Brevet FR2528179A1 — publié le 19831209

-1 *- L'invention concerne l'analyse d'effluents, et s'applique, en particulier mais non exclusivement, à la chromatographie en phase liquide. Dans ce domaine particulier, on fait passer sur une colonne de chromatographie un éluent et un échan- tillon à analyser L'éluent entraîne sélectivement dans la colonne divers constituants de l'échantillon. En sortie de colonne, l'effluent fait l'objet d'une détection d'une propriété physique et/ou chimique, qui permet de repérer le passage de constituants inté- ressants de l'échantillon Cette détection s'effectue en fonction du temps, et fournit un signal électrique analogique. Ce signal électrique peut être considéré comme comportant une "ligne de base", assortie de pics dont certains correspondent à des constituants intéressants de l'échantillon (pics utiles) Les autres pics repré- sentent des artefacts. Toute détection de pic utile est généralement assortie d'un prélèvement concomitant et sélectif de l'effluent, à l'aide d'un appareil dénommé collecteur de fractions. Il est souhaitable d'effectuer une détection automatique des pics utiles Diverses techniques ont été proposées à cet effet. La plus simple consiste à définir une valeur de seuil constante, un peu au-dessus de la ligne de base. Ce procédé, qui convient bien pour certaines applications, n'est pas parfaitement satisfaisant en général: dans les cas difficiles, il faut régler le seuil très bas, ce qui conduit à faire des prélèvements inutiles, en nombre excessif. Il a également été proposé de tenir compte de la pente du signal détecté, pour y repérer les débuts et fins de pins, a-nsi que le-, minima entre gelis rô-s -2 proches Là encore, cette technique ne donne pas entière satisfaction. En effet, il arrive, notamment en chromatogra- phie avec éluentmulti-composants et gradient de concen- tration de l'éluent, que le niveau de la ligne de base évolue assez rapidement, ce qui met en défaut les tech- niques de détection de pics indiquées ci-dessus. La présente invention vient apporter une solution à ces problèmes. L'invention propose un procédé d'analyse d'effluents, dans lequel: a) on détecte en fonction du temps, sous forme de signal électrique, une propriété physique et/ou chimique de l'effluent, le signal électrique détecté comportant une ligne de base assortie de pics dont certains sont représentatifs d'informations utiles concernant l'effluent; b) on analyse le signal détecté, en particulier d'après sa pente, en vue d'y sélectionner des pics utiles. Selon l'invention, l'étape d'analyse b) com- prend les opérations suivantes: bi) définir une valeur d'écart (LO) et un seuil de pente ( 50); b 2) comparer la pente du signal détecté, à la valeur de seuil ( 50); b 3) faire évaluer le signal pilote à partir d'une valeur égale au signal détecté, augmenté de la valeur d'écart (L 0), tant que la pente du signal détecté est inférieure au seuil; b 4) limiter l'évolution du signal pilote lorsque la pente du signal détecté est supérieure au seuil; et b 5) retenir comme un pic utile les valeurs consécutives du signal détecté qui dépassent le niveau du signal pilote. -3- De préférence, l'opération b 4) consiste à bloquer le signal pilote lorsque la pente du signal détecté est supérieure à la valeur de seuil ( 50). Très avantageusement, lorsque la pente du signal détecté redevient inférieure à la valeur de seuil (SO), on reprend en continuité la valeur précédente du signal pilote si la durée de dépassement du seuil a été inférieure à une durée choisie (TMAX), ou bien on repart d'une valeur égale à la somme du signal détecté et de la valeur d'écart (L 0), dans le cas contraire. Selon un autre aspect de l'invention, la valeur d'écart (L 0) et une durée choisie (TMAX) sont définissables par l'usager, le seuil de pente ( 50) étant défini comme le rapport d'une quantité préétablie à la durée choisie. De préférence, on détecte, en outre, le pas- sage du signal détecté par un minimum, ce qui définit un changement de pic utile. En pratique, pour la plupart des applications, le procédé se complète d'une opération c) consistant à