Brevet FR2562323A1 — publié le 19851004

La présente invention concerne un procédé pour l'analyse simultanée de plusieurs courants gazeux par spectrométrie de masse et les moyens et dispositifs pour sa mise en oeuvre. On sait que la spectrométrie de masse constitue un moyen pratique et efficace d'analyse aussi bien qualitative que quantitative. Un tel moyen est de plus en plus utilisé dans l'industrie pour divers contrôles, soit au cours du déroulement d'un procédé de fabrication, soit pour s'assurer de la qualité d'un produit fini. C'est ainsi que l'on a recours à la spectrométrie de masse pour l'analyse des divers courants gazeux par exemple admis dans ou issus dlun processus industriel faisant intervenir de tels courants. I1 est en effet important, dans un cycle de fabrication, de connaître, de façon pratiquement permanente, soit pour une raison de sécurité, soit pour une raison touchant à la maîtrise d'une réaction, la nature et la teneur des constituants des divers flux gazeux circulant dans une installation.L'analyse spectrométrique de chacun de ces flux se fait donc séparément par prélèvement d'échantillons sur chaque circuit, suivant des modalités données quant à la constance des quantités prélevées et aux conditions de prélèvement (température, pression). Si l'on ne dispose que d'un seul spectromètre, les installations actuellement connues ne permettent de n analyser qu'un seul courant gazeux à la fois. De plus, et suivant les techniques utilisées d'échantillonnage et/ou d'introduction des échantillons dans le spectromètre, on se heurte à un certain nombre de difficultés telles que, entre autres, les perturbations de mesures dues aux "bruits de fond" créés par les gaz s'accumulant sur les parois et/ou refoulés par le système de pompage et le manque de sensibilité de la méthode pour mesurer des faibles pressions partielles. Le procédé de la présente invention pallie ces inconvénients tout en permettant d'analyser simultanément plusieurs constituants de plusieurs flux gazeux avec un seul spectromètre de masse. Ce procédé est essentiellement caractérisé par le fait qu'il consiste à admettre dans un spectromètre de masse des échantillons d'un volume donné du flux gazeux à analyser à une fréquence donnée et, à la même fréquence, à détecter les signaux ou à mesurer les pics correspondant à chaque constituant dudit flux. Le procédé de l'invention permet ainsi de ne détecter que les signaux et de ne mesurer que les pics de masse m/q ("m" étant la masse moléculaire et "q" la charge) provenant de et propre à chaque constituant de l'échantillon gazeux avec la même fréquence que celle à laquelle ledit échantillon a été admis dans le spectromètre, si bien que les éléments parasites pouvant intervenir hors de cette fréquence ne sont pas pris en compte, ce qui permet d'éliminer de façon très sensible les "bruits de fond" et d'améliorer considérablement le rapport signal/bruit. Suivant un mode de réalisation possible, les échantillons de flux gazeux à analyser sont admis dans le spectromètre de masse au moyen d'une vanne, de préférence doseuse, fonctionnant en régime alternatif en en commandant l'ouverture et la fermeture à la fréquence fixe donnée (F). Dans le cas de plusieurs flux gazeux, on a recours avantageusement à autant de vannes qu'il y a de flux, et on fait fonctionner ces vannes à des fréquences différentes ou avec des déphasages différents entre elles, ce qui permet d'analyser les différents flux gazeux simultanément, en détectant les signaux à des fréquences différentes correspondant à chaque vanne considérée ou en mesurant les pics avec des déphasages différents. De façon également avantageuse, la détection se fait avec autant de détecteurs synchrones de types connus qu'il y a de vannes ou de flux gazeux à analyser. Suivant une variante, la détection se fait numériquement de façon également connue avec un microprocesseur travaillant en comptage et faisant numériquement les opérations. La description qui va suivre faite en regard du schéma explicatif annexé fera mieux comprendre la portée et l'intérêt de l'invention. En se référant à ce schéma, la mise en oeuvre du procédé de l'invention consiste à monter sur un circuit de courant gazeux G1 une vanne à fonctionnement alternatif (V1). La fréquence d'ouverture et de fermeture de cette vanne est dictée par une unité de contrôle (U1C1) imposant une fréquence (F1) par l'émission des signaux de cet-te fréquence (par exemple des signaux carrés). Ces mêmes signaux sont également pris comme signaux de