Brevet FR2216566A1 — publié le 19740830

L'invention est relative à des perfectionnements aux apparelis, du genre des photomètres de flammes, pour l'analyse spectrale d'émission de matières-échantillons amenées sous forme d'aérosol ou nébulisat dans une flamme qui apporte l'énergie nécessaire pour produire l'excitation,et par suite l'émission, des atomes ou molécules de ces matières-échantillons. Elle vise plus particulièrement des perfectionnements apportés à l'enceinte d'un appareil de ce genre, dans laquelle on effectue la pulvérisation de la matière à analyser de manière à former un nébulisat, -et qu'on appellera ci-après chambre de nébulisation-, ainsi que des perfectionnements apportés au dispositif d'allumage de la flamme qui sert de source d'excitation pour la matière en question. D'une manière générale, les appareils du genre des photomètres de flammes comportent principalement (outre la chambre de nébulisation dans laquelle la matière à analyser, introduite sous forme de solution, est pulvérisée à l'aide d'un dispositif approprié amenant de l'air ou de l'oxygène, c'est-à-dire un comburant, de manière à former un nébulisat porté par le comburant): - un brûleur à travers lequel le nébulisat est amené dans une flamme engendrée par la combustion d'un gaz combustible introduit dans la chambre de nébulisation; - un ensemble de régulation et de mesure des débits et pressions des gaz; - un dispositif d'analyse de la lumière émise par la flamme et constitué soit par un système dispersif, soit par un système permettant de sélectionner une raie de longueur d'onde donnée. Pour obtenir une sensibilité et une reproductibilité satisfaisantes des résultats de l'analyse spectrale d'émission 'il est notamment nécessaire que le nébulisat formé soit homogène, c'est-à-dire constitué exclusivement de très fines gouttelettes qui diffuseront ainsi dans la flamme et seront portées instantanément à l'état gazeux, et que le mélange nébulisat -comburantgaz combustible soit homogène et stable de manière à produire une flamme constante et garantir de bonnes conditions d'excitation de la matière à analyser. I1 est de plus essentiel pour obtenir de bons résultats que le débit de gaz alimentant la flamme soit constant afir. d'assurer une grande stabilité de cette dernière. Dans les appareils classiques on effectue une séparation gravimétrique des gouttelettes du nébulisat pour n' amener dans la flamme que les gouttelettes les plus fines du liquide pulvérisé. A cet effet, un déflecteur est incorporé dans la chambre de nébulisation -ce qui présente un inconvénient dans la fabrication de ces appareils. D'autre part3 le gaz combustible est généralement introduit dans la chambre de nébulisation de ces appareils à l'aide d'un conduit d'amenée débouchant sur la paroi interne de ladite chambre. Un tel mode d'injection n'assure pas un bon mélange du nébulisat porté par le comburant et le gaz combustible. De plus, la condensation des gouttelettes qui se produit à la longue sur la paroi de la chambre de nébulisation, notamment à l'endroit où débouche le conduit, entrasse des variations de débit du gaz combustible ce qui perturbe la flamme c'est-à-dire la source d'excitation de la substance à analyser. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients et de fournir des appareils d'analyse spectrale d'émission qui répondent mieux que ceux connus jusqu'à ce jour aux diverses exigences de la pratique, notamment en ce qui concerne la réalisation d'un mélange de gaz homogène,l'alimentation constante de la flamme, et l'obtention aisée de l'allumage de la flamme. Elle consiste principalement en un appareil du genre en question dans lequel la chambre de nébulisation, de forme approximativement sphérique, comprend deux tubulures, dont la première,dite tubulure d'entrée, est pourvue d'un dispositif de nébulisation de la matière à analyser, et la seconde tubulure, dite tubulure de sortie, est raccordée à un brûleur, lesdites tubulures étant disposées l'une par rapport à l'autre de manière à permettre la création d'un courant tourbillonnaire amenant le nébulisat jusqu'au brûleur, cette chambre de nébulisation comportant en outre un ajutage d'amenée de gaz combustible faisant saillie à l'intérieur