Brevet FR2674959A1 — publié le 19921009

SYSTèME DE DOSAGE POUR LA MESURE SPECTROSCOPIOUE DUN ECHANTILLON LIQUIDE L'invention concerne un nouveau système de dosage pour la mesure spectroscopique d'un échantillon liquide. Les mesures spectroscopiques sont aujourd'hui largement répandues, et ce dans différents domaines, tant de détection que de mise en évidence de produits ou molécules particulières, et ce sur une large gamme de fréquences. De manière traditionnelle, les spectroscopes comportent une source de rayonnement émettant un faisceau focalisé d'ondes électro-magnétiques de longueur d'onde déterminée.Ce faisceau est divisé en deux composantes d'égale intensité, typiquement au moyen d'une lame semi-transparente, ou d'un miroir rotatif, l'une des composantes étant dirigée sur une cuve contenant le solvant, et propre à restituer une information 10 dite de référence, la seconde composante étant dirigée sur une autre cuve de même caractéristique géométrique que la première, et contenant le solvant plus le soluté à analyser, restituant une information I. Typiquement, la valeur restituée par le spectroscope correspond au rapport Io/I, cette valeur variant de manière continue en fonction de la fréquence de la source lumineuse utilisée. Si certes ce type d'appareillage a permis d'apporter de notables progrès, notamment au niveau de la précision des analyses obtenue et de la détection, même en traces infinitésimales de produits ou molécules particuliers, en revanche, des difficultés sont courament rencontrées au niveau de la bi-partition du faisceau initial en deux composantes de même intensité. En effet, outre la difficulté du positionnement de la lame semi transparente ou du miroir tournant afin d'obtenir effectivement cette bi-partition, des phénomènes d'absorption sont généralement rencontrés du fait même de l'emploi de tels organes en vue d'assurer cette bi-partition. De la sorte, on doit tenir compte de ces phénomènes d'absorption lors de l'étalonnage de l'appareil lui-même. En outre, les cuves d'analyse utilisées, transparentes aux ondes de longueurs d'ondes utilisées, présentent l'inconvénient d'être généralement de petites tailles et donc difficilement nettoyables et récurables. Cet inconvénient s'avère rédhibitoire dans le cadre d'analyses de milieux bactériens, pour lesquels il est souvent difficile de se débarrasser des bactéries qui se fixent sur les parois desdites cuves. L'invention vise à pallier ces différents inconvénients. Elle a pour objet de proposer un système de dosage pour mesures spectroscopiques dans lequel il n'y a plus lieu de séparer le faisceau incident en deux composantes, afin de s'affranchir des difficultés et imprécisions inhérentes à la bi-partition de ce faisceau incident. Simultanément, elle propose un système de dosage dans lequel la cuve destinée à recevoir l'échantillon à analyser est vidée de son contenu après chaque analyse. Ce système de dosage pour la mesure spectroscopique d'un échantillon liquide constitué d'un soluté dissout dans un solvant comprend une première cuve renfermant le solvant et une seconde cuve renfermant l'échantillon à analyser, ladite seconde cuve étant constituée d'un tube de quartz et disposé en permanence sur le trajet optique du faisceau spectroscopique. Ce système se caractérise en ce qu'il comprend - un piston mobile en translation de manière étanche dans le tube de quartz, une extrémité dudit piston présentant un réceptacle constituant la première cuve ou cuve du solvant - un moyen, apte à translater ledit piston selon un mouvement alternatif d'une première position dans laquelle la première cuve du solvant est disposée sur le trajet optique du spectroscope à une seconde position dans laquelle le piston escamote par rapport au trajet optique ladite première cuve, le tube de quartz étant ainsi partiellement libéré, définissant ainsi la seconde cuve ; - un moyen d'amenée de la solution à analyser dans ladite seconde cuve - un moyen pour évacuer ladite solution analysée hors de ladite seconde cuve, par actionnement du piston; l'actionnement du piston selon un mouvement alternatif induisant le remplissage puis la vidange de cette seconde cuve. En outre, l'amenée de la solution à analyser peut s'effectuer par circulation de celle-ci au niveau de l'extrémité