Brevet FR2470962A1 — publié le 19810612

L'invention concerne un dispositif de mesure optique dVun paramètre relatif à des échantillons de substance sous forme liquide. Pour la mesure par moyen optique d'un paramètre relatif à des echantillons de substance sous forme liquide, tels que des liquides biologiques, le paramètre pouvant entre, par exemple, la concentration d'un élément contenu dans la substance liquide, on utilise très souvent lorsqu'on effectue cette mesure sur un grand nombre d'échantillons différents, un dispositif d'analyse automatique. Un tel dispositif d'analyse automatique comporte le plus souvent un support mobile tel qu'un plateau horizontal rotatif, portant un ensemble de cellules de mesure transparentes à l'intérieur desquelles sont introduits les échantillons de substances liquides, dans la partie inférieure de la cellule. Cette partie inférieure de la cellule constituant le réceptacle des échantillons de substances, dans laquelle on effectue la mesure du paramètre considéré est disposée par rapport au support mobile de fanon que lors du deplacement de ce support, les réceptacles des différentes cellules soient amenés successivement sur le trajet d'un faisceau lumineux issu d'une source fixe. Un moyen de mesure de l'intensité du rayonnement lumineux transmis ou semis par la substance sous l'effet de la lumière incidente du faisceau lumineux permet de de terminer le paramètre, pour chacun des échantillons, généralement par mesure comparative dtintensité lumineuse, en utilisant des échantillons étalons. Dans le cas des mesures par colorimetrie, appartenant au type de mesure envisagée ci-dessus, une solution coloree renfermant un composé coloré avec une certaine concentration est traversée par le faisceau lumineux et cette solution ne laisse passer qu'une fraction du faisceau incident, l'amplitude de l'absorption optique dans la traversée de la solution colorée étant liée à la concentration du composé dans la solution. Des solutions étalons permettent d'établir alae relation entre l'absorption et la concentration du composé, pour déterminer la concentration dans les divers echantillons de substance à analyser, en fonction des absorptions mesurées. En réalité, pour que la mesure soit indépendante de l'intensité de la source lumineuse choisie pour l'envoi du faisceau lumineux sur I'échantillon de substance à doser, on mesure successivement l'intensité lumineuse IO du rayonnement transmis à la cellule de mesure à travers ltéchantillon de substance à doser et l'intensité I I du rayonnement de la source lumineuse. Le rapport de ces deux intensités ne dépend en principe que de la transmission optique à travers la substance à doser. 0 On utilise en réalité le logarithme de ce rapport IO qu'on appelle " densité optique" et qui est proportionnel à la concentration de la substance à doser. En fait, la source lumineuse étant jamais parfaitement stable dans le temps, si l'on effectue les mesures de 10 et I successivement, la mesure risque d'être entachée d'erreurs. On effectue donc généralement 0 plusieurs mesures de I et plusieurs mesures de I pour utiliser comme valeur de mesure la moyenne de ces différentes mesures. Cette méthode est donc relativement longue et, malgré tout, les résultats de la mesure demeurent incertains. Pour éviter des mesures successives de 10 et I, on a pensé à utiliser un montage différentiel à deux cellules où le faisceau issu de la source lumineuse est divisé en deux demi-faisceaux dont l'un est envoyé directement sur l'une des deux cellules et dont l'autre est envoyé sur ltéchantillon de substance à doser, le faisceau transmis par la substance recevant le faisceau incident étant à son tour envoyé sur la seconde cellule après passage au travers un filtre. On utilise les signaux fournis par les deux cellules de mesure dans un dispositif électronique permettant d'obtenir directement la valeur de la densité optique correspondant à la substance. Un tel montage ne permet pas cependant de s'affranchir des erreurs pouvant provenir d'une instabilite des cellules de mesure qui sont la plupart du temps des photodétecteurs. On a donc pensé à utiliser des dispositifs, tels que des dispositifs à miroirs oscillants, permettant d'envoyer successivement et très rapidement le faisceau lumineux issu de la source, directement sur un photodétecteur de mesure de l'intensité lumineuse et sur la cellule de mesure renfermant la substance à analyser, le rayonnement transmis par cette substance parvenant pour la mesure de son intensite sur le photodédecteur ayant servi à la mesure de l'intensité de référence de la source lumineuse. La succession rapide des mesures permet de s'affranchir des variations dtintensité de de la source lumineuse et l'utilisation d'un seul photodétecteur permet de s'affranchir des écarts dans les caracteristi- ques de photodetecteurs differents ou dans ltévolution dans le temps de ces caractéristiques. Cependant, un tel dispositif est complexe et d'une mise au point difficile. Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif de mesure optique d'un paramètre relatif à des échantillons de substances sous forme liquide comportant un support mobile sur lequel sont disposées des cellules de mesure renfermant les échantillons, des moyens de déplacement du support permettant d'amener successivement les parties des cellules renfermant les échantillons, constituant des réceptacles en matière transparente sur le trajet d'un faisceau lumineux issu d'une source fixe et un moyen de mesure de l'intensité du rayonnement lumineux transmis ou émis par la substance sous l'effet de la lumière incidente du faisceau, ce dispositif de mesure devant permettre de s'affranchir des instabilités possibles de la source lumineuse et du moyen de mesure de l'intensité du rayonnement lumineux, tout en étant d'une construction simple et d'une utilisation facile. Dans ce but, un écran opaque fixé au support est intercalé entre les réceptacles des cellules de mesure et le moyen de mesure de l'intensité lumineuse, si l'on considère le trajet du faisceau incident et comporte des ouvertures d'une part en face des réceptacles renfermant les échantillons et d'autre part en position intermédiaire entre les ouvertures correspondant aux réceptacles successifs, le faisceau lumineux incident étant transmis lors des déplacements du support directement au moyen de mesure de l'intensité lors du passage sur le trajet du faisceau d'une ouverture située en position intermédiaire, pour la mesure d'une intensité de référence de la source entre deux mesures de l'intensité de la lumière transmise ou émise par la substance constituant les échantillons Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation du dispositif suivant l'invention, dans le cas où le support mobile est un plateau horizontal rotatif autour d'un axe vertical passant par son centre. La figure 1 est une vue en coupe par un plan horizontal passant par la source lumineuse du dispositif de mesure. La figure 2 représente les variations de l'intensité lumineuse mesurée en fonction de l'angle de rotation du plateau. Sur la figure 1, on a représenté une partie du plateau circulaire 1 supposé transparent bien que le plan de coupe de la figure 1, parallèle au plateau, soit à un niveau inférieur à ce plateau. Le plateau i est entraîné en rotation par l'intermédiaire d'engrenages 4 et 5, l'engrenage 4 étant lui-même entrainé en rotation par l'axe 6 d'un moteur pas à pas disposé sous le plateau. Le plateau porte un ensemble de 32 cellules de mesure 2 dOnt la partie supérieure à section circulaire repose dans une ouverture prévue sur le plateau 1 et dont la partie inférieure constituant le réceptacle pour leséchantillons de substance liquide à section rectangulaire est en saillie sous le plateau sur une certaine longueur. Les cellules 2 sont également réparties sur la périphérie du plateau. Les réceptacles à section rectangulaire de ces cellules sont disposés par rapport au plateau de fanon que leurs grands axes soient de direction radiale. La source lumineuse 3 est disposée à un niveau inférieur à la surface du plateau de façon que le faisceau lumineux 7 soit dirigé vers le photodétecteur 8 constituant le moyen de mesure de l'intensité lumineuse, suivant une direction radiale du plateau. De plus la source lumineuse 3 est à une hauteur telle que le faisceau 7 intercepte les réceptacles à section rectangulaire des cellules de mesure 2 lors de la rotation du plateau suivant leur plus grande longueur. D'autre part, un écran opaque annulaire 10 est fixé sous la surface du plateau de fanon à s'étendre verticalement et vers le vas, au moins jusqu'au niveau du faisceau lumineux 7 à parcours horizontal et radial. Au niveau de ce faisceau 7, l'écran 10 comporte des ouvertures 11 et 12 le traversant sur toute son épaisseur. Les ouvertures 12 de l'écran 10 sont disposées en face des réceptacles des cellules de mesure 2, si lton considère la direction de déplacement du faisceau lumineux cVest-à-dire Icr direction radiale. Les axes des sections des réceptacles des cellules de mesure et des ouvertures 12 de l'écran 10 sont donc confondus et de direction radiale. Les ouvertures dl sont disposées à égale distance