférogramme d'eau, le spectre (So(f)) correspondant à l'intensité (lo) traversant la dite épaisseur d'eau en fonction de la fréquence (f), (So) étant les valeurs mesurées,
/ prélever, au moins, un interférogramme du dit liquide, pour la même épaisseur et dans les mêmes conditions de l'étape 1,
/ calculer le spectre (S(f)), correspondant à l'intensité (I) traversant l'épaisseur du liquide en fonction de la fréquence (f) ,
5/ déterminer à partir de (So(f)) et (S(f)) 1'absorbance (A(f)) A(f) = Log (So/S) = Log (Io/I).
6/ déterminer à partir de l'absorbance (A(f)) et des résultats des analyses de références choisies, la concentration de chacun des composants concernés.
2. Procédé selon la revendication 1 de dosage d'un liquide aqueux contenant des composants XχA X2, ... , Xn, ... , afin de déterminer leur concentration C_ , C2,..., Cn, ... , caractérisé en ce que la concentration (Cn) de chaque composant (Xn) est déterminée en prenant en considération plusieurs absorbances A(fχ), A(f2),..., A(fr) selon une relation étalon du type : Cn - anl A(fχ) + an2 A(f2) + ... ,anrA(fr)+Ank où A(fχ), A(f2 ), ..., A(fr) sont des valeurs d'absorbance déterminées pour le dit liquide à des fréquences fx, f _, ... , fr et, anl' an2 r - - ' , anr, anK sont des constantes de corrélation déterminées par régression linéaire multiple à partir des échantillons de références à concentrations connues et des mesures interférométriques effectuées sur ces mêmes échantillons et correspondant aux mêmes fréquences f _, f _, ... , fr-
3. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le prélèvement de chaque interférogramme est effectué à : - une température de 38 à 42°C et dont la fluctuation
FEUILLE DE REMPLACEMENT maximale est 0,1°C, - une hygrométrie relative maximale de 0,2%.
4. Appareil de dosage de liquide aqueux contenant des composants XχA X2, ... , Xn, ... afin de déterminer leur concentration C ± , C , ... , Cn, ... , par absorption de rayonnements infrarouges d'une longueur d'ondes allant de 2 à 25 micromètres caractérisé en ce qu'il comporte :
- un interféromètre (23) produisant un faisceau polycrhro- matique interféré par déphasages successifs réalisés autour d'un déphasage nul,
- une enceinte (24) de mesures renfermant : a - un moyen pour la détection de la température émettant un signal significatif transmis à une unité d'acquisi¬ tion, de calcul et de commande (U.C.C),
b- un moyen de chauffe commandé par 1'U.C.C. afin de maintenir la température à 1'intérieur de 1'enceinte à une valeur comprise entre 35 et 50°C avec une fluctuation maximale de 0,2°C,
c- un moyen pour limiter 1'humidité relative à une valeur maximale de 1%,
d- une cellule (12) d'une forme aplatie d'un espacement interne de 10 à 20 micromètres à remplir par le liquide à doser,
e- un détecteur photosensible (25) recevant le faisceau interféré issu de la cellule après 1'avoir traversée et émettant des signaux conséquents pour chaque déphasage, - une unité de calcul et de commande recevant, entre autres, les signaux du détecteur photosensible en fonction des déphasages et calculant :
- un spectre (S(f) ) correspondant à 1'intensité (I) transmise en fonction de la fréquence (f),
- l'absorbance A(f) = Log (S°/S) = Log I°/I où (I° ) en fonction de la fréquence (f),
- les concentrations C_ , C2, • .. ,Cn, .. • , à partir de 1'absorbance et à 1'aide des analyses de références choisies.
5. Appareil selon la revendication 4 caractérisé par :
- une pompe (1) en aval d'une pipette (2) et en amont d'un filtre (3),
- une pipette (2), en amont de la pompe, portée par un chariot verticalement mobile (4) pour aspirer le liquide (5) contenu dans un récipient (6),
- un filtre (3), en aval de la pompe, ayant une entrée (7) et deux sorties (8) et (9 ) , la sortie (8) étant contrôlée par une vanne asservie normalement ouverte (10) et conduisant vers un récipient ou une canalisation d'éva¬ cuation et la sortie (9) étant contrôlée par une vanne asservie (11) normalement fermée et conduisant vers la cellule (12),
- une cellule d'une forme aplatie ayant une entrée (13) se trouvant à son niveau le plus bas et une sortie (14) se trouvant à son niveau le plus haut, la sortie conduisant vers un récipient ou une canalisation d'évacuation.