inférieure du tube de quartz de façon permanente ou séquentielle. En d'autres termes, l'invention consiste comme déjà dit non plus à scinder le faisceau initial en deux composantes mais à présenter de manière alternative respectivement la cuve de référence contenant le solvant et la cuve échantillon contenant le solvant plus le soluté, cette dernière n'étant pas à proprement parlé une cuve fermée, mais étant défini par le tube de quartz dans laquelle coulisse alternativement ladite première cuve définie par le piston. Cet agencement particulier permet ainsi de s'affranchir de tous les inconvénients inhérents aux systèmes antérieurs connus et développés précédemment. Avantageusement en pratique - l'extrémité interne du piston comporte une lèvre s'étendant perpendiculairement à la direction de translation du piston, et prenant appui sur les parois du tube de quartz pour en assurer le râclage et le nettoyage lors de la phase d'évacuation de ladite seconde cuve ;; - le piston présente deux joints d'étanchéité annulaires disposés de part et d'autre de la première cuve-solvant au niveau de sa surface périphérique, et destinés à coopérer avec la paroi interne du tube de quartz - la première cuve-solvant est reliée au moyen d'un canal ménagé dans le piston à l'extérieur du piston - le mouvement de translation alternatif de va-etvient du piston est assuré au moyen d'une crémaillière ou d'une came actionnée par un motoréducteur et reliée par une potence à l'extrémité supérieure du piston - le circuit d'amenée et de vidange de la seconde cuve est située au niveau de l'extrémité inférieure du tube de quartz - le circuit d'amenée comprend un clapet antiretour afin d'éviter le refoulement de la solution à analyser au niveau de sa source de prélèvement, lors de l'évacuation de ladite seconde cuve. L'invention concerne également un spectroscope incluant un tel système de dosage. La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent ressortiront mieux de l'exemple de réalisation qui suit, donné à titre indicatif et non limitatif à l'appui des figures annexées dans lesquelles - la figure 1 est une vue schématique en coupe du système de dosage conforme à l'invention selon l'une des positions du mouvement alternatif du piston - la figure 2 est une vue similaire à la figure 1 représentée selon l'autre position du mouvement alternatif du piston. Il va être décrit un système de dosage, destiné à être utilisé en liaison avec un spectroscope. Selon l'invention et comme on peut le voir sur la figure 1, le système de dosage comprend fondamentalement un tube en quartz (1) vertical cylindrique, maintenu de manière traditionnelle au moyen d'un bati (10). Ce tube (1) est destiné à recevoir un piston (2), susceptible de se mouvoir dans le tube de quartz selon une direction verticale. Le piston (2) comporte deux parties principales, respectivement une partie inférieure définissant une cuve (3), et dont les parois externes sont en contact avec les parois du tube de quartz (1), et une partie supérieure, de section transversale légèrement plus faible. La partie inférieure comporte deux joints annulaires (4) et (5) reçus et maintenus dans des gorges de forme et de dimensions appropriées (14) et (15). Ces joints sont typiquement réalisés en élastomère et sont destinés à assurer l'étanchéité du tube de quartz (1) par rapport au piston (2), notamment lorsque le piston est en position haute, tel qu'il sera décrit ultérieurement. La cuve (3) est constituée par l'évidement réalisé dans le corps du piston, ses faces transparentes à la gamme de longueurs d'onde utilisée, étant constituées par la paroi du tube en quartz dans laquelle se déplace le piston. Elle est reliée à l'extérieur par l'intermédiaire de deux canalisations (16) situées dans la tige du piston (2), lesquelles permettent le remplissage ou la vidange de la cuve, par exemple au moyen d'une seringue, voire d'une pipette. Ces canalisations peuvent être obstruées après remplissage, permettant ainsi l'utilisation du système dans n'importe quelle position. Le faisceau optique du spectroscope, dans lequel est intégré le système de dosage décrit, traverse le tube de quartz (1) au voisinage du centre de sa partie inférieure. On a de fait matérialisé, pa le symbole traditionnel d'un cercle