Brevet FR2560783A1 — publié le 19850913

PROCEDE ET DISPOSITIF POUR CAPTER ET RECUEILLIR DES PRODUITS A LA SORTIE D'UN CHROMATOGRAPHE, APPAREIL DE TRAITEMENT D'UN AEROSOL L'invention concerne un procédé et un dispositif pour capter et recueillir un ou plusieurs produits contenus sous forme gazeuse dans un gaz vecteur à la sortie d'un chromatographe en phase vapeur (C.P.V.) ; l'invention s'é- tend, en tant que tel, à un sous-ensemble dudit dispositif, en vue de traiter un aérosol pour en séparer la phase liquide et la phase gazeuse. On sait que certains produits chimiques contenus sous forme gazeuse à la sortie des chromatographes C.P.V. ne peuvent être piégés par les méthodes traditionnelles (froid...) ; c'est en particulier le cas des corps solides à température ambiante qui possèdent une tension de vapeur élevée (cétones cycliques organométalliques, naphtalène, camphre...) Dans les applications chromatographiques analytiques, cette insuffisance des méthodes traditionnelles peut conduire à rejeter un ou des produits toxiques dans le gaz vecteur et donc à polluer l'atmosphère. Dans les applications préparatives, cette insuffisance limite le domaine d'utilisation des techniques chromatographiques puisqu'il n'est actuellement pas possible, après la séparation sélective réalisée, de capter et recueillir certains produits qui sont entraînés dans le gaz vecteur. La présente invention se propose de remédier à l'insuffisance des méthodes traditionnellement mises en oeuvre à la sortie des chromatographes C.P.V. en vue de permettre de capter et recueillir certains produits jusqu'à présent non récupérables, en particulier des produits à tension de vapeur élevée. Un objectif de l'invention est ainsi, dans les applications préparatives, d'autoriser la préparation de ces produits, élargissant de la sorte le domaine d'intervention des techniques chromatographiques. Toujours dans le cadre des applications préparatives, un autre objectif de l'invention est de permettre, dans le cas où le gaz vecteur contient plusieurs produits du type précité, de capter et recueillir séparément ces produits à la sortie du chromatographe C.P.V. Un autre objectif de l'invention est de réduire, dans les applications analytiques, la pollution engendrée par le rejet du gaz vecteur dans l'atmosphère, en évitant notamment le rejet de produits toxiques. En premier lieu, l'invention a pour objet un procédé pour capter et recueillir un ou plusieurs produits contenus sous forme gazeuse dans un gaz vecteur à la sortie d'un chromatographe C.P.V. ; selon la présente invention, ledit procédé consiste a à condenser le ou lesdits produits contenus dans le gaz vecteur, de façon à réaliser un aérosol, a à soumettre ledit aérosol à un champ électrique, en l'amenant à passer entre deux électrodes entre lesquelles est appliquée une différence de potentiel continue, à à guider vers un collecteur l'écoulement liquide s'opérant le long d'une électrode, et à séparer la phase liquide collectée et le gaz vecteur. La condensation du ou des produits peut etre obtenuepar tout moyen et, en particulier, par refroidissement ou par détente. A la sortie du chromatographe, les gaz présentent en général une température comprise entre 500 et 2500 C et la condensation peut avantageusement être obtenue par combinaison d'un refroidissement et d'une détente. La différence de potentiel à laquelle est soumis l'aérosol est de préférence comprise-entre 103 et volts en fonction de l'agencement géométrique des électrodes ; des valeurs de l'ordre de quelques kilovolts donnent généralement un bon résultat. Selon un mode de mise en oeuvre préféré du procédé, l'on dispose verticalement une électrode centrale à l'intérieur d'une électrode périphérique à surface verticale et l'on engendre par gravité l'écoulement du liquide vers le collecteur par ruissellement dudit liquide le long de la surface de l'électrode périphérique ,sous la forme de filets disjoints. (Par'surface verticale", on entend au sens large