Brevet FR2596526A1 — publié le 19871002

La présente invention a pour objet des perfectionnements aux chromatographes en phase liquide à hautes performances, dits "HPLC" (high performance iiquid chromatography). A l'heure actuelle la plupart des détecteurs utilisés sont les photomètres et les réfractomètres, et plus rarement, pour des applications très spécifiques, des détecteurs électrochimiques, conductimétriques ou autres. Les photomètres présentent les avantages d'une haute sensibilité et d'une grande stabilité. Ils sont utilisables dans tous les cas o les éluats à détecter absorbent la lumière dans la gamme des longueurs d'onde comprises entre 190 et 700 nm environ. Mais ces photomètres présentent des inconvénients majeurs: ils ne sont pas universels et dans une même analyse, on peut rencontrer non seulement des éluats qui absorbent la lumière à des longueurs d'onde différentes ou qui même ne l'absorbent pratiquement pas, ce qui notamment en chromatographie préparative peut présenter l'inconvénient de laisser passer inaperçues des impuretés. Qui plus est, dans ce cas de chromatographie préparative, le photomètre est rapidement saturé vers une densité optique de l'ordre de 2. En divisant par exemple par O10 la longueur du chemin optique dans la cuve, on diminue cet inconvénient, mais en perdant plus encore sur la sensibilité. Quant aux refractomètres, ils présentent l'avantage essentiel d'être pratiquement universels. La plupart des appareils actuellement commercialisés sont à déviation de faisceaux lumineux par double cuve prismatique à circulation. Dans ces détecteurs, une source lumineuse projette un faisceau sur un double photodétecteur après avoir traversé successivement un diaphragme, d'éventuelles lentilles de concentration, une lame de verre tournante à faces parallèles pour ajuster le zero optique de l'appareil, c'est-à-dire pour équilibrer l'intensité lumineuse éclairant les deux photodétecteurs, une double cuve prismatique l'une pour un liquide de référence, l'autre 35 pour la phase à analyser. Lorsque l'indice de réfraction de cette dernière varie, la section prismatique des deux cuves successives est telle que le ::: D :;: : VD 0 f :::0::: :: D f:ff X 0 / : : : \:: s f 0 : 7:: :; f 0:lo :: : -:: 0::::::: f R: : ::: D : f T - 0 0 0 15 :: :: :::: E: *:: -: _ :::: 4:0 f 0 a, 20 0:'000' '' :: - X:E X:, :. :: 25 :.:::: D: :0:, f S E:: ::0 :::, R :a 00 :::,.:. D: V- 35 7:: : R : ::0; 0 E : : 0:: $: 0: faisceau dévie d'un photodétecteur vers l'autre, selon le signe de la différence des indices entre les deux cuves. Or dans certains cas, notamment en chromatographie préparative, o l'on peut rencontrer des concentrations élevées dans l'une des deux cuves, ou si. l'on crée un gradient d'elution, les variations d'indices peuvent être telles que le faisceau peut dévier jusqu'a saturation de l'instrument, c'est-à-dire que le faisceau dévié n'éclaire plus qu'une seule des deux cellules. Ainsi le chromatogramme se trouve écrêté et plusieurs pics a base commune peuvent se trouver non distingués. Comme pour les photomètres, on peut réduire les inconvénients en diminuant les déviations, mais ceci au prix, encore ici, d'une perte sur la sensibilité. On évite alors la saturation mais on ne distingue plus les petits pics, c'est-A-dire les impuretés, quand on est en chromatographie préparative. Quels que soient les efforts déployés, on se heurte toujours aux problèmes que crée un gradient. On a également proposé un système réfractomUtrique à source monochromatique dont le faisceau est divisé pour traverser deux cuves en parallele,pour un liquide de référence et la phase à analyser, puis les deux faisceaux sont rassemblés pour éclairer un photodétecteur. Des interférences se produisent du fait de la variation du chemin optique, côté mesure en fonction de la variation de l'indice. On peut considérer que la sinusoide suivie par l'intensité est linéaire au voisinage de la différence d'indice nulle; ce qui donne une sensibilité