Brevet FR2506016A1 — publié le 19821119

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de décomposition d'échantillons organiques solides à l'aide d'un brûleur injecteur en verre de quartz, alimenté par un gaz combus- tible, de l'hydrogène en particulier, et de l'oxygène, et constitué par plusieurs tubes disposés concentriquement avec formation de fentes annulaires et introduction de la substance à brûler dans le tube central. Pour déterminer la teneur en soufre, halogène ou bore de subs- tances organiques, il est connu de les soumettre à une décomposition oxydante dans une chambre de combustion fermée et refroidie par eau, à l'aide de la famme à l'hydrogène-oxygène d'un brûleur injecteur Heraeus Quarzschmelze Q-E 1/111 1, 1976). Ce procédé connu convient pour des substances organiques ne contenant pas d'éléments, tels que métaux alcalins, métaux alcalino- terreux, bore et phosphore attaquant le verre de quartz du braleur pour solides Afin d'éviter des détériorations du verre de quartz, ces substances contenant les éléments précités sont mises en s,,l ution, puis cette dernière est brûlée dans un brûleur injecteur pour liquiiz. Dans ce cas, les éléments attaquant le verre de quartz ne viennent pas en contact avec ce dernier, dont une recristallisation est ainsi impossible La décomposition d'échantillons solides biologiques con- tenant les éléments nocifs précités s'accompagne toujours d'une détérioration de la chambre de gazéification du brûleur pour solide, par recristallisation du verre de quartz ou par la matière fondue, aboutissant souvent à la destruction du brûleur après quelques décom- positions seulement. L'apport extérieur de chaleur pour la carbonisation s'effectue habituellement à l'aide d' un brûleur à gaz déplacé manuellement, de sorte que l'incinération reproductible dépend dans une forte mesure de l'adresse des opérateurs L'échantillon prélevé est limité à une pesée d'environ 0,5 à 2 g La réaction des produits d'inciné- ration avec le verre de quartz chaud de la chambre de gazéification ne permet pas d'exclure toute perte de substance. L'invention vise à introduire directement l'échantillon solide organique à brûler dans la flamme de gaz combustible-oxygène d'un brûleur, sans incinération préalable, afin de transposer les avan- tages du brûleur injecteur pour liquides à la combustion de solides. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, une poudre à particules inférieures à 75 pm est préparée à partir de l'échantil- lon solide, puis introduite et comprimée dans un porte-échantillon; et la matière solide est prélevée continûment par un grattoir sur la surface libre de la poudre comprimée, puis aspirée continûment par un flexible dans le tube central du brûleur, sous forme d'une poudre fine Un broyeur de laboratoire du commerce, tel qu'un broyeur conique, est avantageusement utilisé pour la production de la poudre. La poudre à préparer doit avantageusement présenter des particules d'une taille inférieure à 60 pm Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, le porte-échantillon tourne continûment, le grattoir étant fixe, et un mouvement relatif est entretenu entre le grattoir et la poudre comprimée, suivant la direction axiale du porte-échantillon, pour l'enlèvement de la matière solide Pendant sa rotation, le grattoir présente une avance axiale continue L'é- vacuation de la poudre grattée est avantageusement renforcée par un flux d'air dirigé Les échantillons solides humides sont lyophilisés avant leur pulvérisation. Dans un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, le porte-échantillon contenant la matière solide orga- nique est monté sur un dispositif de rotation et reçoit un bouchon muni d'un perçage central, avec un interstice étroit entre le bouchon et la paroi du porte-échantillon. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, un grattoir est fixé sur le côté du bouchon en regard du fond du porte- échantillon, le perçage central du bouchon est relié au tube cen- tral du brûleur et le bouchon est fixé sur un support mobile suivant la direction axiale du porte-échantillon Selon une autre caracté- ristique de l'invention, le bouchon présente sur sa périphérie un canal oblique, avantageusement réalisé sous forme d'une rainure qui part de la face supérieure du bouchon et débouche, à la base infé- rieure, sur le tranchant du grattoir Le tube central du brûleur est en outre réalisé sous forme d'un capillaire, dont l'embouchure est reculée par rapport à celle du brûleur. Le procédé et le dispositif selon l'invention présentent les avantages suivants Ils permettent de décomposer des matières solides organiques contenant des éléments qui réagissent avec le verre de quartz chaud, comme précédemment décrit, sans détérioration des pièces en verre de quartz, ainsi que des échantillons qui subissent un gonflement important pendant la carbonisation, tels que le sucre. Un avantage particulier réside dans la possibilité d'utiliser une quantité d'échantillon quelconque, car la combustion continue d'une poussière exige simplement plus de temps pour une quantité impor- tante, mais les dimensions de l'appareillage n'imposent aucune limite, pour les déterminations analytiques de traces en particulier La décomposition d'un échantillon solide exige en outre beaucoup moins de temps, le débit étant par exemple de-0,2 a 0,5 g/mn pour la combustion de tabac ou de farine L'utilisation du dispositif dépend beaucoup moins de l'habileté manuelle des opérateurs qu'auparavant. Toutes les cendres de l'échantillon brûlé aboutissent directement dans la solution d'analyse, sous une forme finement dispersée Il ne faut plus les extraire par dissolution du récipient de carboni- sation, ce qui permet de dissoudre instantanément les cendres carbo- natées dans une solution acidifiée, lors de la détermination d'élé- ments métalliques, et facilite beaucoup la détermination de traces dans des échantillons solides biologiques. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous d'un exemple de réalisation du dispositif, dont la figure unique repré- sente le schéma. Le brûleur 1 est alimenté en oxygéne par les buses annulaires 2, 4 et les raccords 2 ', 4 ', en hydrogène par la buse annulaire 3 et le raccord 3 ', et en gaz vecteur contenant la poussière par la buse centrale 5 en retrait Le brûleur 1 est relié par le flexible 6 au dispositif de production et de dosage de la poussière Le flexible 6 débouche dans un tube capillaire 15 en verre de quartz, fixé sur le support 10 et présentant un alésage 14 évasé vers le haut Le capillaire 15 débouche au centre du bouchon 11 L'échan- tillon pulvérulent 7 légèrement comprimé se trouve dans le porte- échantillon 8, qui est monté sur un support 9 tournant autour de son axe vertical Le support 10 mobile verticalement permet d'abaisser le bouchon 11 dans le porte-échantillon 8 tournant, avec un jeu radial par rapport à la paroi du porte-échantillon inférieur à 0,2 mm, et à une faible vitesse verticale réglable Le grattoir 12, radial ou hélicoïdal, est fixé sur la face inférieure du bouchon. Le canal hélicoïdal 13 périphérique part du bord supérieur du bou- chon et débouche au centre La rotation du porte-échantillon 8 et la descente du support 10 sont assurées par des moteurs électriques d'entraînement, réglables séparément, et montés dans un boîtier 16, afin de permettre une adaptation optimale des deux paramètres aux propriétés mécaniques de l'échantillon. En fonctionnement, le grattoir 12 entraîne régulièrement une mince couche de poussière depuis la surface de l'échantillon solide 7, comprimé et en rotation, puis la dépression régnant dans l'appa- reillage de combustion et le flux d'air, produit par l'arrivée tangentielle d'air dans le canal 13, transportent la poudre vers le brûleur 1 en verre de quartz, par le capillaire 15 en verre de quartz et le flexible 6 Les particules de poussière atteignent une vitesse relativement élevée par suite de la section étroite du capillaire 15, éliminant ainsi tout risque de bouchage par accumulation de parti- cules de poussière La vitesse des particules de poussière est réduite par la section beaucoup plus grande du tube central 5, puis après la sortie du tube central, de sorte que les particules sont entourées d'oxygène et totalement réduites en cendres par suite d'un temps de séjour suffisant dans la flamme du brûleur Selon le matériau de l'échantillon, une variation de l'avance verticale du support 10 permet d'ajuster l'alimentation du brûleur en poudre, et par suite la vitesse de combustion du matériau. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au principe et aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention - Revendications 1 Procédé de décomposition d'échantillons solides organiques & l'aide d'un brûleur injecteur en verre de quartz, alimenté par un gaz combustible, de l'hydrogène en particulier, et de l'oxygène, et constitué par plusieurs tubes disposés concentriquement avec formation de fentes annulaires et introduction de la substance à brûler dans le tube central, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'une poudre à particules inférieures à 75 vm est préparée à partir de l'échantillon solide, puis introduite et comprimée dans un porte- échantillon; et la matière solide est prélevée continûment par un grattoir sur la surface libre de la poudre comprimée, puis aspirée continuellement par un flexible dans le tube central du brûleur, sous forme d'une poudre fine. 2 Procédé selon revendication 1, caractérisé par une rotation continue du porte-échantillon, le grattoir étant fixe, et un mouve- ment relatif entre le grattoir et la poudre comprimée, suivant la direction axiale du porte-échantillon, pour l'enlèvement de la matière solide. 3 Procédé selon revendication 2, caractérisé par une avance axiale continue du grattoir. 4 Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 3, caracté- risé en ce que l'évacuation de la poudre grattée est renforcée par un flux d'air dirigé. Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 4, caracté- risé par une lyophilisation de l'échantillon solide avant sa pulvé- risation. 6 Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon une quel- conque des revendications 1 à 4, comprenant un brûleur injecteur constitué par plusieurs tubes disposés concentriquement avec forma- tion de fentes annulaires et des raccords pour un gaz combustible, hydrogène par exemple, et de l'oxygène, et dont le tube centrale est relié par une canalisation à un porte-échantillon contenant la matière solide organique, ledit dispositif étant caractérisé en ce que le porteéchantillon est monté sur un dispositif de rotation; un bouchon muni d'un perçage central pénètre dans le porte-échantillon avec un interstice étroit entre le bouchon et la paroi du porte- échantillon, qui porte un grattoir du côté en regard de son fond; le perçage central est relié à un capillaire en verre de quartz et, par un flexible, au tube central du brûleur; et le bouchon est fixé sur un support mobile suivant l'axe du porte-échantillon. 7 Dispositif selon revendication 6, caractérisé par la réalisation du tube central sous forme d'un capillaire, dont l'em- bouchure est reculée par rapport à celle du brûleur. 8 Dispositif selon revendication 6, caractérisé en ce que le bouchon présente sur sa périphérie un canal oblique qui, à la base du bouchon, débouche sur le tranchant du grattoir. 9 Dispositif selon revendication 8, caractérisé par la réalisa- tion du canal sous forme d'une rainure à partir de la face supé- rieure du bouchon.