de cette tubulure, la partie terminale de cet ajutage étant o r i e n t d e dans la direction du courant entratné vers le brûleur,notamment dans l'axe de cette seconde tubulure et se trouvant suffisamment éloignée du brûleur afin de permettre un parfait mélange du gaz combustible introduit avec le courant nébulisat-comburant. Dans un mode préféré de réalisation de l'invention, la tubulure d'entrée comprend une partie sensiblement verticale, disposée latéralement vis-à-vis de la chambre de nébulisation approximativement sphérique, et débouchant dans la moitié inférieure de celle-ci, la partie de la paroi de cette tubulure la plus éloignée du centre de la chambre présentant une forme de coude à courbure régulière venant approximativement co-incider avec la courbure de la chambre au niveau de son fond ; la tubulure de sortie, également sensiblement verticale, s'ouvre sur la partie supérieure de la chambre, du côté opposé au débouché de la tubulure d'entrée vis-à-vis d'un plan vertical passant par le centre de ladite chambre. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention le fond de la chambre de nébulisation comporte un siphon permettant l'évacuation du liquide qui n'a pas été pulvérisé et des gouttelettes qui se condensent et retombent le long des parois. On observera que dans la chambre de nébulisation de 1 'appa- reil conforme à l'invention, les gouttelettes de liquide formées dans la tubulure d'entrée lors de la pulvérisation de la solution à analyser viennent heurter entratnées par le comburant, les parois de ladite chambre et sont tout d'abord projetées contre la partie de la paroi présentant une forme de coude à courbure régulière. Les parois de la chambre de nébulisation jouent ainsi elles mêmesle role de déflecteur et assurent une très bonne séparation gravimétrique des gouttelettes, dont les plus fines sont entratnées vers la flamme et celles de dimension plus importante tombent au fond de la chambre de pulvérisation et sont évacuées par le siphon. On observera d'autre part que 1 'amenée de gaz combustible est réalisée dans la tubulure de sortie, au sein même du courant nébulisat-comburant, et à une distance suffisante du brûleur, ce qui offre l'avantage de produire un mélange homogène de gaz. En conformité avec une caractéristique supplémentaire de l'invention utilisée de préférence, quoique non nécessairement, en combinaison avec les caractéristiques définies plus haut, l'appareil est en outre pourvu d'un dispositif d'allumage de la flamme du brûleur. Ce dispositif comprend un tube d'amenée de gaz combustible auxiliaire (tube-veilleuse) formé d'un matériau conducteur de l'électricité et débouchant à proximité de la sortie du brûleur, le gaz combustible auxiliaire étant alors apte à venir se mélanger avec le courant principal sortant du brûleur, une source de haute tension apte à appliquer entre le tube veilleuse et le brûleur une différence de potentiel suffisante pour provoquer des étincelles d'allumage du gaz combustible auxiliaire, et un organe de commande apte à autoriser ou interrompre simultanément, d'une part, l'alimentation en gaz auxiliaire du tube-veilleuse par l'intermédiaire d'une électrovanne, et d'autre part, l'alimentation électrique de la source de haute tension. Suivant une disposition de l'invention la source de haute tension est avantageusement constituée par un générateur d'étincelles. La fermeture du circuit électrique à l'aide d'un organe tel qu'un interrupteur ou analogue commande l'ouverture de l'électro- vanne, et par suite l'admission du gaz et, simultanément, l'application d'une haute tension entre le tube auxiliaire et la masse constituée par le brûleur ce qui provoque une étincelle et engendre une flamme ou veilleuse qui sert à l'allumage du courant de gaz principal. Dès que cet allumage est obtenu, il suffit, pour éteindre ladite flamme veilleuse, d'ouvrir le circuit ce qui provoque immédiatement les interruptions simultanées de l'admission de gaz auxiliaire dans le tube-veilleuse et de l'alimentation électrique de ce dernier. Ce dispositif offre ainsi l'avantage de permettre un allumage immédiat, avec une grande simplicité de manoeuvre, du courant de gaz principal ; de plus il permet d'éviter toute perturbation par la flamme veilleuse de la flamme résultant de la combustion du courant de gaz principal. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparattront encore au cours de la description qui suit de l'un de ses modes de réalisation préférés, en se référant à la figure unique qui représente en coupe longitudinale schématique les éléments principaux d'un appareil d'analyse spectrale d'émission. Cet appareil comporte principalement une chambre de nébulisation 2, en verre, de forme approximativement sphérique, comportant une tubulure d'entrée désignée globalement par 4 et une tubulure de sortie 6. La tubulure d'entrée comprend une partie sensiblement verticale disposée latéralement vis-à-vis de la chambre de nébulisation et débouchant dans la moitié inférieure de celle-ci. La partie de la paroi de cette tubulure la plus éloignée du centre de la chambre forme un coude 8 à courbure régulière venant coin- cider avec la courbure de la chambre au niveau de son fond. Ladite tubulure entrée est pourvue d'un dispositif servant à effectuer la pulvérisation de la matière à analyser, introduite sous forme de solution, de manière à en former un nébulisat.Ce dispositif contenu dans un chapeau 10 coiffant la tubulure d'entrée comprend un ajutage 2 d'amenée de la solution dans la tubulure d'entrée, rendu solidaire du chapeau par exemple par une vis 14 et qui débouche sous une buse 16 d'un conduit 18 amenant sous pression de l'air ou tout autre comburant. La solution contenant la matière à analyser est alors pulvérisée en gouttelettes sous l'effet du comburant introduit dans la chambre de nébulisation sous pression. Le nébulisat forme, entratnd par le comburant,vient heurter les parois de la chambre de nébulisation et tout d'abord la partie de la paroi formant le coude 8 ce qui assure une déflection maximale des gouttelettes dont les plus fines sont entraSnées vers la flamme alors que les plus grosses tombent au fond de la chambre de nébulisation. La chambre de nébulisation comporte dans son fond un siphon 20 pour évacuer les gouttelettes les plus grosses provenant de la pulvérisation ou produites par condensation sur les parois. La tubulure de sortie 6 est sensiblement verticale et s' ouvre sur la partie supérieure de la chambre de manière à permettre l'évacuation du mélange homogène nébulisat- comburant formé. Cette tubulure comporte un ajutage 22 d'amenée de gaz combustible faisant saillie à l'intérieur de la tubulure. La partie terminale de cet ajutage est orientée suivant l'axe de la tubulure, en direction du courant entraîné vers le brûleur. Cette disposition permet d'introduire le gaz combustible au sein mSme de ce courant et de former un mélange de gaz homogène. Par satisfaire cette dernière condition la partie terminale de l'aju- tage est de plus suffisamment éloignée du brûleur. La tubulure de sortie est reliée, par l'intermédiaire d'un raccord 24, à un brûleur 26 muni d'une grille 28 et de buses 30. Ce brûleur est monté dans une base 3e, qui porte également un élément désigné globalement par 34 et ayant une fenêtre permettant l'observation des phénomènes spectrophotométriques produits dans la flamme, et mettant cette flamme il'labri des-2npurets. Conformément à l'invention ledit appareil comporte un dispositif d'allumage de la flamme du brûleur. Ce dispositif comprend - un tube 36 d'amenée de gaz combustible auxiliaire ou tube-veilleuse, formé d'un matériau conducteur de ltélectricité, débouchant à travers une enveloppe 38 fixée dans ia base 92, à proximité de la sortie du brûleur - une source de haute tension constituée par un générateur d'étincelles 4C, apte à établir par l'intermédiaire d'un fil conducteur 42 relié au tube 36 d'amenée de gaz combustible une différencie de potentiel suffisante entre ledit tube-veilleuse et le brûleur pour provoquer des étincelles et allumer le gaz combustible auxiliaire ; - une électrovanne 44 apte à autoriser ou interrompre l'admission de gaz auxiliaire. - un interrupteur 46 intercalé dans le circuit électrique de commande du générateur d'étincelles 40, d'une part, et de l'électrovanne 44, d'autre part. La fermeture du circuit à l'aide de l'interrupteur 46 commande simultanément d'une part l'ouverture de l'électrovanne et par