faire au moins un prélèvement d'effluent pendant un pic utile. L'invention offre également un dispositif détecteur et/ou collecteur de fractions pour analyse d'effluents, qui comprend des moyens pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et à l'examen des dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 illustre de manière schématique la structure générale d'une ir Etallation de chromatographie en phase liquide la figure 2 illustre très schématiquement les éléments matériels électroniques destinés à être incorporés au détecteur ou au collecteur de fraction de la figure 1 -4- la figure 3 illustre l'organigrarmne de fonctionnement des moyens électroniques selon la présente invention;et les figures 4 à 6 illustrent différentes courbes de signal détecté et de signal pilote obtenus selon la présente invention. La structure minimale d'une installation de chromatographie en phase liquide comprend un réservoir d'éluent, désigné par la référence 1, et suivi d'un dispositif de filtrage 2 Après cela, une ou plusieurs pompes 4 alimentent, le cas échéant à travers un dispo- sitif de surveillance de pression 5, un injecteur 6 capable d'introduire l'éluent dans la colonne chroma- tographique 7 L'échantillon à analyser est injecté par exemple à l'aide d'une seringue soit au niveau de l'injecteur 6, soit plus directement en tête de colonne 7. Les effluents arrivant en fonction du temps en sortie de colonne sont analysés par un ou plusieurs détecteurs 8 La plupart du temps, on associe à ce détecteur 8 un dispositif 10 d'enregistrement sur papier. Comme précédemment indiqué, les détecteurs 8 détectent en fonction-du temps, sous forme de signal électrique, une propriété physique et/ou chimique de l'effluent Le signal électrique détecté est donc visua- lisé par l'enregistreur 10, et comporte d'une façon générale une ligne de base assortie de pics donc certains sont représentatifs d'informations utiles concernant l'effluent. Dans de très nombreuses applications, on place à la suite du détecteur 8 un dispositif 9 dénommé col- lecteur de fractions, et muni d'un réseau de tubes récep- teurs rangés Il s'y trouve associé un dispositif de prélèvement capable de mettre dans un ordre préétabli les effluents successivement prélevés en sortie de colonne dans différents tubes. -5- L'analyse est donc finalement effectuée sur la base des informations délivrées par l'enregistreur 10, et le cas échéant des prélevements effectués, et dispo- nibles de manière rangée et reconnaissable dans le collecteur de fraction 9. Il est devenu de plus en plus courant d'utiliser non pas un éluent pur, mais un éluent constitué d'un mélange, dont on va faire varier la concentration en cours de chromatographie Cela est réalisé par un appa- reil nommé préparateur de gradient, illustré en 3, et commandant les pompes 4, qui sont dans ce cas en nombre au moins égal à 2, et associées à autant de dispositifs réservoir et filtre 1 et 2. Enfin, l'installation se complète de nos jours d'un dispositif de commande générale, dispositif généra- lement de type électronique, et noté 11 sur la figure 1. Il s'y ajoute un analyseur de données 12, capable d'in- teragir avec l'enregistreur, et le collecteur de fractions 9. En pratique, il est fréquent que l'analyseur de données 12 soit incorporé soit au détecteur soit au collecteur de fraction, l'enregistreur étant lui aussi généralement partie de l'un ou l'autre de ces dispositifs. Le schéma général électrique d'un dispositif d'analyse convenant en chromatographie est donné sur la figure 2 On y reconnaît un dispositif de redressement et d'amplification 21, relié à la sortie du détecteur 8 de la figure 1 Le redressement est rendu nécessaire par le fait que certains types de détection fournissent des pics qui peuvent être aussi bien négatifs que positifs La sortie du dispositif amplificateur-redres- seur 21 est a Dpliauée à un amnlificateur-comnarateur 22, dont la sortie va vers une unité centrale de traitement , qui peut regrouper les dispositifs il et 12 de la figure 1 Entre autre chose, cette unrte centrale de traitement définit une échelle de conversion