Brevet FR2001967A1 — publié le 19691003

L'invention est relative à un assemblage de tubes pour appareils analytiques, en ;_■ m.ticulier d'appareils chro...atogra-phiouc-s. Da:iii de tels as ;e. .bls^cs de tubes, le proolè..„e pose ect i]ue dan*; ..ilieux qui les tr:. ver cent, les _.:rtios de ec pc-sitic n d_::_'érente qui se suc cèdent ne doivent se .mélanger eue le. moins possible, c ' cst-c-.-dire eu".' h. la fin de la canalisation, la cc-i csi~icn ..cë,urée durant le c' at-a-dire lurent l'iccu- le.;ent de la quantité int^res^ée est la .t^.e eu'au début. Dans le cas contraire, de courtes modifications de la composition sci*. lent efi&cees sans pouvoir être décelies. Dans beaucoup de cas, en particulier lorsque les modifications de la composition à mesurer ne se produisent que lentement, par exemple durant plusieurs minutes, ce problème peut être résolu en donnant au diamètre intérieur du tube et à la vitesse d'écoulement des valeurs appropriées. Ces moyens sont cependant souvent insuffisants, par exemple également lorsque, pour éviter des ret:.rds, de grandes vitesses d'écouleraent sont nécessaires. Le problème posé présente une importance particulière dans le cas de la clironiatographie de liquides et de ras avec une colonne séparatrice qui est traversée par un milieu porteur auquel on injecte un étroit bouchon du Lié lange à séparer en ses parties constitutives. La cloison intérieure du tube ouvert est revêtue d'une couche d'une phase stationnaire qui réagit par échanges avec les molécules du mélange à examiner, par exemple par absorption. Les composants du mélange ont ainsi à 11 intérieur de la colonne séparatrice des temps de parcours différents et sortent à des moments différents de la colonne séparatrice. À cause de la séparation dans le temps des parties constitutives, leur détermination peut être entreprise par des détecteurs, par exemple mettant en oeuvre la conductioilité calorifique ou utilisant un réfractomètre différentiel. Une importante condition préalable pour la mesure parfaite de chacun des composants est que les parties du mélange sortant successivement ne se recouvrent pas. La situation idéale serait nue la longueur du bouchon injecté soit maintenue durant tout le parcours dans l'appareil, de fanon que les composants sortent sous ferme de oc-uc;ions d'égale longueur, et a des distances régulières. ..ais ce n'est pas le cas, et l'expérience prouve qu'une déformation de la longueur du bouchon intervient, laquelle peut mener à des recouvrements des bouclions sortants qui "proviennent des diverses parties constitutives du 8AD ORIGINAL- ')9 3628 2001967 ...élange à analyser. Cetje modification de la longueur croît, aux vitesses utilisées dans la pratique, avec la vitesse du courant, ce qui limite, en retour, 1$. possibilité de réduire la durée d'uie anelyse. La déformation de la longueur est imputable à des proces-5 sus de mélange qui prennent naissance aux surfaces de séparation entre les bouchons et le milieu porteur lors du transport à l'intérieur des canalisations de l'appareil y compris la colonne séparatrice en forme de tube ouvert. L'invention montre un moyen de maintenir particulièrement faibles ces processus de mélange 10 dans la direction longitudinale des tubes . On a constaté un effet favoraole lorsque la section intérieure du tube n'est pas circulaire et qu'on impose au courant du milieu dans le tube des changements de direction par des courbures supplémentaires à la disposition générale du tube par des variations de profil de la 15 section ou par ces deux moyens à la fois, "On mode de réalisation facile et efficace consiste en un tube à section elliptique et qui, de plus, est enroulé en hélice autour de l'axe de la position générale du tube. Ce tube présente donc la caractéristique de la section non circulaire et de la 20 courbure supplémentaire. Il en résulte une efficacité de qualité particulière lorsque le grand axe de l'ellipse-section est situé dans le plan de l'enroulement. Une telle section elliptique est obtenue par écrasement d'un tube capillaire utxlisé habituellement pour une colonne séparatrice afin de lui donner une section ellip-25 tique. Un rapport du grand axe au petit de 3 à 1 est particulièrement avantageux. Si l'on utilise un tube ainsi formé dont le diamètre avant aplatissement était de 1 mm, on obtient une'bonne efficacité si le diamètre de l'hélice est de 10mm. Un autre mode de réalisation avantageux consiste à torsader 30 le tube elliptique. On obtient ainsi la caractéristique de la variation du profil de la section, car la section elliptique codifie constamment sa position par rapport aux filets du courant. L'effet peut être augmenté