toute surface non horizontale permettant un écoulement de liquide par gravité le long de celle-ci). Les expérimentations ont démontré que le procédé de l'invention permet une récupération -pratiquement totale dans la plupart des cas- de produits impossibles à recueillir par les voies traditionnelles. Après passage sous forme d'aérosol, les fines goutelettes de produits soumises à un champ électrique intense sont ionisées et accélérées et viennent se plaquer contre l'électrode périphérique ; les produits s'écoulent alors par gravité sous forme liquide le long de cette électrode et sont récupérés à la base de celle-ci dans le collecteur. L'invention s'étend à un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus défini ; ce dispositif comprend un conduit d'entrée adapté pour être relié à la sortie du chromatographe, des moyens de condensation des produits à capter, une chambre d'ionisation d'axe vertical disposée en aval des moyens de condensation et comprenant une électrode centrale agencée à l'intérieur d'une électrode périphérique à surface verticale, des moyens électriques adaptés pour soumettre lesdites électrodes à une différence de potentiel continue, et des moyens de recueil et d'évacuation, adaptés pour recueillir la phase liquide s'écoulant le long de 1' électrode périphérique et assurer l'évacuation de la phase gazeuse. Selon un mode de réalisation préféré, l'électrode périphérique porte sur sa surface une pluralité de cannelures verticales adaptéespour guider l'écoulement liquide vers le collecteur et pour délimiter entre elles des arêtes de passage du courant d'ionisation. L'invention vise également une unité constituée par plusieurs dispositifs du type précité, agencés en parallèle à la sortie d'un chromatographe ; des moyens de liaison permettent de relier successivement la sortie de ce dernier à chacun des conduits d'entrée des divers dispositifs. Une telle unité permet de capter et recueillir séparément plusieurs produits contenus dans le gaz vecteur à la sortie du chromatographe. Après les adsorptions et désorptions sélectives produites dans cet appareil, ces produits sont véhiculés par le gaz vecteur à des instants prédéterminés selon des séquences fonction de la nature desdits produits ; à chaque séquence correspondant à la sortie d'un produit dans le gaz vecteur, un des dispositifs de captage est relié à la sortie du chromatographe pour recueillir le produit concerné. Par ailleurs, l'invention vise, en tant que tel, un sous-ensemble du dispositif précité, constituant un appareil de traitement d'aérosol, en vue d'en séparer de façon extrèmement efficace la phase liquide et la phase gazeuse. Cet appareil comprend essentiellement une chambre d'ionisation comportant une électrode centrale agencée à l'intérieur d'une électrode périphérique à surface verticale, des moyens électriques pour appliquer auxdites électrodes une différence de potentiel continue et des moyens de recueil et d'évacuation pour recueillir la phase liquide à la base de l'électrode périphérique et assurer l'évacuation de la phase gazeuse. L'invention ayant été exposée dans sa forme générale, la description qui suit, en référence aux dessins annexés, en présente à titre d'exemples non limitatifs, des modes de réalisation -, sur ces dessins - la figure 1 est une vue, en coupe par un plan vertical axial, d'un dispositif conforme à l'invention, branché à la sortie d'un chromatographe, - la figure 2 est une coupe transversale dudit dispositif, par un plan horizontal AA', - la figure 3 est une vue schématique en perspective montrant une unité pour capter et recueillir séparément plusieurs produits à la sortie d'un chromatographe, - la figure 4 est une vue, en coupe par un plan vertical axial d'un appareil de traitement d'aérosol conforme à l'invention. Le dispositif représenté à titre d'exemple aux figures 1 et 2 est destiné à se brancher sur le conduit de sortie 1 d'un chromatographe en phase vapeur de type classique (non représenté), en vue