sous forme binaire, échelle de conversion qui est appliquée à un convertisseur numériaue-analogicque 23, lequel délivre alors en correspondance un signal analogique ap Dliqué à l'autre entrée du comparateur 22 Lorsque le sianal de sortie de l'amplificateur-redresseur 21 devient égal à la valeur binaire définie Dar l'unité centrale, celle-ci admet alors que cette valeur binaire représente numériquement la grandeur analogique disponible en sortie de l'amplificateur-redresseur 21, et la met en mémoire. On prévoit écalement un dispositif de clavier 24, qui permet l'introduction de différentes données utiles dans l'unité centrale 20. Enfin, l'unité centrale 20 reçoit des informa- tions du collecteur de fractiors 9, pour lui permettre de savoir par exemple si le nombre maximal de gouttes d'effluents admis dans un tube déterminé a été atteint. L'unité centrale 20 commande également par des interfaces et 26 lesdispositifs de vanne trois voies, ainsi que les moteurs de déplacement associés au collecteur de fraction En effet, le collecteur de fractiorsva devoir dépacer une tête Sdistributrice au-dessus de la rangée de tubesprécitée, et commander de manière convenable cette tête de faion Bue l'effiuent prlevé etcre effecti:vere dns -e re choisi, ou b Cen ca'il soit rejeté au rebut par la vanne trois voies. Au lieu de définir le remplissage du collecteur de fractions Dar un nombre de gouttes, on peut naturel- lement limiter de façon préétablie le temps pendant le- quel le prélèvement sera transféré dans un tube déter- mine. Le but est d'arriver à ce cue chaque oic utile des effluents disocni les en sortie de la colonne de chrcmatogranhie ailde dans un tube déterminé, ou dans llusieurs tubes si la durée d_ nic est trop lnrgue cour se contenter d'un seul tube. -7 - Des dispositions selon la présente invention sont mises en mémoire dans l'unité centrale 20, et servent au traitement du signal détecté, échantillonné sous forme numérique de la manière indiquée plus haut. Les données mises en mémoire en question sont illustrées sous forme d'organigramme par la figure 3. La première étape 30 de cette figure 3 consiste en l'introduction des données par l'utilisateur, à l'aide du clavier 24 Ces données comprennent au moins une -10 valeur d'écart, notée L 0, et une durée de pic le plus large, notée TMAX. On remarquera que le convertisseur numérique- analogique 23 de la figure 2 possède une pleine échelle. De façon interne, l'unité centrale de traitement 20 définit une hauteur limite, sous forme de pourcentage de la pleine échelle Ce pourcentage est noté D% l'usager On note 50 le rapport de D% à TMAX. L'étape suivante du fonctionnement de l'unité centrale de traitement 20 sur la figure 3 est l'étape 32, consistant à mesurer le signal détecté, de la manière précédemment décrite: l'unité centrale définit succes- sivement des valeurs numériques croissantes qui sont converties sous forme analogique par le dispositif 23 et appliquées au comparateur 22 Au moment de l'égalité avec le signal d'entrée, on affecte à celui-ci une valeur numérique égale à celle qui a été présentée au dispositif 23 au moment de l'égalité. Intervient alors l'étape 33, qui définit le fonctionnement courant de l'appareil, et est représenté par le fait qu'on définit un signal pilote, noté NIVEAU, et qui représente la valeur du signal détecté noté SIGNAL, augmentée de L 0. -8 - L'étape 33 permet donc de définir la valeur initiale du signal-pilote. Après cela, l'étape 34 est inscrite dans le début d'une boucle, qui va définir la suite du fonction- nement Cette étape 34 consiste en une nouvelle mesure du signal détecté, tout comme l'étape 32 L'étape suivante, notée 35, examine si le signal détecté est inférieur au niveau du signal pilote Si elle lui est supérieure, l'étape 36 est un test qui détermine si cela constitue un franchissement du niveau du signal pilote qui viendrait d'être effectué Si oui, l'étape 37 établit qu'il s'agit d'un début de pic, et on voit une commande correspondante au collecteur de fraction pour initier un prélèvement des effluents On revient alors en 34. Si l'étape 36 donnait une