si ce tube torsadé est, en plus, enroulé en hélice, ce qui satisfait encore à la caractéristique des 35 courbures supplémentaires. Des effets très avantageux sont obtenus par un tube elliptique formé par écrasement d'un tube rond de diamètre intérieur de 1mm dans le rapport d'axes de 3 a 1 et qui est ensuite torsadé de façon qu'un tour complet soit obtenu tous les 25 îanu L'enroulement supplémentaire en hélice en vue de 40 l'augmentation de l'efficacité a lieu également pour un diamètre 0AD ORIGINAL 69 3628 3 2001967 d'enroulement de 10 mm. Cette forme du tube donne d'excellents résultats. Un autre mode de réalisation avantageux, simple et d'exécution facile consiste en un tube qui possède des parties successi-5 ves à section elliptique décalées de 90°. Un tel tube peut être facilement confectionné par écrasement, par exemple entre les mâchoires d'un étau, avec rotations successives de 90°. L'effet désiré est obtenu si les longueurs écrasées ne sont pas supérieures à 50 fois le grand axe intérieur de la section elliptique. Si •)0 l'on donne en outre au tube la forme d'une hélice, on augmente 1'efficacité. Tous les modes de réalisation indiqués ci-dessus présentent l'avantage de la facilité de fabrication. Sur les dessins annexés, on a représenté plus en détail 15 divers exemples de réalisation. La figure 1 est un schéma du montage usuel d'un analyseur chromatographique. La figure 2 montre un Diode de réalisation de l'invention constitué par un tube elliptique enroulé sur chant en hélice. 20 La figure 3 montre un mode de réalisation de l'invention constitué par un tube elliptique torsadé. La figure 4 montre un mode de réalisation de l'invention constitué par des sections elliptiques décalées de 90°. La figure 5 donne les courbes représentatives des résultats 25 obtenus par l'invention pour des chromâtographies de liquides. La figure 6 donne les courbes représentatives des résultats obtenus par l'invention pour des chromâtographies de gaz. Sur la figure 1, on voit en 1 une installation qui produit un courant continu d'une phase mobile comrce milieu porteur, par 30 exemple un courant porteur d'hélium provenant d'une bouteille. A ce milieu est apporté en 2 au moyen d'une installation 3 l'échan^ tillon à analyser en petites quantités discontinues de sorte qu'en 2 à l'intérieur du courant du milieu porteur il se forme un petit bouchon injecté de l'échantillon à analyser. Ce bouchon suit une 35 colonne séparatrice 4 qui a la forme d'un tube capillaire ouvert et qui possède un revêtement de paroi qui réagit avec les parties constitutives de l'échantillon. Par suite des propriétés diverses des composants à séparer, ceux-ci subissent lors du cheminement dans la colonne séparatrice un retard différent et sortent l'-un 40 après l'autre de la colonne séparatrice. Dans l'exemple représen 69 3628 4 2001967 té, ils sont amenés à un détecteur, par exemple un instrument 5 de mesure de la conductibilité calorifique. Le signal donné par cet instrument est enregistré à l'aide d'un appareil enregistreur 6 qui exécute successivement des oscillations en fonction des 5 constituants de mélange amenés au détecteur 5. Ces déviations ou "crêtes" donnent par leur position sur la bande enregistreuse la nature du composant et par leur surface de pourcentage du composant considéré. Il est essentiel pour une mesure parfaite que ces crêtes ne se recoupent pas, donc qu'à l'intérieur de la colonne 10 séparatrice 4 que les bouchons correspondant à chaque composant ne soient pas allongés de façon à se mélanger. Comme le tube capillaire formant la colonne séparatrice doit être très long, il est, pour des raisons de gain de place, enroulé en hélice, ainsi que l'indique la figure 1 en 4. 15 Comme déjà expliqué, le danger qu'un tel chevauchement des divers composants du mélange se produise à l'intérieur de la colonne séparatrice augmente en général avec la vitesse du milieu porteur. Une vitesse aussi grande que possible est cependant désirée afin que le temps nécessaire à une analyse soit maintenu 20 aussi court que possible» La figure 2 montre une forme possible pour 16 tube constituant la colonne séparatrice selon l'invention. Ainsi que l'indique la pertie coupée du tube, ce dernier possède une section elliptique obtenue par écrasement d'un tube cylindrique. Le grand 25 axe de la section est désigné par a et le petit axe par b . Il peut s'agir de tubes métalliques écrasés entre deux cylindres. Mais une fabrication est également possible par écrasement à'chaud de tubes de verre ou de matière plastique. De plus, on donne à ce tube une forme d'hélice relativement étroite, qui s'ajoute à l'a-30 ménagement général du tube. Il ne