de capter et recueillir un ou des produits contenus dans le gaz vecteur (en particulier produits non récupérables par les voies traditionnelles : produits solides à la température ambiante, ayant une forte propension à se sublimer en raison de leur tension de vapeur élevée). Ce dispositif peut être utilisé aussi bien dans des chromatographiesanalytiques et il permet alors d'éviter de rejeter un gaz vecteur pollué, que dans des chromatographies préparatives pour préparer les produits précités. Le dispositif comprend un conduit d'entrée 2 qui traverse un réservoir 3 parcouru par un réfrigérant et se poursuit par un divergent-convergent 4 présentant une section S de diamètre élargi provoquant une détente du gaz. Le brusque refroidissement engendré dans le réservoir 3 et la détente au niveau de la section S sont ajustés dans chaque application de façon à obtenir une condensation pratiquement totale du ou des produits visés. Le divergent-convergent 4 débouche en partie haute d'une chambre d'ionisation 5, de forme générale cylindrique (ou polygonale) autour d1un axe vertical. Cette chambre comprend le long de son axe vertical une électrode centrale filiforme 6 située à l'aplomb de l'orifice d'arrivée 4a de l'aérosol dans la chambre. Cette électrode formée par un fil ou une tige de faible diamètre est portée par un isolateur supérieur 7 maintenu par trois entretoises isolantes 8 agencées à 1200 ; en partie haute, la chambre est dotée d'une paroi cylindrique 9 en matériau isolant (polyamide ou polytétrafluoroéthylène), à laquelle sont reliées les entretoises 8. Au-dessous de la paroi 9, une électrode périphérique 10 de forme générale cylindrique ou polygonale ferme la chambre 5 ; cette électrode possède une surface verticale intérieure dont l'axe coïncide avec l'électrode 6. Cette surface est pourvue d'une pluralité de cannelures verticales telles que 11 dont les creux sont adaptés pour guider un écoulement liquide et qui délimitent entre elles des arêtes 12 de passage d'un courant d'ionisation. En partie basse, la chambre 5 est fermée par un collecteur 13 en matériau isolant, qui forme une gorge circulaire 13a d'écoulement vers un conduit de sortie 14. Le conduit 14 débouche dans une enceinte de séparation 15 qui comporte en partie haute un conduit d'évacuation 16 du gaz vecteur. En outre, le dispositif comprend, dans un compartiment situé au-dessous du collecteur 13, une batterie haute tension rechargeable 17, apte à engendrer entre ses bornes une différence de potentiel de l'ordre de quelques kilovolts. L'électrode centrale 6 traverse le collecteur 13 et est reliée à la borne négative de la batterie 17, cependant que la borne positive de cette dernière constitue la référence de masse à laquelle est reliée l'électrode périphérique 10. Il est à noter que le courant qu'est appelée à débiter la batterie 17 est de l'ordre de quelques micro-ampères par centimètre d'électrode 6 et est donc compatible avec l'utilisation d'une batterie haute tension de type courant. Le fonctionnement du dispositif décrit est le suivant : la phase gazeuse arrivant par le conduit de sortie 1 du chromatographe est transformée en un aérosol par la combinaison du brusque refroidissement dans le réservoir 3 et de la détente dans le divergent-convergent 4: le produit à capter se présente à l'orifice 4a sous la forme de très fines gouttelettes dispersées dans le gaz vecteur. Par effet Corona, ces gouttelettes sont ionisées négativement au voisinage de l'électrode centrale 6 et sont accélérées vers l'électrode périphérique 10. En atteignant cette dernière, les gouttelettes coalescent et s'écoulent verticalement sous forme de filets dans lescreux 11 des cannelures ; la structure cannelée de l'électrode 10 permet le passage du courant d'ionisation au niveau des arêtes 12 (évitant la formation d'un film liquide continu sur l'é- lectrode, qui isolerait celle-ci). Les filets liquides s'écoulent dans le collecteur 13, puis dans le conduit 14 en même temps que le gaz