sortie non, c'est alors qu'on était en cours de pic On examine au test 38 si le signal détecté passe par un minimum Si oui, l'étape 39 établit un changement de pic, et commande en conséquence le collecteur de fraction pour passer à un nouveau tube. Si non, la sortie de l'étape 38 va alors vers un test 40 qui examine si la durée du pic est égale à une fraction choisie de la durée TMAX définie par l'usager Si cette condition de dépassement de durée n'est pas vérifiée, on retourne directement à l'étape 34 Si cette condition est au contraire vérifiée, l'étape 41 définit une mise à jour de la valeur du signal NIVEAU, pour établir maintenant celui-ci à la valeur courante du signal détecté, augmentée de L 0. On retourne alors à l'étape 34. Il reste maintenant à examiner la sortie oui du test 35 Cette sortie indique que le signal détecté demeure inférieur au niveau du signal pilote L'étape 45 examine si un franchissement du niveau a été effectué. -9- Si oui, il s'agit alors d'un retour en dessous du niveau, et l'étape 46 établit une fin de pic, tout en commandant en conséquence le collecteur de fraction pour arrêter le prélèvement. Si la sortie du test 45 est non, c'est qu'on est resté en dessous du signal pilote, et hors d'un pic. Dans ce cas, on détecte au test 47 si la pente du signal détecté est inférieure au seuil de pente 50 Si cette condition est réalisée, on continue à établir à l'étape 48 le signal pilote en fonction du signal détecté, et avec la même pente que celui-ci, par la relation NIVEAU = SIGNAL + L 0. Et l'on revient à l'étape 34 Si au contraire le test 47 révèle que la pente du signal est supérieure au seuil 50, c'est alors la sortie non du test 47 qui est prise, et le signal NIVEAU reste à sa valeur précédente, après quoi on retourne à l'étape 34. On se référera maintenant à la figure 4 qui permet de mieux comprendre la présente invention Sur cette figure, les abcisses représentent un axe des temps, repérés en minutes, et les ordonnées représentent un paramètre de détection Il s'agit d'une chromatographie en phase liquide effectuée avec un gradient d'élution, la courbe de ce gradient étant donnée en trait tireté long, en référence à l'axe des ordonnées qui apparaît en partie droite de la figure 4 On voit que le pour- centage était au départ de 60 % de B dans A, pour monter en ligne droite jusqu'à un nouveau palier à 70 %, puis monter à nouveau en ligne droite jusqu'à un ultime palier à 80 %. L'injection d'échantillon a été faite à l'ins- tant 0, et bien entendu aucun pic significatif n'a été observé pendant un temps bref consécutif à cette injection. Au même moment, la valeur du signal pilote NIVEAU a été fixée un peu au dessus du niveau de la ligne de base du -10- signal détecté, qui est illustré en trait plein léger tandis que le signal NIVEAU est illustré en trait plus fort. Au début, on passe par les étapes 35, 45, 47 et 48 de la figure 3 Cependant, comme le signal détecté est constant, le signal NIVEAU reste constant lui aussi. Un premier pic brutal apparaît A ce moment, on va maintenant passer par les étapes 35, 36 et 37, et le collecteur de fraction est mis en fonctionnement (sauf programmation spéciale des pics, comme on le verra plus loin). Pour l'échantillon suivant du signal numérique détecté, on passera par les étapes 35, 36, 38 et 40 sorties non Le signal NIVEAU reste donc de valeur constante, et l'on reste dans le premier pic Cela va durer jusqu'à ce que la valeur du signal détecté rede- vienne inférieure au signal pilote NIVEAU A ce moment, on passe par les étapes 35, 45 et 46, ce qui représente une fin de pic. Après le pic 1, le signal NIVEAU reste à sa valeur constante, étant donné qu'il n'y a pas une diffé- rence supérieure à L O entre la valeur du signal détecté et la valeur de oe signal pilote Un pic très bref se trouve escamoté par le fait qu'il reste inférieur au signal pilote NIVEAU. Après cela, on trouve un second pic, numéroté 2. Pour ce second pic, les choses se passent comme pour le premier Après le second pic, on voit que la valeur du signal pilote NIVEAU va monter légèrement, pour suivre un début de montée de la ligne de base. Cette montée va se trouver interrompue au moment o apparaît un troisième pic, pendant lequel la valeur du signal NIVEAU reste encore une fois cons- tante. 