suite l'admission de gaz combustible, d'autre part, l'application d'une haute tension entre le tube-veilleuse et le brûleur, ce qui provoque une étincelle et l'allumage du gaz. Pour éteindre la flamme primaire ou veilleuse ainsi obtenue il suffit d'ouvrir le circuit électrique à l'aide de l'interrupteur ce qui interrompt simultanément l'admission de gaz combustible auxiliaire et l'alimentation de la source de haute tension et par suite, la production d'étincelles. Ce dispositif offre ainsi l'avantage de permettre un allumage aisé de la flamme du brûleur et, dès que cette flamme est ailumée, l'extinction immédiate de la veilleuse par interruption simultanée de l'arrivée de gaz combustible et de la production d'étincelles Ainsi la flamme du brûleur, qui est le siège des phénomènes Fctrophotométriques lors d'une opération d'analyse de matières-échantillons , ne sera perturbée ni par un courant de gaz auxiliaire qui modifierait le débit de gaz quil'alimente, ni par des étincelles qui affecteraient le spectre d'émission. En suite de quoi on obtient des appareils perticulièrement simples permettant d'effectuer avec une précision satisfaisante et rapidement des dosages notamment de métaux alcalins, alcalinoterreux, renfermés dans les sérums biologiques. RlBTENDICATI ONS 1. Appareil, du genre des photomètres de flammes, pour l'analyse spectrale d'émission de matières-échantillons amenées sous forme de nébulisat dans une flamme servant de source d'excitation, comprenant principalement une chambre de nébulisation dans laquelle la matière à analyser, introduite sous forme de solution, est pulvérisée à l'aide d'un dispositif approprié amenant un comburant, de manière à former un nébulisat porté par le comburant, un brûleur à travers lequel le nébulisat est amené dans une flamme engendrée par la combustion du comburant et d'un gaz combustible introduit dans la chambre de nébulisation, un dispositif d'analyse de la lumière émise par la flamme,caractérisé par le fait que ladite chambre de nébulisation est de forme approximativement sphérique, qu'elle comporte deux tubulures, une tubulure d'entrée pourvue d'un dispositif de nébulisation de la matière à analyser et une tubulure de sortie raccordée au brû- leur, lesdites tubulures étant disposées l'une par rapport à l'autre de manière à permettre la création d'un courant tourbillonnaire amenant le nébulisat porté par le mélange de gaz jusqu' au brûleur, ladite chambre de nébulisation comportant en outre un ajutage d'amenée de gaz combustible, faisant saillie à l'intérieur de la tubulure de sortie, la partie terminale de cet ajutage étant o r i e n t é e d a n-s la direction du courant entraîné vers le brûleur et se trouvant suffisamment éloignée du brûleur pour assurer un parfait mélange du gaz combustible introduit avec le courant nébulisat-comburant. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la tubulure d'entrée comprend une partie sensiblement verticale, disposée latéralement vis-à-vis de la chambre de nébulisation approximativement sphérique, et débouchant dans la moitié inférieure de celle-ci, la partie de la paroi de cette tubulure la plus éloignée du centre de la chambre présentant une forme de coude à courbure régulière venant approximativement coïncider avec la courbure de la chambre au niveau de son fond. 3. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que la tubulure de sortie est sensiblement verticale et s'ouvre sur la partie supérieure de la cham- bre, du capoté opposé au débouché de la tubulure d'entrée vis-àvis d'un plan vertical passant par le centre de ladite chambre. 4. Appareil selon l'une quelconque des revendications ; à 3, caractérisé par le fait que la chambre de nébulisation comporte dans sa partie inférieure un siphon permettant l'évacuation des grosses gouttelettes produites lors de la pulvérisation de la solution introduite dans la chambre de nébulisation ou formées par condensation sur les parois de ladite chambre. 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la chambre de nébulisation présente par rapport à un plan diamétral une section telle que représentée sur la figure unique. 