s'agit donc pas de la mise en forme d'hélice qui est prévue sur la figure 1 pour caser la longue colonne séparatrice 4, et qui représente habituellement environ cinquante à cent fois le diamètre intérieur des tubes ronds utilisés jusque là. Il est plutôt prévu, en supplément à 35 cette large hélice qui s'est avérée pratiquement inefficace en ce qui concerne l'influence de la dilatation du bouchon et qui représente l'aménagement général des tubes, une hélice plus étroite. Celle-ci est représentée figure 2, et l'hélice étroite de la figure 2 est donc superposée à l'hélice plus large de la 40 figure 1. Lors de la fabrication, on s'arrange pour exécuter 69 362t. 5 2001967 d'abord l'hélice de la figure 2, puis le tube de la figure 1 enroulé en fonction de la place disponible. La figure 3 montre un autre exetaple de réalisation. C'est le même tube elliptique qui est utilisé que sur la figure 2. Ce 5 tube est tout d'abord torsadé. Cette forme torsadée peut-ttre obtenue en fixant par serrage une extrémité du tube et en faisant tourner l'autre extrémité autour de l'axe. La position des différentes sections est représentée par des coupes. Un tel tube présente déjà dans une large mesure l'efficacité désirée. Il peut 10 donc être utilisé directement, en l'enroulant comme sur la figure 1 pour gagner de la place, comme colonne séparatrice chromatogra-phique. Mais une efficacité particulièrement poussée est obtenue si le tube torsadé est en outre disposé en hélice comme sur la figure 2 et si alors seulement ce tube en hélice est utilisé 15 comme colonne séparatrice suivant la figure 1. Un autre mode de réalisation est représenté figure 4. Dans ce cas, le tube présente, par écrasement sur une longueur limitée suivi d'une rotation de 90° de la direction d'écrasement des parties successives de section elliptique décalées de 90°. 20 Les résultats obtenus par l'invention sont représentés par les graphiques des figures 5 et 6. Les valeurs qui y sont portées ont été obtenues en faisant amener à un milieu porteur un bouchon d'une seule partie constitutive et en déterminant, après traversée d'une colonne "l'équivalent de hauteur d'un sol théorique" h 25 comme mesure de l'élargissement des bandes. Dans la littérature chromatographique, h c'est-à-dire la variable®2 de la crête (par exemple de G-auss) par unité de longueur de la colonne. On a utilisé les formes de tubes suivantes : A) cylindrique rectiligne (diamètre intérieur 1 mm) 30 B) cylindrique hélicoïdal (diamètre d'enroulement 10 mm, diamètre intérieur 1 mm) C) elliptique plat, en hélice (petit axe situé dans le plan de l'hélice, diamètre d'enroulement 10 mm) D) elliptique enroulé sur chant en hélice (grand axe situé dans le 35 plan de l'hélice conformément à la figure 2, diamètre d'enroulement 10 mm) E) elliptique torsadé et rectiligne (un tour complet tous les 25 mm) F) elliptique torsadé et en hélice (un tour complet tous les-25 40 mm, diamètre d'enroulement 10 mm). 69 3628 6 2001967 Tous les tubes elliptiques ont été fabriqués par écrasement de tubes ronds de diamètre intérieur 1 mm et de façon que le rapport du grand axe au petit (a à b figure 2) soit de 3 à 1. L'indication "rectiligne" comprend des enroulements en gran-5 des boucles pour gagner de la place conformément à la figure 4, qui sont sans influence réelle en ce qui concerne l'allongement du bouchon, La longueur des tubes est de 20 à 30 m pour les liquides et 45 ni pour les gaz. Sur les figures 5 et 6, l'élargissement h du bouchon en 10 centimètres est représenté en fonction de la vitesse u du courant de milieu porteur en cm/sec. La figure 5 montre les résultats de la chromâtographie d'un liquide. On voit que pour toutes les formes du tube de C à F, la valeur h par rapport au tube cylindrique rectiligne et en hélice est abaissée pour une même vitesse u. 15 II faut cependant aussi reconnaître que les modes de réalisation ont des effets différents. La forme F, c'est-à-dire le tube torsadé mis en plus en forme d'hélice, s'avère particulièrement efficace. Dans ce cas et dans la zone mesurée, l'élargissement h est très petit et presque indépendant de la vitesse. 