Brevet FR2558958A1 — publié le 19850802

La présente invention concerne des perfectionnements, apportés à la surveillance, plus particulièrement l'invention concerne des perfectionnements apportés à la surveillance passive de vapeurs organiques présentes dans une atmosphère, tout spécialement dans le cas de la surveillance de très faibles concentrations de vapeur d'impuretés organiques dans une atmosphère. On sait échantillonner des atmosphères sur les lieux de travail afin de déceler des impuretés, substances contami- nantes ou)polluarntes. Les deux systèmes fondamentaux sont des systèmes actifs et passifs. Des systèmes actifs aspirent de l'atmosphère dans un appareil, à l'aide d'une pompe, et effectuent ensuite une surveillance continue, par exemple par analyse infrarouge, ou bien en adsorbant/absorbant l'impureté ou substance polluante sur une matière pouvant, après un temps donné, être traitée pour libérer, en vue de l'analyse, les impuretés ou matières polluantes. Un système passif fonctionne sans faire appel à une pompe et il opère en général par diffusion de l'il;monplrè et collecte de l'impureté ou matière polluante sur une matière convenable. Des systèmes d'échantillonnage des deux types sont disponi- bles et couronnés de succès à l'échelle commerciale,mais la Demanderesse ne pense pas que l'un quelconque d'entre eux soit capable d'échantillonner avec précision les atmosphères con- tenant de très faibles quantités de vapeurs organiques, de -3 l'ordre de ppm x 10 3 Par exemple, le dispositif NIOSH comportant des tubes d'absorption sur charbon actif ainsi qu'une pompe d'échantillonnage pour la sécurité du personnel sert largement aux Etats-Unis d'Amérique, au Royaume-Uni et ailleurs à titre de méthode précise de détermination, notamment, du benzène, du toluène et des xylènes (BTX) sur le lieu de travail. Cependant, il n'est pas recommandé que le dispositif NIOSH serve pour des concentrations inférieures à 0,1 ppm. En remplaçant les tubes garnis de charbon actif par des tubes d'adsorption de vapeur utilisant une matière polymère adsorbante, "Tenax GC", on améliore la limite infé- rieure de détermination qui passe à environ 3 x 10 3 ppm, mais l'exigence d'une supervision constante de chaque point d'échantillonnage exclut la surveillance simultanée d'une large zone, par exemple l'environnement d'une cokerie. Les appareils de surveillance passive ou dosimètres dépendent de la diffusion des vapeurs organiques indivi- duelles, et de la structure physique de l'appareil de sur- veillance. Il existe plusieurs appareils de surveillance passive sur le marché et ils offrent, à un prix relativement bas, la possibilité de servir en grand nombre sans exiger une supervision faisant appel à beaucoup de main-d'oeuvre. La majorité de ces appareils utilise un élément imprégné de charbon actif ou des granules de charbon actif et ils sont incapables pour diverses raisons, y compris souvent un niveau élevé de contamination de la matière adsorbante, de mesurer avec précision de très faibles taux d'impuretés flottant dans l'air ou apportées par l'air. Il existe aussi dans le commerce des appareils de surveillance passive comportant des matières polymères adsorbantes et, si ces matières ont un meilleur comportement que celui des appa- reils à charbon actif, ils n'offrent pas encore de précision -3 dans l'intervalle de ppm x 103. La présente invention fournit un nouvel appareil de surveillance passive, capable de mesurer avec précision des concentrations de l'ordre de ppm x 10-3 de vapeurs organiques dans une atmosphère, cet appareil comprenant une charge de matière adsorbante et un réservoir d'adsorbant comportant une première chambre d'échantillonnage et une seconde chambre de désorption, interconnectées et agencées de manière que la charge adsorbante puisse être placée dans la première chambre, dans laquelle elle est exposée à l'atmosphère et adsorbe toutes les impuretés organiques éventuelles et, à l'issue d'un temps prédéterminé d'échantillonnage, cette charge peut être transférée sans manutention à la seconde chambre dans laquelle l'adsorbant peut être traité