Brevet FR2618348A1 — publié le 19890127

La présente invention concerne un appareil perfectionné pour la chromatographie en phase liquide, du genre comprenant une cartouche qui renferme une charge de matière adsorbante sous forme pulvérulente, qui est logée dans une colonne tubulaire, et qui est traversée par un solvant dans lequel on a injecte le mélange à analyser ou à préparer. Une telle cartouche est décrite dans la demande de brevet français n 86.15724 du 13 novembre 1986, et, selon cette dernière, son diamètre extérieur est sensiblement égal au diamètre intérieur de la colonne, cependant que la charge de matière adsorbante en poudre ou en suspension y est enfermée entre deux plaques poreuses en forme de disque dont l'une peut être actionnée par un vérin afin de comprimer la charge. Ce dispositif produit d'excellents résultats, mais, néanmoins, il présente encore quelques inconvénients, parmi lesquels il faut citer le fait que la compression de la charge de matière adsorbante a lieu uniquement selon la direction axiale et qu'il faut donner des dimensions très précises aux divers composants de l'appareil. Aussi, le but de la présente invention est-il de réaliser un appareil de chromatographie en phase liquide qui pallie les divers inconvénients rappelés ci-dessus, et, notamment, qui assure une compression tridimensionnelle de la charge adsorbante, sa cartouche admettant par ailleurs des tolérances dimensionnelles plus importantes et une résistance mécanique plus faible. Un autre but de l'invention est de fournir un appareil moins couteux et plus simple, mais aussi fiable, que ceux appartenant à l'état antérieur de la technique. Selon l'invention, ces buts, et d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints gracie a un appareil de chromatographie en phase liquide du genre spécifié ci-dessus qui est caractérisé par le fait que sa cartouche de matière adsorbante est librement immergée dans une colonne tubulaire remplie d'un liquide sous pression, que cette cartouche reçoit le mélange à analyser ou à préparer sous une pression supérieure ou égale à celle du liquide en question, à l'une de ses extrémités et depuis l'extérieur de la colonne, et qu'elle est fermée à son autre extrémité par un piston traversé par une conduite de sortie qui relie la partie aval de la cartouche à l'extérieur de la colonne. A ce sujet, il convient de remarquer tout de suite que l'expression "librement immergée" utilisée ci-dessus veut dire que la cartouche de matière adsorbante présente un diamètre extérieur nettement plus faible que le diamètre intérieur de la colonne, de sorte qu'elle peut "flotter" dans cette dernière. Bien entendu, il est néanmoins possible de prévoir, si besoin en est, une certaine forme d'assujettissement matériel entre la cartouche et la colonne qui la renferme, ce dont un exemple pratique sera décrit plus loin. Cela étant, si l'on appelle P et p, respectivement, la pression du mélange à analyser ou à préparer à l'entrée et à la sortie de la cartouche de l'appareil, la différence de pression (P - p) est égale à la perte de charge Pc dans la cartouche en question, et cette valeur est relativement importante, puisque la sortie de la cartouche est généralement mise à l'atmosphère. Comme la pression du fluide contenu dans la colonne, à l'extérieur de la cartouche, est en tous points sensiblement égale à P, il est clair que le piston fermant la cartouche du côté de la sortie du mélange à analyser ou à préparer est soumis à une pression différentielle égale à (P - p), ou encore à la perte de charge Pc, qui peut atteindre 100 bars environ. On voit donc que, grâce aux dispositions selon la présente invention, le piston est mû automatiquement vers l'intérieur de la cartouche sans qu'il soit nécessaire de faire appel à un vérin extérieur. En outre, la compression réalisée est ici triaxiale, et elle s'exerce aussi bien dans le sens radial. Il y a lieu de noter ici que, du fait que la cartouche de l'appareil selon l'invention flotte dans un fluide sous une pression voisine de celle du liquide qu'elle renferme, il n'est pas nécessaire de lui donner des dimensions très précises. D'autre part, et pour la même raison, ses parois peuvent être réalisées en un matériau plus mince que précédemment et sa réalisation mécanique est plus simple. Enfin, la cartouche de l'appareil selon l'invention peut être noyée dans toute colonne de chromatographie de diamètre quelconque, si ce diamètre est supérieur à celui de la cartouche, sans qu'il soit nécessaire de prévoir des cartouches de diamètre sensiblement égal au diamètre intérieur de la colonne Ainsi que cela a été dit plus haut, la pression du fluide extérieur à la cartouche est