acceptable mais ne résoud pas les problèmes de saturation et d'utilisation de gradient, et comme dans les cas précédents, la saturation peut être évitée au détriment de la sensibilité. Laprésente invention a donc pour but d'éviter les inconvénients ci-dessus énumérés et notamment en rendant compatibles sensibilité et saturation, surtout pour la chromatographie préparative et en permettant d'utiliser un gradient d'élution aussi bien en chromatographie analytique qu'en préparative. Pour ce faire, conformément à l'invention, on fait appel à un réfractomètre différentiel interférentiel dont chacune des cuves (de référence et de mesure) participera indépendamment l'une de l'autre, à deux systèmes d'interféromètres indépendants, mais "alimentés" en lumière par la même source (laser par exemple). La détection photométrique des deux interféromètres sera réalisée par deux photodétecteurs indépendants. On comprend que dans un tel système, chaque photodétecteur reçoit une intensité lumineuse qui est une fonction sinusoïdale de la différence des indices de réfraction entre les cuves de référence et de mesure. En conséquence, si dans une des cuves l'indice de réfraction varie progressivement dans des proportions très grandes, par exemple en gradient, le photodétecteur correspondant reçoit une intensité lumineuse a variation sinusoïdale, ce qui signifie que l'on dispose d'une information de phase entre la mesure et la référence qui sera fonction, à 2 kTprès, de la différence d'indice de réfraction entre 15 les deux cuves. Si cette différence devient très grande, rien ne change, et l'instrument, au stade de la détection, ne parvient jamais à saturation. On peut donc parler de dynamique de mesure infinie bien que l'indice de réfraction soit une grandeur finie. Pour que cela soit significatif, on déterminera les deux produits ou mélanges de produits d'indices extrêmes que l'on peut envisager afin de définir la capacité de mémoire du système informatique de traitement qui devra simplement emmagasiner les déphasages à 2 k T près, en déterminant k, par exemple par la dérivée du signal détecté. 25 Le détecteur conforme à l'invention est entièrement informatisé et l'on peut utiliser le gradient d'élution. Comme la saturation n'est plus atteinte, le chromatogramme se dessine simplement et clairement sur une ligne de base évolutive. Celle-ci, comme dans un intégrateur, sera établie a zéro pour le calcul. Les chromatogrammes mis en mémoire peuvent être présentés sur afficheur vidéographique, sur enregistreur analogique, sur imprimante graphique, ou tout autre système d'affichage graphique. Un automatisme permet à l'appareil de choisir lui-même la meilleure sensibilité pour chaque pic et de l'inscrire en regard 35 de chacun d'eux, afin que le chromatogramme reste dans les limites de l'afficheur. Une loupe électronique peut agrandir jusqu'à la sensibilité maximale de l'instrument la ligne de base et le contour du chromatogramme, notamment pour détecter d'éventuelles impuretés, en particulier en chromatographie préparative. On notera que le ou les axes de cuves inutilisés conformément aux présentes peuvent permettre d'autres mesures ou détections, en spectrophotométrie aux ultra-violets ou en fluométrie par exemple. Pour mieux faire comprendre les caractéristiques techniques et les avantages de la présente invention, on va en décrire un exemple 10O de réalisation étant bien entendu que celui-ci n'est pas limitatif quant à son mode de mise en oeuvre et aux applications qu'on peut en faire. On se référera à la figure unique qui représente schématiquement un dispositif détecteur chromatographique conforme à l'invention. Une source S de lumière monochromatiquesde préférence laser, émet un rayon qui par passage dans le dispositif diviseur optique DO se dédouble & la sortie en deux rayons parallèles M et R, qui passent par le double prisme P à surface plane semi-réfléchissante SR entre prismes à 45 par rapport aux rayons. Une partie de ceux-ci 20 