référence (R1D1S1) pour un détecteur synchrone de type connu (DS). Les échantillons prélevés et dosés par la vanne V1 sont admis, à la fréquence F1, dans le spectromètre de masse (SM) lequel comporte ses dispositifs et accessoires connus tels que sa commande de balayage de masse (CBM) et son système électronique de commande (ECSM). Les signaux alternatifs provenant de ce dernier sont alors envoyés dans le détecteur synchrone (D1S1) . A la sortie de ce dernier, on obtient directement par un système enregistreur connu la hauteur de chaque pic de masse donné m/q ("m" étant la masse moléculaire et "q" la charge) de chaque constituant du gaz G1. Les dispositifs électriques ou électroniques utilisés dans la mise en oeuvre du procédé ci-dessus sont de type connu et n'ont pas à être décrits en détail dans la présente description. On comprendra aisément que si l'on désire procéder à l'analyse d'un'second flux gazeux G2, il suffira de prévoir une vanne (V2) propre au circuit de ce flux ainsi que les mêmes dispositifs qui lui sont associés (U2C2 - R2D2S2 D2S2). Ce second circuit sera régi par une fréquence (F2) différente de (F1). On voit ainsi que le procédé de l'invention permet, étant donné ces fréquences différentes, d'analyser simultanément plus d'un flux gazeux dans le même spectromètre de masse. On peut également prévoir de travailler avec une seule fréquence (F) mais avec des commandes des vannes correspondant aux flux admis déphasés de fractions de ? un analyseur approprié et programmé donnant facilement les intégrales des signaux ainsi déphasés. Ainsi, en utilisant plusieurs vannes fonctionnant, soit à des fréquences différentes, soit avec des déphasages différents, on peut, grâce à ltinvention, analyser plusieurs gaz simultanément en détectant par des moyens connus les signaux des fréquences différentes ou en mesurant les pics à des déphasages différents. Ce procédé, allié au multiplexage connu des spectres,permet ainsi d'analyser simultanément plusieurs- constituants-de plusieurs gaz avec un seul spectromètre de masse. Il va de soi que la présente invention n'å été décrite qu'à titre purement explicatif et nullement limitatif et que toute mdification utile pourra y être apportée sans sortir de son cadre. C'est ainsi que les détecteurs synchrones utilisés pourront également fonctionner numériquement avec microprocesseur à comptage et à opérations numériques. REVENDICATIONS 1. Procédé permettant l'analyse simultanée de plusieurs courants gazeux, essentiellement caractérisé par le fait qu'il consiste à admettre dans un spectromètre de masse des échantillons d'un volume donné du flux gazeux à analyser à une fréquence donnée et, à la même fréquence, à détecter les signaux ou à mesurer les pics correspondant à chaque constituant dudit flux. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les échantillons de flux gazeux à analyser sont admis dans le spectromètre de masse au moyen d'une vanne, de préférence doseuse, fonctionnant en régime alternatif en en commandant l'ouverture et la fermeture à la fréquence fixe donnée (F). 3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé par le fait que, dans le cas de plusieurs flux gazeux, on a recours avantageusement à autant de vannes qu'il y a de flux, et on fait fonctionner ces vannes à des fréquences différentes ou avec des déphasages différents entre elles, ce qui permet d'analyser les différents flux gazeux simultanément en détectant les signaux à des fréquences différentes correspondant à chaque vanne considérée ou en mesurant les pics avec des déphasages différents. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la détection se fait avec autant de détecteurs synchrones de types connus qu'il y a de vannes ou de flux gazeux à analyser. 5. Procédé selon ltune quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la détection se fait numériquement, de façon également connue, avec un microprocesseur travaillant en comptage et faisant numériquement les opérations. 6. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 comportant, montéessur au moins un circuit de courant gazeux (G1), une vanne à fonctionnement alternatif (V1) ; une unité de contrôle (U ) imposant une fréquence (F1) d'ouverture et de fermeture de cette vanne par l'émission de signaux de cette fréquence, ces mêmes signaux étant également pris comme signaux de référence (R1D1S1) ) pour un détecteur synchrone (DS) et un spectromètre de masse (SM) associé à ses dispositifs de commande de balayage de masse (CBM) et de commande électronique (ECSM).