sensiblement égale à la pression d'arrivée du mélange à analyser ou à préparer qui, rappelons-le, a été préalablement injecte dans un solvant approprié, En fait, il suffit, pour des raisons évidentes, que cette pression extérieure soit plus élevée que la valeur (r - p) d'une valeur suffisante pour que le piston de la cartouche soit soumis a une pression différentielle convenable. Selon une forme de réalisation avantageuse de l'appareil selon la présente invention, la pression du fluide extérieur à la cartouche est strictement égale à la pression d'amenée du mélange du fait que ce fluide extérieur est constitué par une partie du solvant sous pression dans lequel on injecte le mélange, cette partie étant prélevée en amont ou en aval de l'injection du mélange à analyser ou à préparer. On évite ainsi de faire appel à une source de fluide extérieur, ce qui simplifie notablement l'installation et en diminue le coût. Dans le premier cas, et du fait que, de manière classique, un circuit de solvant relie l'appareil à un bac de solvant par l'intermédiaire d'une pompe et d'un dispositif pour l'injection du mélange à analyser ou 9 préparer, il suffit de faire déboucher dans la colonne, à l'extérieur de la cartouche, une dérivation branchée sur le circuit de solvant entre sa pompe et son dispositif d'injection. Dans l'autre cas, la partie de la colonne située à l'extérieur de la cartouche est en communication directe avec l'amenée de mélange à analyser ou a préparer, de sorte que c'est le solvant avant d'être additionné de ce mélange qui sert de fluide extérieur. De préférence, cette communication directe est réalisée grâce au fait qu'un bouchon fritté est fixé par soudure entre la tête de la cartouche et la face inférieure du couvercle de la colonne, et que l'amenée du solvant arrive au sommet de ce bouchon pour s'écouler, d'une part, vers l'espace ménagé entre la colonne et la cartouche, et, d'autre part, vers l'intérieur de cette dernière. Selon l'une de ses formes de réalisation, la colonne selon la présente invention renferme plusieurs cartouches du genre spécifié ci-dessus reliées en série par des tubulures. Dans ce cas, le phénomène expliqué ci-dessus pour une seule cartouche se reproduit de la même manière pour les suivantes dont le piston est bien évidemment soumis à une pression différentielle égale à la perte de charge depuis l'entrée dans la première cartouche. Dans tous les cas, et afin que les pistons de la ou des cartouches puissent se déplacer librement dans le sens axial, il est nécessaire que certaines au moins des tubulures présentes soient déformables, par exemple en les réalisant en une matière plastique souple et en leur donnant la forme d'un serpentin ou d'un S. La description qui va suivre, et qui ne présente aucun caractère limitatif, permettra de bien comprendre comment la présente invention peut être mise en pratique. Elle doit être lue en regard des dessins annexés, parmi lesquels: - La figure 1 représente une vue en coupe axiale schématique d'un appareil selon l'invention comprenant deux cartouches de chromatographie ; et - La f-igure 2 montre, également en vue en coupe axiale schématique, la tête d'un tel appareil selon une autre forme de réalisation. Dans ce qui va suivre, on supposera que l'appareil de chromatographie en phase liquide selon l'invention se trouve en position verticale d'utilisation, comme représenté sur les figures, ce qui donne tout leur sens aux expressions comme "supérieur" ou "en bas". Cela étant, et comme on le voit sur la figure 1, cet appareil comprend une colonne l fermée à sa partie supérieure par un couvercle 2 qui est maintenu en place par une fixation schématisée en 3 et qui est traversé axialement par une arrivée 4 de mélange a analyser ou à préparer injecte préalablement dans un solvant sous pression. Cette arrivée 4 est alimentée à partir d'un bac de solvant non représenté au moyen d'une canalisation 5 comprenant une pompe 6 suivie en aval d'un dispositif 7 d'injection de mélange La colonne 1 renferme un liquide sous pression 8 dans lequel sont noyées une ou plusieurs cartouches dont deux, 9 et 9', ont été représentées sur la figure 1, leurs organes identiques étant désignés par le même repère, mais avec une apostrophe pour ceux de la cartouche inférieure 9'. Les cartouches 9 et 9' sont remplies d'une matière adsorbante pulvérulente 10, solide ou en suspension, qui est confinée entre une tête fixe il et un piston inférieur 12. Ces organes sont respectivement traversés par une entrée 13 et par une sortie 14 de mélange à analyser ou à préparer. L'arrivée 4 de ce mélange est reliée par une tubulure 15 a l'entrée 13 de la cartouche supérieure 9, et la sortie 14 de cette dernière est