est donc réfléchie vers le haut pour être réfléchie selon le même chemin optique par un miroir MR porté par une céramique piézodlectrique PZ et orthogonal aux deux rayons.Ceux-ci sont donc réfléchis et reviennent vers le double prisme et, au moins pour une partie de la lumière, le traversent y compris la surface semiréfléchissante SR 25 pour atteindre chacun une photodiode DM, DR La partie de chacun des rayons directs M et R en provenance du diviseur DOqui traverse la surface semi-réfléchissante SR atteint et traverse des deux cuves, l'une CR contenant le liquide de référence, l'autre CM la phase à mesurer. La partie arrière de ces 30 cuves présente un miroir MC orthogonal aux rayons qui donc les réfléchit selon le même chemin pour revenir vers le double prisme P o au moins une partie de la lumière de chaque rayon est réfléchie par la surface semi- réfléchissante SR selon le même chemin que les rayons réfléchis par le miroir MR. La superposition selon chacun de ces chemins optiques de lumière ayant traversé une cuve et la phase liquide correspondante,et de lumière réfléchie-par le miroir mu par la céramique piézoélectrique PZ dans les conditions ci-après décrites, provoque des interférences comme il a été dit plus haut traduites par les photodiodes DM et DR 5 en signaux électriques SM et SR amenés au phasemètre. Les signaux de mesure SM sont également envoyés en vue de l'asservissement de linéarité au générateur G d'excitation en dents de scies de la céramique piézoélectrique. A la sortie du phasemètre on recueille des signaux t d'indica10 tion de phase et k du nombre de périodes d'interférence 2 k-r. Ces signaux sont traités par une unité centrale telle qu'une unité centrale de calcul UP en relations avec un ensemble-de mémoire ROM/RAM, '%L =--- >. un enregistreur analogique EA et un terminal vidéo V,ainsi que tout autre dispositif adéquat de traitement d'information. 15 tel qu'une imprimante I. Pour un meilleur fonctionnement des interféromètres, on peut être amené à utiliser une lumière polarisée, laser ou non. 1 1 REVENDICATIONS 1. Chromatographe en phase liquide à haute performance comprenant une source de lumière monochromatique, émettant un faisceau qui après dédoublement est divisé en deux faisceaux parallèles qui passent res5 pectivement a travers deux cuves, l'une contenant un liquide de référence et l'autre le liquide de mesure, les deux faisceaux issus des cuves passant dans un ensemble de détection, caractérisé par le fait qu'après dédoublement, chacun des faisceau R, M, est divisé dans un système P a surface semi-réfléchissante SR, une partie passant dans l'une des cuves CR, CM et étant réfléchie par l'arrière de la cuve formant miroir MC pour revenir vers la surface semi-réfléchissante SR selon un chemin inverse, l'autre partie du faisceau venant se réfléchir sur un miroir MR orthogonal, à chaque faisceau, et qui est mu-par un dispositif piézoélectrique PZ, les deux parties de chaque faisceau en provenance des cuves CR, CM et en provenance du miroir MR mu piézoélectriquement étant réunis dans le système semi-réfléchissant P, SR pour atteindre une photodiode pour l chaque faisceau DM, DR envoyant les signaux émis à un phasemètre C mesurant le déphasagef et le nombre de cycles k de déphasage entre faisceaux; les sigfiaux émis par la photodiode SM du faisceau de mesure étant envoyés a un générateur G excitant le système piézoélectrique PZ. 2. Chromatographe selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le système a surface semi-réfléchissante est constitué par un double prisme P à surfaces accolées SR. 3. Chromatographe selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé par le fait que les signaux de phasef et de nombre de cyles k du phasemètre4sont traités dans une unité centrale de calculA P pour enregistrement et/ou affichage et/ou impression, connectée a un terminal V 4. Chromatographe selon l'une des revendications 1 a 3 caractér$sé par le fait que la source S est une source laser.