252817 ^ -11- Après ce troisième pic, on rétablit à nouveau la valeur du signal pilote d'après la relation précitée NIVEAU = SIGNAL + L 0. On note que le signal NIVEAU continue à monter, en suivant la pente de la ligne de base. On va continuer de la sorte, en détectant le quatrième pic, puis le cinquième, puis le sixième Après le sixième pic, la ligne de base cesse son ascension. On remarquera que le signal NIVEAU va conserver un paral- lélisme approximatif avec celle-ci, c'est-à-dire approxi- mativement avoir la même pente que la ligne de base Après le sixième pic, un pic d'artefact est là encore escamoté. On trouve ensuite un septième, suivi d'un huitième pic, tous deux correctement détectés. Pendant la montée ultérieure du niveau de la ligne de base, le signal NIVEAU va encore suivre celle-ci, pour détecter finalement les neuvième et dixième pics, après quoi plus aucun pic significatif n'apparaît. On remarquera que les moyens de la présente invention fonctionnent remarquablement bien, en suivant de très près l'évolution de la ligne de base Les arte- facts sont convenablement escamotés, tandis que tous les pics utiles sont détectés. Naturellement, il est possible en pratique à l'opérateur, qui connaît par exemple déjà certains des constituants, et ne désire en isoler que d'autres, de sélectionner par exemple les pics qu'il veut voir faire l'objet d'un prélèvement au niveau du collecteur de fraction Cela s'effectue à l'aide du clavier 24 De la sorte, on pourra par exemple sélectionner seulement les pics 1, 3, 5, 7 et 9. La ligne horizontale en trait d'axe se repré- sente à un niveau constant qui aurait pu être utilisé selon la technique antérieure pour une chromatographie du type illustré sur la figure 4 Cette ligne à niveau -12 constant aura isolé correctement le pic 1, tout juste perçu le pic 2, et isolé correctement les pics 3, 4 et 5. Par contre, après cela, le collecteur de fraction aura été excité en permanence, et aurait prélevé une quantité importante d'effluent parfaitement inutile, dans lequel se trouveraient noyés certains tubes correspondant auxpics 6, 7, 8, 9 et 10 Il est clair que ce type de fonctionnement est tout à fait inconfortable pour l'utilisateur. La figure 5 illustre un autre type de chroma- tographie réalisé avec les moyens de la présente invention, et avec des réglages un peu différents Le déroulement des opérations n'est pas fondamentalement distinct de celui de la figure 4, et la figure 5 ne sera pas décrite spécialement On remarquera simplement que le dispositif selon l'invention permet de repérer avec une bonne exac- titude des pics qui ne sont pas nécessairement très pointus. On se référera maintenant à la figure 6 qui illustre une autre application du procédé de l'invention. Sur cette figure, les largeurs de pics sont également très importantes, et l'on observera dès main- tenant qu'elles sont supérieures à la valeur limite de durée de pic qui intervient à l'étape 40 de la figure 3. Au début, le signal NIVEAU s'établit donc à la valeur du signal détecté + L O Cette valeur monte légèrement au début du premier pic, pour rester constante tout pendant ce premier pic, qui est détecté de la même manière que précédemment Cependant, lorsque l'étape 40 indique que la durée du pic a dépassé la valeur maximum, on passe alors à l'étape 41, qui fixe autoritairement le signal NIVEAU à la valeur du signal détecté augementée de L O C'est la raison pour laquelle on observe une montée brutale du signal NIVEAU, indiqué en 61 sur la 3 ' figure 6. -13- Après cela, le signal NIVEAU suit de façon quasi parallèle (compte tenu de sa numérisation) l'évo- lution de la ligne-de base Un nouveau pic est détecté un peu plus tard, pendant lequel le signal NIVEAU demeure à une valeur constante En 63, l'étape 38 détecte un minimum dans le signal détecté Cette détection s'effec- tue de manière connue en elle-même On enregistre alors un changement de pic, au niveau de l'étape 39, et