afin de désorber les impuretés organiques de manière à les enlever du récipient en vue de leur analyse, la première chambre ayant une plus grande surface, en coupe transversale, que la seconde chambre. L'adsorbant Dréféré est un adsorbant polymère. mais il peut s'agir de n'importe quel adsorbant capable d'adsorber des vapeurs organiques aux concentrations requises dans l'air et de désorber la quasi-totalité des vapeurs adsorbées, sans exiger de traitement par un solvant liquidc. De préfé- rence, la désorption est réalisée sous l'effet d'un chauf- fage, en utilisant un courant de gaz propre destiné à empor- ter la matière désorbée pour la faire sortir du récipient et la diriger vers un dispositif d'analyse. La méthode d'ana- lyse n'est pas fondamentale, pourvu qu'elle offre une préci- sion suffisante aux niveaux de concentrations en cause, et il s'agit commodément d'une méthode chromatographique. Commodément, le récipient porte-adsorbant comprend deux cylindres, dont l'un présente un rapport relativement grand entre son diamètre et sa longueur, et forme la première chambre, et l'autre présente un rapport relativement faible entre son diamètre et sa longueur et forme la seconde chambre. De préférence, un simple retournement provoque l'écoulement par gravité de l'adsorbant d'une chambre à l'autre, et une simple connexion coaxiale des cylindres donne une structure directe et efficace. Le récipient porte-adsorbant doit assu- rer un accès à l'atmosphère à échantillonner et éviter cepen- dant la perte de l'adsorbant; de même, l'adsorbant ne doit pas être perdu quand la désorption se produit. Commodément, l'adsorbant est retenu en place par une toile à maille fine qui ne restreint pas la diffusion de l'atmosphère vers l'adsorbant. De préférence, le récipient porte-adsorbant est équipé d'un raccord permettant de relier un tube d'ali- mentation en gaz et d'un raccord permettant au gaz emportant l'impureté désorbée de s'écouler vers le dispositif ou appa- reillage d'analyse. L'invention sera maintenant décrite plus en détail, à titre d'exemple illustratif mais nullement limitatif, en regard du dessin annexé sur lequel: la figure 1 montre une'coupe d'un appareil de sur- veillance selon l'invention, prêt à échantillonner une atmos- 2558958' phère, et la figure 2 montre une coupe de l'appareil de sur- veillance de la figure 1, prêt à une désorption des impure- tés. En se référant au dessin, on voit que l'appareil de surveillance comprend un corps 1 de récipient porte- adsorbant, comportant une première chambre 2 d'échantillon- nage et une seconde chambre 3 d'adsorption. Sur la figure 1, l'extrémité de la seconde chambre est fermée par un capu- chon ou embout fermé 4, ajusté de force, et une charge 5, de 0,2 g d'adsorbant polymère "Tenax GC", en particules de 250 à 500 ym, est retenue par un disque de toile métallique à maille fine ayant des ouvertures 6 de 150 um. Un autre disque 7 de ce genre est monté a l'extrémité ouverte de la chambre 2 sur un écrou 8 amovible, pour empêcher l'entrée d'une matière particulaire; si on le désire, on peut utili- ser, au lieu, ou en plus, du disque 7, une membrane de permé- ation, qui est de façon appropriée en PTFE (polytétrafluor- éthylène). Dans la partie désorption du fonctionnement de l'appareil de surveillance, comme représenté sur la figure 2, le corps de récipent porte-adsorbant est renversé, et la charge d'adsorbant s'écoule pour emplir la-chambre 3 faisant alors office de chambre de désorption. Le capuchon 4 ajusté de force est enlevé et il est remplacé par un écrou 9, comportant une toile métallique fine 6'(pour retenir la charge) et un raccord 10 avec un tube à gaz, destiné à permettre l'acheminement d'un mélange gaz/impuretés vers un chromatographe en phase gazeuse (non représenté). L'écrou 8 est remplacé par un écrou 11 comportant un raccord 12 d'admission de gaz. En service, l'appareil de surveillance est placé, en un endroit voulu, comme représenté sur la figure 1. L'atmosphère vient au contact de la surface relativement grande d'adsorbant exposée au disque 6, et il se produit une adsorption des vapeurs