vecteur. Le liquide est récupéré dans l'enceinte 15, le gaz vecteur s'échappant en tête de celle-ci au-dessus du niveau liquide afin d'éviter un entraînement du liquide par celui-ci. Par ailleurs, la figure 3 schématise une unité constituée par plusieurs dispositifs du type précité, tels que 18, qui peuvent être, tour à tour, reliés à un conduit 19 de sortie d'un chromatographe. Les moyens de liaison de ces dispositifs au conduit 19 peuvent notamment etre constitués, de façon connue en soi, par un disque tournant 20 pourvu, d'une part, d'orifices pour le passage des conduits d'entrée des dispositifs 18, d'autre part, de moyens de fixation desdits dispositifs. Avant chaque séquence de présentation d'un produit dans le gaz vecteur, le disque 20 est amène à tourner pour relier un nouveau dispositif 18 à la sortie du chromatographe. La figure 4 représente un appareil de traitement industriel d'aérosol en vue d'en séparer la phase liquide et la phase gazeuse. Cet appareil possède une chambre d'io ionisation et des électrodes identiques à celles représentées aux figures 1 et 2. Toutefois, ses dimensions étant plus importantes, l'alimentation haute tension est assurée par un générateur séparé. Le procédé de l'invention a en particulier été mis en oeuvre sur un dispositif du type de celui représenté aux figures 1 et 2 pour capter et recueillir des cétones organosiliciées et organogermaniées cycliques de taille moyenne (8 à 13 chaînons) du type (M = Si ou Ge) Le chromatographe utilisé était un chromatographe préparatif en phase vapeur de marque "VARIAN AEROGRAPH modèle 712". Le gaz vecteur était de l'azote rectifié. La température à la sortie du chromatographe était légèrement supérieure à la température d'ébullition des cétones concernées. Ces produits qui forment à la sortie du chromatographe un brouillard incondensable par les pièges usuels, ont été captés de façon extrêmement efficace par le dispositif de l'invention dont les paramètres étaient-les suivants - Température du réfrigérant : - 300 C, - Hauteur des électrodes : 50 mm, - Distance entre électrodes : 10 mm, - Différence de potentiel entre électrodes 4 000 volts, - Diamètre de l'électrode axiale : 0,1 mm. REVENDICATIONS 1/ - Procédé pour capter et recueillir un ou des produits contenus sous forme gazeuse dans un gaz vecteur à la sortie d'un chromatographe en phase vapeur (C.P.V.), caractérisé en ce qu'il consiste a à condenser le ou lesdits produits contenus dans le gaz vecteur, de façon à réaliser un aérosol, ~ à soumettre ledit aérosol à un champ électrique, en l'amenant à passer entre deux électrodes (6, 10) entre lesquelles est appliquée une différence de potentiel continue, ~ à guider vers un collecteur (13) l'é- coulement liquide s'opérant le long d'une électrode (10), et à séparer la phase liquide collectée et le gaz vecteur. 2/ - Procédé selon la revendication 1, dans lequel la condensation du ou des produits est obtenue par refroidissement. 3/ - Procédé selon la revendication 1, dans lequel la condensation du ou des produits est obtenue par détente. 4/ - Procédé selon la revendication 1 mis en oeuvre à la sortie d'un chromatographe ayant des gaz de sortie à une température comprise entre 500 C et 2500 C, dans lequel la condensation du ou des produits est obtenue par combinaison d'un refroidissement et d'une détente. 5/ - Procédé selon l'une des revendications 1, 2, 3 ou 4, dans lequel l'aérosol est soumis à une différence de potentiel comprise entre 103 et 105 volts. 6/ - Procédé selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4 ou 5, caractérisé en ce que l'on dispose verticalement une électrode centrale (6) à l'intérieur d'une électrode périphérique (10) à surface verticale et en ce que l'on engendre par gravité l'écoulement du liquide vers le collecteur (13) par ruissellement le long de la surface de ladite électrode périphérique sous la forme de filets disjoints. 