comportant un point central, la direction et le sens du faisceau optique. Tel que matérialisé, le faisceau optique est perpendiculaire au plan du schéma et son sens est dirigé vers l'observateur du schéma. Selon une caractéristique fondamentale de l'invention, le piston (2) est susceptible d'être animé d'un mouvement alternatif de va-et-vient entre une position haute et une position basse. Ce mouvement alternatif est assuré par l'intermédiaire d'une crémaillère (17) ou d'une came couplée à un motoréducteur (9) par le biais d'un système d'engrenages symbolisés par un cadre (8), et réliée par une potence (7) perpendiculaire à ladite crémaillière, à l'extrémité supérieure du piston (2), et ce par tout moyen approprié. Ainsi, en fonction de la vitesse de rotation imprimée au moteur (9), on obtient un déplacement alternatif plus ou moins rapide du piston (2) et donc de la cuve (3). Comme on peut mieux le voir sur la figure 2, lorsque le piston est en position haute, il libère au niveau de l'extrémité inférieure du tube de quartz (1) un espace (13) faisant office de cuve destinée à recevoir l'échantillon à analyser. Le tube (1) est donc également transparent à la gamme de longueur d'ondes utilisée. De fait, compte tenu de l'étanchéité réalisée par les joints annulaires (4) et (5), la montée du piston (2) dans le tube (1) provoque un phénomène de succion ou d'aspiration de l'échantillon liquide à analyser, provenant d'un canal d'amenée (11), dans la cuve (13) ainsi définie. Le canal (11) est en liaison avec la source de l'échantillon à analyser, et débouche dans une chambre (18) sous-jacente par rapport à la cuve (13). Cette chambre (18) est également connectée à une cuve d'évacuation ou un système équivalent par le biais d'un canal d'évacuation (12).Cette chambre est réalisée de façon telle, que dans le cas de mesure en ligne, une vitesse suffisante de la solution à analyser assure le nettoyage de la lèvre du piston et la purge totale du volume du pied de cuve, quelque soit la position du piston, avec un minimum de quantité de solution à analyser. Selon une autre caractéristique de l'invention, le canal d'amenée (11) de l'échantillon à analyser est muni d'un clapet anti-retour non représenté afin que lors de la phase descendante du piston (2), l'échantillon analysé dans la cuve (13) soit refoulé par le canal de sortie (12). De fait, ce dernier comporte également un dispositif d'obturation étanche (non représenté) afin que lors de la phase ascendante du piston, le phénomène d'aspiration engendré puisse n'aspirer que le liquide à analyser, et ne provoque le retour du liquide déjà analysé dans la cuve (13). Selon une autre caractéristique de l'invention, l'extrémité inférieure du piston (2) présente une plaque circulaire, dont les dimensions correspondent à la dimension du diamètre interne du tube de quartz (2). Cette plaque s'étend perpendiculairement à la direction de translation du piston (2). Elle comporte une lèvre périphérique destinée à coopérer avec la paroi interne du tube (1), afin d'assurer le raclage de celle-ci pendant la phase descendante du piston (2). On s'affranchit ainsi de tout risque de dépôt de bactéries et autres impuretés sur ladite paroi, et l'on assure un nettoyage permanent de la partie inférieure du tube de quartz (1), et donc de la cuve (13), lors de chaque vidange de ladite cuve (13). Il va être décrit de manière plus détaillée le fonctionnement du système de dosage conforme à l'invention. Préalablement à la mise en route du piston (2), on introduit dans la cuve de dosage (3) par l'intermédiaire de l'une des canalisations (16) le solvant du soluté que l'on désire analyser. Typiquement, ce solvant est de l'eau, de l'alcool tel que du méthanol, ou tout type de solvant classiquement utilisé en spectroscopie. On relie alors le canal d'amenée (11) à la source solvant + soluté à analyser et corrélativement, on relie le canal d'évacuation (12) à tout système d'évacuation. Une fois la source émettrice du spectroscope mise sous tension et stabilisée, et la longueur d'onde ou la gamme de longueur d'ondes des ondes électro-magnétiques générées sélectionnée, on provoque l'actionnement du moteur (9) induisant ainsi un mouvement alternatif de va-etvient du piston (2) dans le tube (1), selon la direction schématisée