le òllecteur de fraction passe sur un autre tube Lorsqu'- après ce troisième pic le signal possède une pente inférieure au seuil, la valeur du signal pilote redescend alors, avec un léger retard, d'après l'étape 48, qui fixe à nouveau le signal NIVEAU à la valeur du signal détecté augmentée de L 0. Les exemples qui viennent d'être donnés montrent que le procédé de la présente invention permet un fonc- tionnement très efficace dans l'analyse d'éluents et le prélèvement de ceux -ci par un collecteur de fractions, et ceci dans de nombreux cas de figures, o l'allure de la ligne de base du signal détecté varie dans des proportions importantes. La présente invention couvre non seulement le procédé qui vient d'être décrit, mais aussi les moyens pour sa mise en oeuvre, qui peuvent être incor- porés à tout dispositif d'analyse d'effluents, en particulier à des détecteurs, et/ou à des collecteurs de fraction; qui peuvent servir dans des installations de chromatographie en phase liquide, ou dans d'autres types d'installations comparables. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit, et s'étend à toute variante incluse dans le cadre des revendications ci-après En particulier, on peut définir le seuil de pente (au clavier) autrement que par une quantité préétablie (D%) et la valeur TELX int:c t par lopé-ateur. -14- REVEW-)ICATIONS 1. Procédé d'analyse d'effluents, dans lequel: a) on détecte en fonction du temps, sous forme de signal électrique, une propriété physique et/ou chimique de l'effluent, le signal électrique détecté comportant une ligne de base assortie de pics dont cer- tains sont représentatifs d'informations utiles concer- nant l'effluent; b) on analyse le signal détecté, en particu- lier d'après sa pente, en vue d'y sélectionner des pics utiles; caractérisé par le fait que l'étape d'analyse b) comprend les opérations suivantes: bl) définir une valeur d'écart (LO) et un seuil de pente (SO); b 2) comparer la pente du signal détecté, à la valeur de seuil ( 50); b 3) faire évaluer le signal pilote à partir d'une valeur égale au signal détecté, augmenté de la valeur d'écart (L 0), tant que la pente du signal détecté est inférieure au seuil; b 4) limiter l'évolution du signal pilote lorsque la pente du signal détecté est supérieure au seuil; et b 5) retenir comme un pic utile les valeurs consécutives du signal détecté qui dépassent le niveau du signal pilote. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'opération b 4) consiste a bloquer le signal pilote lorsque la pente du signal détecté est supérieure 2 la valeur de seuil ( 50). 3. Procédé selon l'une des revendications I et 2, caractérisé par le fait que lorsque la pente du signal détecté redevient inférieure à la valeur de seuil ( 50), on reprend en continuité la valeur précédente du signal -15- pilote si la durée de dépassement di seuil a été inf- rieure à une durée choisie (TVAX), ou bien on repart d'une valeur 4 gale à la somme du signal détecté et de la valeur d'écart (L 0), dans le cas contraire. 4 Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la valeur d'écart (L 0) et une durée choisie (TIAX) sont définissable par l'usa- ger, le seuil de pente ( 50) -tant défini comme le rapport d'une quantité préétablie à la durée choisie. 5 Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'on détecte, en outre, le passage du signal détecté par un minimum, ce qui définit un changement de pic utile. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le signal détecté est converti sous forme numérique. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le f'ait qu'il comporte, en outre, l'opération c) corsistant à faire au moins un prélève- ment d'effluent pendant un pic utile. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que l'effluent est le liquide sortant d'une colonne de chromatoera Dhie en Dhase liquide. 9. Procédé selon la revendication 8, caractéris> par le fait cue la colonne est alimentée avec un gradient d'élution. 10. Dispositif détecteur et/ou collecteur de fractions pour analyse d'effluents, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications i à c.