20 Le tube ayant des sections écrasées décalées de 90° donne des résultats analogues à ceux du tube torsadé. L'effet, dans le cas des gaz, n'est pas aussi grand, ainsi que le montre la figure 6. Mais il peut toujours être constaté, ici aussi, un abaissement considérable de l'élargissement h aux 25 grandes vitesses, en particulier également dans le cas de tubes torsadés et en hélice. Le comportement différent dans le cas du gaz est dû au fait que pour le gaz, par suite du coefficient plus élevé d'interdiffusion, les molécules du bouchon-échantillon ont une mobilité plus grande que les liquides. C'est ainsi que l'aug-30 mentation de h dans la zone inférieure de vitesses peut être expliquée, parce qu'alors l'élargissement par diffusion, dépasse celui dû au courant. Le résultat obtenu par l'invention peut être expliqué comme suit : on devrait admettre qu'un élargissement du bouchon-échan-35 tillon se produit au moins dans un courant non perturbé, c'est-à-dire dans un tube rectiligne à section circulaire. Ce n'est cependant pas le cas, parce que dans le courant laminaire considéré, il se forme un profil de courant parabolique. La vitesse du courant est maximale dans l'axe du tube, et nulle à 40 proximité de la eleison. Le courant ne se fait que parallèlement 69 3628 ? 2001967 à l'axe du tube. Ce profil de courant étire les bouchons en forme de parabole. Sans un mouvement propre des molécules, c'est-à-dire sans mouvement de diffusion, qui se produit également transversalement au courant, les molécules séjourneraient 5 presque indéfiniment à proximité de la cloison du tube ef se déplaceraient à la vitesse maximale dans l'axe du tube. Le bouchon "encrasserait" ainsi tout le tube. Le mouvement thermique des molécules les fait constamment changer de place, de telle sorte que des molécules passent de la cloison à la zone des 10 grandes vitesses et d'autres de l'axe du tube à la zone des petites vitesses. Il se produit donc un équilibre des vitesses d'avance des molécules. Le bouchon ne se disperse pas autant qu'en 1*absence de mouvement propre des molécules. Il se trouve que la conformation du tube suivant l'invention produit en plus 15 des courants longitudinaux des courants transversaux qui agissent dans le sens des mouvements transversaux précités des molécules par suite de la diffusion. L'effet de ce courant transversal est analogue à celui d'une augmentation du coefficient de diffusion et aboutit également à une diminution de l'allongement du bouchon, 20 c'est-à-dire de la valeur h sur les figures 5 et 6. L'effet est indépendant de l'action de la colonne séparaux*!-ce. l'allongement du bouchon est également supprimé si l'action réciproque des molécules cesse avec le revêtement de la colonne séparatrice. Il en résulte que l'invention peut être utilisée 25 avec succès pour tous les conduits tubulaires qui servent au transport d'échantillons, c'est-à-dire par exemple avant et après la colonne séparatrice. De même, l'invention offre des avantages pour tous les autres appareils d'analyse qui utilisent des milieux circulant dans des conduits tubulaires quand on veut 30 supprimer des mélanges dans le sens longitudinal des conduits. 69 3628 8 2001967 KEVEM)I0AII0S3 1. Assemblage de tubes pour appareils d'analyse en particulier chromatographiques, caractérisé en ce que la section du tube n' e3t par circulaire et que le courant du milieu dans le tube 5 subit des changements de direction grâce à des courbures supplémentaires à la disposition générale du tube5 à des variations de profil de la section, ou à ces deux dispositions à la fois. 2. Assemblage de tubes selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section est elliptique et que le tube est en outre 10 enroulé en hélice autour de l'axe de la disposition générale du tube. 3. Assemblage de tubes suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le grand axe de la section elliptique est situé dans le plan de l'enroulement. 15 4. Assemblage de tubes suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la section est elliptique et le tube torsadé. 5. Assemblage de tubes suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la distance de deux sections décalées de 36O0 est au moins égale à 25 fois le grand axe. 20 6. Assemblage de tubes suivant les revendications 4 et 5, caractérisé en ce que le tube torsadé est en outre enroulé en hélice. 7. Assemblage de tubes suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le tube présente des -tronçons successifs ayant des sections elliptiques décalées de 90°. 25 8. Assemblage de tubes suivant la revendication 7, caractérisé en ce que chaque tronçon a une longueur égale au plus à 50 fois le grand axe de l'ellipse. 9. Assemblage de tubes suivant la revendication 8, caractérisé en ce que le tube ayant des tronçons elliptiques décalés les uns 30 par rapport aux autres est en outre enroulé en hélice^ 10. Assemblage de tubes suivant la revendication 2,3/ou 9, caractérisé en ce que le diamètre d'enroulement en hélice est au maximum le décuple du grand axe de l'ellipse. 11. Assemblage de tubes suivant l'une des revendications 2 à 10, 35 caractérisé en ce que le rapport des deux axes de 1'ellipse intérieure de la section est de 3 à 1.