7/ - Procédé selon les revendications 5 et 6 prises ensemble, dans lequel l'électrode centrale (6) est portée à un potentiel négatif par rapport à l'électrode périphérique (10). 8/ - Procédé selon 1!anodes revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou 7, caractérisé en ce que la séparation de la phase liquide et du gaz vecteur est assurée en délivrant ceuxci dans une enceinte de séparation (15) et en évacuant le gaz vecteur en tête de ladite enceinte au-dessus du niveau du liquide contenu dans celle-ci. 9/ - Dispositif pour capter et recueillir un ou des produits à la sortie d'un chromatographe, caractérisé en ce qu'il comprend un conduit d'entrée (2) adapté pour être relié à la sortie du chromatographe, des moyens (3, 4) de condensation des produits à capter, une chambre d'ionisation d'axe vertical (5 > , disposée en aval des moyens de condensation et comprenant une électrode centrale (6} agencée à l'intérieur d'une électrode périphérique à surface verticale (10), des moyens électriques (17) adaptés pour soumettre lesdites électrodes à une différence de potentiel continue, et des moyens (13, 14, 15, 16) de recueil et d'évacuation, adaptés pour recueillir la phase liquide s'écoulant le long de 1' électrode périphérique (10) et assurer l'évacuation de la phase gazeuse. 10/ - Dispositif selon la revendication 9, dans lequel les moyens de condensation comprennent des moyens de canalisation traversant un réservoir (3) parcouru par un réfrigérant. 11/ - Dispositif selon l'une des revendications 9 ou 10, dans lequel les moyens de condensation comprennent un divergent-convergent (4) présentant une section (S) de diamètre élargi. 12/ - Dispositif selon l'une des revendications 9, -10 ou 11, caractérisé en ce que la chambre d'ionisation (5) comprend une électrode centrale verticale filiforme (6), agencée selon l'axe vertical d'une électrode périphérique de forme générale cylindrique ou polygonale (10), les moyens de recueil comprenant un collecteur (13) situé à la base de ladite électrode périphérique (10). 13/ - Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'électrode périphérique (10) porte sur sa surface une pluralité de cannelures verticales (11) adaptées pour guider ltécoulement liquide vers le collecteur (13) et pour délimiter entre elles des arêtes (12) de passage du courant d'ionisation. 14/ - Unité pour capter et recueillir séparément plusieurs produits à la sortie d'un chromatographe, caractérisée en ce qu'elle comprend plusieurs dispositifs conformes à l'une des revendications 9 à 13, lesdits dispositifs étant disposés en parallèle à la sortie du chromatographe et associés à des moyens de liaison avec ledit chromatographe (20) adaptés pour permettre de relier successivement la sortie de ce dernier à chacun-des conduits d'entrée des divers dispositifs. 15/ - Appareil de traitement d'un aérosol en vue d'en séparer la phase liquide et la phase gazeuse, caractérisé en ce qu'il comprend une chambre d'ionisation (5) comportant une électrode centrale (6) agencée à l'intérieur d'une électrode périphérique à surface verticale (10), des moyens électriques (17) adaptés pour soumettre lesdites électrodes à une différence de potentiel continue, et des moyens (13, 14, 15, 16) de recueil et d'évacuation, adaptés pour recueillir la phase liquide s'écoulant le long de It électrode périphérique (10) et assurer l'évacuation de la phase gazeuse. 16/ - Appareil selon la revendication 15, caractérisé en ce que la chambre d'ionisation (5) comprend une électrode centrale verticale filiforme (6), agencée selon l'axe vertical d'une électrode périphérique de forme générale cylindrique ou polygonale (10), les moyens de recueil comprenant un collecteur (13) situé à la base de ladite électrode péripherique (10). 17/ - Appareil selon la revendication 16, caractérisé en ce que l'électrode périphérique (10) porte sur sa surface une pluralité de cannelures verticales (11) adaptées pour guider l'écoulement liquide vers le collecteur (13) et pour délimiter entre elles des arêtes (12) de passage du courant d'ionisation.