entre deux ouvertures 12 successives sur l'écran 10. Ces ouvertures 11 sont également de direction radiale. Les logements des 32 cellules de mesure 2 sont prévus sur la périphérie du plateau 1 avec un décalage angulaire entre deux logements successifs égal à 110 15', les ouvertures il et les ouvertures 12 dans l'écran étant également décalées angulairement d'un angle Q égal 110 15'. Les ouvertures 11 intercalées à égale distance entre deux ouvertures 12 sont donc décalées de A par rapport à ces ouvertures 12 et par 2 rapport aux réceptacles des 2 cellules de mesure 2 qui se trouvent dans l'alignement des ouvertures 12. Lors de la rotation du plateau, le faisceau lumineux 7 de direction constante est donc intercepté à intervalles réguliers par les réceptacles des cellules de mesure renfermant la substance à analyser que ce faisceau traverse dans leur plus grande longueur. Les ouvertures 12 de l'écran 10 se trouvant dans l'alignement des réceptacles des cellules 2, le faisceau 7, après passage au travers de la cellule de mesure, parvient au photodétecteur 8 qui mesure de l'intensité du rayonnement lumineux transmis par la substance recevant le rayonnement de la source 3. Lorsque le plateau a tourné de Ot , le faisceau 7 un moment occulté par l'écran 10, peut de nouveau2 parvenir au photodétecteur 8 grâce à l'ouverture 11 se présentant sur le trajet du faisceau 7. Le photodétecteur 8 peut alors mesurer l'intensité de la source lumineuse 3 qui constitue l'intensite de référence, En fonction de la rotation du plateau, ainsi qu'il est visible à la figure 2, on peut mesurer successivement l'intensité de référence de la source et l'intensité du rayonnement transmis à travers la cellule de mesure, appelée "intensité de mesure"O Les différentes valeurs de I référence et I mesure sont mises en mémoire pour leur traitement ultérieur pour l'obtention de la valeur du paramètre relatif à chacun des échantillons disposés dans les cellules de mesure 2. Le plateau 1 et l'écran 10 étant usinés de façon extrêmement précise, la position des cellules de mesure par rapport à la position des ouvertures 11 permettant la mesure de l'intensité de référence est connue de fanon très exacte, en ce qui concerne le décalage angulaire entre les réceptacles et les ouvertures de mesure de l'intensité référence, ce décalage angulaire étant égal à 2 Ceci permet un repèrage très précis de la position angulaire de la mesure concernant chacune des substances, en fonction de la position angulaire de la mesure de l'intensité de référence immédiatement avant ou immédiatement après, si l'on considère le sens de rotation du plateau. Les positions des maxima correspondants aux intensités de référence étant faciles à repercer car d'une amplitude sensiblement constante, on peut repérer avec une grande précision la position angulaire de la mesure d'intensité lumineuse correspondant à un échantillon quelconque. I1 suffit d'effectuer un décalage de & sur l'échelle des angles de rotation du plateau pour passer de la2position angulaire de la mesure de I référence à la position angulaire de la valeur de I mesure correspondant à un échantillon. Ceci est visible sur la figure 2 où une représentation graphique de deux mesures de I référence encadrant une représentation de I mesure correspondant à un échantillon a été représentée. On évite ainsi de recourir à un repérage des positions angulaires des différents échantillons par comptage du nombre de pas effectués par le moteur, ce qui est une source d'erreur possible. On peut par exemple effectuer un enregistrement en continu des valeurs de l'intensité lors de 1n rotation cnmnlète du plateau. puis rentrer la position des mesures de I référence et en déduire la position angulaire des mesures d'intensité relativesà chacun des échantillons. Les mesures de I référence étant faites avec un décalage dans le temps très faible par rapport aux mesures des intensités relatives aux échantillons, ce décalage dans le temps correspondant au temps mis par le plateau pour tourner du petit angle 9 , la source lumineuse évolue très peu entre la mesure de référence 2 et la mesure sur l'échantillon. On s'affranchit ainsi à la fois des dérives de mesure dues aux variations de la source et aux variations du photodétecteur. On voit que les avantages principaux du dispositif suivant l'invention sont de permettre des mesures précises et reproductibles avec un appareil extrêmement simple et d'une grande facilité d'emploi. I1 est bien évident que l'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui vient d'être décrit mais qu'elle en comporte au