par la flèche A. De la sorte, la première cuve (3) contenant le solvant se positionne de manière alternative dans le faisceau optique du spectroscope, et lorsqu'elle est en position escamotée, la translation ascendante du piston (2) provoque l'aspiration du liquide solvant + soluté de l'échantillon à analyser par l'intermédiaire du canal d'amenée (11) et de la chambre (18), et donc selon sa traversée par le faisceau du spectroscope.La translation descendante du piston (2) chasse le contenu de la cuve (13) par le biais du canal (12) et de la chambre (18) et repositionne ainsi la cuve solvant (3) dans le faisceau optique. Simultanément, cette translation descendante provoque le nettoyage des parois du tube de quartz (1). Ainsi, ce mouvement répétitif permet-il outre une mesure permanente de référence en l'occurence du solvant, une mesure de l'échantillon à analyser On constate ainsi, qu'avec un tel système de dosage, il devient possible d'effectuer des mesures directes sur site, notamment dans le cadre d'analyses de l'eau, tant industrielle, résiduelle, que naturelle, mais également d'autres éléments liquides, ce que l'on ne savait faire jusqu'alors. De la sorte, ce système de dosage s'avère-t-il tout à fait adapté au dosage automatique en milieu aqueux, y compris bactérien. En outre, de par sa structure, ce système de dosage peut être utilisé dans n'importe quelle position. REVENDICATIONS 1/ Système de dosage pour la mesure spectroscopique d'un échantillon liquide constitué d'un soluté et d'un solvant, comprenant une cuve (3) renfermant le solvant et une cuve (13) renfermant l'échantillon à analyser, dissout dans le solvant, disposée dans un tube de quartz (1) sur le trajet optique du faisceau spectroscopique, comprenant:: - un piston (2), mobile en translation de manière étanche dans les tubes de quartz (1) et dont une extrémité définit un réceptacle formant ladite première cuve (3) de solvant; - un moyen (7, 8, 9, 17) apte à translater ledit piston (2) d'une première position dans laquelle la cuve solvant (3) est disposée sur le trajet optique du spectroscope à une seconde position dans laquelle le piston (2) escamote ladite cuve (3) par rapport au trajet optique du faisceau spectroscopique, et ce selon un mouvement alternatif, définissant ainsi ladite seconde cuve (13); - un moyen d'amenée (11) de la solution à analyser dans ladite seconde cuve (13); - un moyen (12) pour évacuer ladite solution analysée par actionnement du piston (2) ; l'actionnement du piston (2) selon un mouvement alternatif induisant le remplissage et l'évacuation successifs de ladite seconde cuve (13). caractérisé en ce que l'extrémité interne du piston (2) comporte une lèvre circulaire (6), s'étendant perpendiculairement à la direction de translation du piston (2), et prenant appui sur la paroi interne du tube (1) pour en assurer le râclage et le nettoyage lors de la phase d'évacuation de ladite seconde cuve (13). 2/ Système de dosage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston (2) présente deux joints d'étanchéité annulaires (4) et (5) disposés de part et d'autre de la cuve solvant (3) au niveau de sa surface latérale périphérique, et destinés à coopérer avec la paroi interne du tube (1). 3/ Système de dosage selon l'une des revendications I et 2, caractérisé en ce que ladite cuve solvant (3) est reliée au moyen d'un canal (16) ménagé à l'intérieur dudit piston (2). 4/ Système de dosage selon l'une des revendications I à 3, caractérisé en ce que le mouvement de translation alternatif de va-et-vient du piston (2) est assuré par une crémaillère (17) ou une came actionnée par un moto-réducteur (8, 9) et reliée par une potence (7) à l'extrémité supérieure du piston (2). 5/ Système de dosage selon l'une des revendications I à 4, caractérisé en ce que le circuit d'amenée et de vidange de ladite seconde cuve (13) est située au niveau de l'extrémité inférieure du tube (1). 6/ Système de dosage selon l'une des revendications I à 5, caractérisé en ce que le circuit d'amenée (11) de l'échantillon à analyser est muni d'un clapet anti-retour. 7/ Spectroscope pour I'analyse en densité optique en trasmission ou en réflection d'un échantillon liquide caractérisé en ce qu'il comprend un système de dosage décrit dans les revendications 1 à 7.