organiques constituant des impure- tés ou matières polluantes. A la fin du temps, choisi au préalable, d'exposition, par exemple 8 heures, on utilise un écrou à chapeau (non représenté) pour fermer de manière étanche l'extrémité ouverte de l'appareil de surveillance, et cet appareil de surveillance peut alors être transporté ou conservé en vue d'une analyse ultérieure. Pour l'analyse, on utilise la configuration représentée sur la figure 2, et l'on place la chambre étroite 3 de désorption, contenant l'adsorbant, dans un bloc de chauffage, on fait passer dans cette chambre un courant d'azote sec et l'on analyse, par exemple à l'aide d'un chromatographe à gaz, les impuretés désorbées. Des essais initiaux ont montré une adsorption de vapeurs organiques contaminantes représentant environ 15 fois l'adsorption d'un système commercial de surveillance passive (tubes d'adsorption de vapeur Perkin-Elmer, servant en utilisation passive). On envisage que les mêmes appareils de surveillance puissent servir, en plus de la surveillance précise de matières organiques très diluées, pour déceler des taux de contamination bien supérieurs, par exemple de l'ordre des ppm, à de plus faibles temnpsd'exposition de l'ordre de quelques minutes. L'invention envisage en outre l'application de l'appareil de surveillance passive, décrit ci-dessus, à ce contrôle de concentrations,très faibles à faiblesde vapeurs organiques, constituant des impuretés, dans une atmosphère, par exemple pour éviter une pollution de l'envi- ronnement o pour prendre, s'il y a lieu, des mesures de protection du personnel sur des lieux de travail. Il va de soi que, sans sortir du cadre de l'inven- tion, de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil de surveillance passive, décrit et représenté, pour mesurer avec précision de très faibles concentrations (ppm x 10 3) de vapeurs organiques dans une atmosphère. REVENDICATIONS 1. Appareil de surveillance passive, capable de mesu- rer avec précision des concentrations de l'ordre de -3 ppm x 10 3 de vapeurs organiques dans une atmosphère, appa- reil caractérisé en ce qu'il contient une charge (5) d'adsorbant et comporte un corps (1) de récipient porte- adsorbant comprenant une première chambre (2) d'échantillon- nage à laquelle est interconnectée une seconde chambre (3) de désorption agencée de manière que la charge (5) d'adsor- bant puisse être placée dans la première chambre (2) dans laquelle elle est exposée à l'atmosphère à surveiller et adsorbe toutes les impuretés organiques éventuelles et, à la fin d'un temps prédéterminé d'échantillonnage, cette charge puisse être transférée sans manutention à la seconde chambre (3) dans laquelle l'adsorbant (5) peut être traité pour désorber les impuretés organiques de manière à les retirer du récipient pour les analyser, l'appareil étant en outre caractérisé en ce que la première chambre (2) a en section transversale une plus grande surface que la seconde chambre (3). 2. Appareil de surveillance selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'adsorbant (5) est un adsorbant polymère. 3. Appareil de surveillance selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les première (2) et seconde (3) chambres sont deux cylindres, dont le premier présente un rapport relativement grand entre son diamètre et sa longueur et le second présente un rapport relativement faible entre son diamètre et sa longueur. 4. Appareil de surveillance selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un renversement d'une position à une autre suffit à provoquer l'écoulement par gravité de l'adsorbant d'une chambre à l'autre. 5. Appareil de surveillance selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un raccord (12) permettant de relier un conduit 2558958' d'alimentation en gaz et un raccord (10) permettant à du gaz véhiculant l'impureté désorbée de s'écouler hors du récipient pour être analysé. 6. Procédé de surveillance passive de vapeurs organi- ques constituant des impuretés dans une atmosphère, procédé caractérisé en ce qu'on utilise un appareil selon l 'une quelconque des revendications précédentes.