contraire toutes les variantes. C'est ainsi que le moyen d'entrainement du plateau en rotation peut être différent d'un moteur pas à pas comme dans l'exemple de réalisation, que la disposition de la source du photodétecteur des cellules et de ltécran par rapport au plateau peut être différentes de ce qui a été décrit et qu'on peut faire varier le nombre de cellules de mesure sans pour autant sortir du cadre de l'invention. Le support mobile peut être différent d'un plateau rotatif et peut être par exemple constitué par un support se déplacent dans un mouvement de translation suivant une direction horizontale, 1écran étant alors rectiligne et disposé dans une direction parallèle à la direction de déplacement du support mobile. Dans ce cas, on ne considèrera plus des distances angulaires entre les différentes positions des cellules et des ouvertures mais des distances linéaires. Enfin, le dispositif de mesure optique suivant l'invention peut servir non seulement à des dosages par méthode photométrique tels que des dosages par colorimétrie mais encore à dtautres types de mesures optiques d'un paramètre relatif à des échantillons de substance liquide. On peut par exemple utiliser un effet de fluorescence provoqué par l'excitation de la substance sur laquelle on mesure le paramètre, le moyen de mesure d'intensité lumineuse tel qu'uT1 photodétecteur mesurant alors l'intensité du faisceau émis par la substance sous l'effet du faisceau incident. Le dispositif de mesure peut également être utilisé pour La mesure d'un paramètre différent de la concentration d'un élément présent dans ltéchantillon de la substance sur laquelle on effectue la mesure. REVENDICIONS 1.- Dispositif de mesure optique d'un paramètre relatif à des échantillons de substances sous forme liquide comportant un support mobile sur lequel sont disposées des cellules de mesure renfermant les échantillons, des moyens de déplacement du support permettant d'amener successivement les parties des cellules renfermant les échantillons, constituant des réceptacles en matière transparente, sur le trajet d'un faisceau lumineux issu d'une source fixe et un moyen de mesure de l'intensité du rayonnement lumineux transmis ou émis par la substance, sous l'effet de la lumière incidente du faisceau, caractérisé par le fait qu'un écran opaque fixé au support est intercalé entre les réceptacles des cellules de mesure et le moyen de mesure de l'intensité lumineuse, si l'on considère le trajet du faisceau incident et comporte des ouvertures d'une part en face des réceptacles renfermant les échantillons et d'autre part en position intermédiaire entre les ouvertures correspondant aux réceptacles successifs, le faisceau lumineux incident étant transmis lors des déplacements du support directement au moyen de mesure de l'intensité lors du passage sur le trajet du faisceau d'une ouverture située en position intermédiaire pour la mesure d'une intensité de référence de la source entre deux mesures de l'intensité de la lumière transmise ou émise par la substance constituant les échantillons. 2.- Dispositif de mesure suivant la revendication 1. caractérisé par le fait que le support mobile est un plateau horizontal rotatif autour d'un axe vertical passant par son centre portant un ensemble de cellules de mesure également espacées sur sa périphérie, les réceptacles contenant les échantillons de ces cellules de mesure faisant saillie dans la direction verticale par rapport au plateau, l'écran étant constitué par une pièce annulaire percée d'ouvertures de direction radiale disposées en face des réceptacles des cellules et ayant pour axe l'axe de rotation du plateau, la source lumineuse et le moyen de mesure de l'intensité du faisceau étant disposés de part et d'autre de l'ensemble constitué par les cellules et l'écran, si lton considère la direction de déplacement du faisceau lumineux. 3.- Procédé de mesure optique d'un paramètre relatif à des échantillons de substances sous forme liquide utilisant un dispositif de mesure suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'on enregistre les intensités lumineuses mesurées par le dispositif en fonction de la position du support mobile et en continu et quion repère les intensités lumineuses correspondant au rayonnement transmis ou émis par un échantillon donne par son décalage en ce qui concerne le déplacement du support mobile par rapport à la position de ce support mobile lors de la mesure de lWintensité de référence effectuée immédiatement avant ou immédiatement après la mesure dtinten- sité du rayonnement transmis ou émis par l'échantillon considérés