6. Appareil, du genre des photomètres de flammes , psur l'analyse spectrale d'émission de matières-échantillons amenées sous forme de nébulisat dans une flamme servant de source d'excistation, comprenant principalement une chambre de nébulisation dans laquelle la matière à analyser, introduite sous forme de solution, est pulvérisée à l'aide d'un dispositif approprié amenant un comburant, de manière à former un nébulisat porté par le comburant, un brûleur à travers lequel le nébulisat est amené dans une flamme engendrée par la combustion du comburant et d'un gaz combustible introduit dans la chambre de nébulisation, un dispositif d'analyse de la lumière émise par la flamme, caractérisé par le fait que ladite chambre de nébulisation est de forme approximativement sphérique, qu'elle comporte deux tubulures, une tubulure d'entrée, pourvue d'un dispositif de nébulisation de la matière à analyser,et comprenant une partie sensiblement verticale, disposée latéralement vis-à-vis de la chambre de nébulisation approximativement sphérique, et débouchant dans la moitié inférieure de celle-ci, la partie de la paroi de cette tubulure la plus éloignée du centre de la chambre présentant une forme de coude à courbure régulière venant approximativement cotncider avec la courbure de la chambre au niveau de son fond, et une tubulure de sortie,sensiblement verticale,et s'ouvrant sur la partie supérieure de la chambre, du côté opposé au débouché de la tubulure d'entrée vis-à-vis d'un plan vertical passant par le centre de ladite chambre. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 > caractérisé par le fait qu'il comporte un dispositif d'allumage de la flamme du brûleur comprenant un tube d'amenée de gaz combustible auxiliaire (tube-veilleuse) formé d'un matériau conducteur de ltélectricité et débouchant à proximité de la sortie du brûleur, le gaz combustible auxiliaire étant alors apte à venir se mélanger avec le courant principal sortant du brGleur, une source de haute tension apte à appliquer entre le tubeveilleuse et le brûleur une différerce de potentiel suffIsante pour provoquer des étincelles d'allumage du gaz combustible auxi liaire, et un organe de commande apte à autoriser ou interrompre simultanément d'une part l'alimentation en gaz auxiliaire du tube-veilleuse, par l'intermédiaire d'une électrovanne et d'autre art, l'alimentation électrique de la source de haute tension. 8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé par le fait que ledit organe de commande est un interrupteur ou analogue intercalé dans le circuit électrique destiné à alimenter la source de haute tension et l'électrovanne. 9. Appareil selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8, caractérisé par le fait que la source de haute tension est constituée par un générateur d'étincelles. 10. Appareil, du genre des photomètres de flammes, pour 1' analyse spectrale d'émission de matières-échantillons amenées sous forme de nébulisat dans une flamme servant de source d'excistation, comprenant principalement une chambre de nébulisation dans laquelle la matière à analyser, introduite sous forme de solution, est pulvérisée à l'aide d'un dispositif approprié amenant un comburant, de manière à former un nébulisat porté par le comburant, un brûleur à travers lequel le nébulisat est amené dans une flamme engendrée par la combustion du comburant et d'un gaz combustible introduit dans la chambre de nébulisation, un dispositif d'analyse de la lumière émise par la flamme, un dispositif d'allumage de la flamme du brûleur, caractérisé par le fait que ledit dispositif d'allumage comprend un tube d'amenée de gaz combustible auxiliaire (tube-veilleuse) formé d'un matériau conducteur de l'électricité et débouchant à proximité de la sortie du brûleur, le gaz combustible auxiliaire étant alors apte à venir se mélanger avec le courant principal sortant du brûleur, une source de haute tension apte à appliquer entre le tube-veilleuse et le brûleur une différence de potentiel suffisante pour provoquer des étincelles d'allumage du gaz combustible auxiliaire, et un organe de commande apte à autoriser ou interrompre simultanément d'une part, l'alimentation en gaz auxiliaire du tube-veilleuse par l'intermédiaire d'une électrovanne et d'autre part, l'alimentation électrique de la source de haute tension.