6. Appareil selon la revendication 4 et la revendication 5 caractérisé par trois étapes de régulation de la température :
- une première étape constituée par une première sonde thermique, située à proximité de la pompe, pour détecter la température ( x ι ) du liquide à introduire dans l'enceinte de mesures émettant vers 1'U.C.C. un signal significatif de la dite température et un premier moyen de chauffe commandé par la dite U.C.C. pour maintenir la température du liquide destiné à 1 'analyse à une température (Tx ) ,
- une deuxième étape constituée par une deuxième sonde thermique, située dans l'enceinte de mesures, pour mesurer sa température ambiante (T2 ι ) émettant vers
1'U.C.C. un signal thermique de la dite température et un deuxième moyen de chauffe commandé par 1 'U.C.C. pour maintenir la température de la dite ambiance à une température (T2) où T2-Tχ =+ 0,5°C,
- une troisième étape constituée par une troisième sonde thermique, solidaire de la cellule, pour mesurer sa température (T31 ) et émettant vers 1 'U.C.C. un signal significatif de la dite température et un troisième moyen de chauffe commandé par 1'U.C.C. pour maintenir la dite température de la cellule à (T3) où 3~ 2
=+0,5°C, Les deux dernières étapes de régulation constituant le moyen de détection thermique et le moyen de chauffe pour réguler la température de 1 'enceinte.
7. Appareil selon la revendication 6 caractérisé en ce
FEUILLE DE REMPLACEMENT que :
- la première sonde thermique (15) est située sur la pompe (1) et le premier moyen de chauffe est constitué par un collier chauffant (16) entourant la dite pompe,
- la deuxième sonde thermique (17) se trouve dans 1'atmos¬ phère de 1'enceinte et le deuxième moyen de chauffe est constitué par un bloc chauffant (18) se trouvant sur le fond de 1'enceinte e ,
- la troisième sonde thermique (19 ) se trouve solidaire de la cellule (12) et le troisième moyen de chauffe est constitué par une ceinture chauffante (20) entourant le contour de la cellule (12) .
8. Appareil selon l'une quelconque des revendications 4-6 caractérisé en ce qu'il comporte :
- un chariot (4) verticalement mobile entre deux positions : une position basse et une position haute, le dit chariot porte une pipette (2) et éventuellement un agitateur (21), le dit agitateur étant à l'arrêt dans la position haute et en fonctionnement dans la position basse,
- un passeur (22), comme par exemple, une bande sans fin pour porter des récipients (6) contenant des échantillons de liquide (5) à analyser, l'espacement entre deux réci¬ pients successifs est, dans le cas où le chariot est équipé d'un agitateur identique à 1'espacement pipette- agitateur, de telle sorte que dans la position basse, la pipette se trouvant dans un récipient et 1'agitateur se trouvant dans le récipient suivant.
9. Appareil selon la revendication 8 caractérisé en ce que la commande par 1'U.C.C. des mouvements du passeur (22), du chariot (4) de la pompe (1), des vannes (10) et (11) est organisée selon un cycle s'étalant entre un instant (tx) et un instant (tg ), le déroulement du dit cycle étant marqué par des instants (tx), (t2),..., (tg), la durée t2-t3 étant une phase de purge pendant laquelle le circuit entre la pipette et la vanne (10) étant nettoyé et la durée t3~ty est une phase de remplissage de la cellule :
- à l'instant (t°), le chariot (4) étant en position haute, le passeur avance pour placer un récipient, conte¬ nant un liquide donné (L) faisant partie d'une série de liquide à doser,..., L-l, L, L+l,..., au regard de la dite pipette, il s'arrête à un instant (tx),
- le chariot effectue une descente à 1 'instant (tx ) pour s'arrêter en position basse à l'instant (t2 ) ,
- à l'instant (t2 ) la pompe (1) se met en marche, la . vanne (10) étant ouverte et la vanne (11) étant fermée, pendant la phase de purge 2- 3, le liquide nettoie le circuit entre la pipette et la vanne ( 10),
- à l'instant ( 3) la vanne (11) s'ouvre, la vanne (10) étant toujours ouverte, pendant une période t3~ 4, le liquide en provenance du récipient traverse les deux vannes (10) et (11),
- à l'instant (t4), la vanne (10) se ferme, la vanne (11) étant toujours ouverte, pendant une période t4-t , le liquide est autorisé à passer uniquement par la vanne (11),
ENT - à l'instant (ts), la pompe s'arrête,
- à l'instant (ts) la vanne (10) s'ouvre et la vanne (11) se ferme de nouveau,
- à 1'instant (t ), le chariot monte pour s'arrêter en position haute à un instant ( g), instant à lequel le passeur commence un nouveau cycle,
- à l'instant (ty) et jusqu'à la fin de la purge du liquide suivant (L+l), les mesures étant effectuées sur le liquide (L), ces mesures sur le liquide (L) étant suivies par les calculs concernant le même liquide à partir de la phase de remplissage concernant le liquide (L+l), ces calculs pouvant s'étaler jusqu'à la fin de la phase de purge concernant le liquide (L+2).
10. Appareil selon l'ensemble des revendications 4-9 caractérisé en ce qu'il est constitué des deux parties mécaniquement séparées :
- une première partie (26) constituée par 1'interféromètre (23) et 1'enceinte de mesures (24), cette première partie étant équipée des pieds amortissant les vibra¬ tions, et,
- une deuxième partie (28) enjambant la dite première partie, cette deuxième partie étant également équipée par des pieds (29) amortissant les vibrations, des liaisons hydriques et électriques étant réalisées entre ces deux parties à l'aide de liens souples.
11. Appareil selon la revendication 10 caractérisé en ce que la pompe (1) est fixée sur la deuxième partie (28) à 1'aide de moyens absorbant les vibrations.
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