reliée s la tête il' de la cartouche inférieure 9' par une tubulure 16. Enfin, la sortie 14' de cette cartouche 9' est. reliée par une tubulure 17 à la sortie 18 de l'appareil. De préférence, les tubulures 15, 16 et 17 sont réalisées en une matière plastique souple, et . elles présentent la forme d'un serpentin ou d'un "S", ce qui autorise les libres déplacements des pistons 12 et 12' Toutefois, une d'entre elles, ou même deux, pourraient être remplacées par un tube fixe. Quant aux parois des cartouches 9 et 9', elles peuvent être réalisées en tôle mince. Enfin, une dérivation 19 est branchée sur la canalisation 5 d'amenée de solvant sous pression entre la pompe 6 et le dispositif 7 d'injection de mélange à analyser ou à préparer ~ elle débouche dans la colonne 1, à l'extérieur des cartouches 9 et 9' et, ainsi que cela a été dit plus haut, il en résulte que le fluide sous pression 8 de la colonne 1 est constitué par le solvant pur sous pression dans lequel on injecte ensuite en 7 le mélange à analyser ou a préparer. Sur la vue partielle agrandie de la figure 2, on retrouve la colonne 1 et son couvercle 2 avec ses fixations 3, ainsi que son arrivée 4 de mélange à analyser ou à préparer, et elle renferme le fluide sous pression 8 dans lequel est noyée la cartouche 9 remplie de matière adsorbante 10. Dans cette forme de réalisation, la tête il de cette cartouche 9 est en deux parties lla et llb qui sont assemblées avec interposition d'un joint torique 20, et elle se termine vers l'intérieur de la cartouche par une plaque poreuse 21 qui sert à uniformiser dans le sens radial la distribution du mélange à analyser ou à préparer ; elle est munie sur sa périphérie d'un joint torique d'étanchéité 22. La partie extérieure lla de la tête il est fixée sur la face inférieure du couvercle 2 de la colonne 1 par l'intermédiaire d'un bouchon poreux 23 en matière frittée qui est soudé, à sa partie supérieure, sur le couvercle 2 et, à sa partie inférieure, sur la tête 11. L'arrivée 4 de mélange à analyser ou à préparer s'ouvre à sa base dans le bouchon poreux 23, de sorte que le mélange s'écoule, d'une part, dans la colonne 1, à l'extérieur de.la cartouche 9 F), et, d'autre part, dans cette dernière par un canal 24 qui traverse sa tête 11. Il en résulte, ainsi que cela a été dit plus haut, que le fluide 8 contenu dans la colonne 9 est constitué par le solvant qui provient de la pompe 6 par la canalisation 5 et dans lequel a déja été injecté en 7 le mélange a analyser ou à préparer.Bien entendu, la dérivation de solvant 19 de la figure 1 est inutile dans ce cas, et elle a été supprimée. Sans sortir du cadre de la présente invention, il serait possible d'apporter diverses modifications aux formes de réalisation qui viennent d'être décrites. C'est ainsi, par exemple, que la tubulure 17 (voir figure 1) qui sort de la base de la cartouche flottante 9 ou de l'ensemble des cartouches flottantes montées en série, 9 et 9', pourrait quitter la colonne 1, non plus par son fond comme représenté en 18 sur la figure 1, mais par son couvercle 2. Bien entendu, cette variante peut s'appliquer aussi bien dans le as de la forme de réalisation représentée sur la figure 1 que dans celui de la forme de réalisation de la figure 2. Enfin, le liquide 8 contenu dans la colonne 1 qui baigne la ou les cartouches flottantes pourrait être différent du solvant destiné au mélange à analyser ou à préparer. - REVENDICATIONS 1. Appareil perfectionné pour la chromatographie en phase liquide, du genre comprenant une cartouche qui renferme une charge de matière adsorbante sous forme pulvérulente, qui est logée dans une colonne tubulaire, et qui est traversée par un solvant dans lequel on a injecté le mélange à analyser ou à préparer, caractérisé par le fait que sa cartouche (9) de matière adsorbante (lO) est librement immergée dans une colonne tubulaire (l) remplie d'un liquide sous pression (8 > , que cette cartouche (9) reçoit le mélange a analyser ou à préparer sous une pression supérieure ou égale à celle dudit liquide (8), à l'une de ses extrémités (ll) et depuis l'extérieur de la colonne (l), et qu'elle est fermée à son autre extrémité par un piston (12) traversé par une conduite de sortie (16) qui - relie la partie aval de la cartouche (9) à l'extérieur de la colonne (1). 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit fluide sous pression a analyser ou à préparer. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'un circuit de solvant a un bac de solvant par l'intermédiaire d'une pompe (l9) branchée sur ledit conduit (l), à l'extérieur de ladite cartouche (5). 4. Appareil selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'intérieur de ladite colonne (l) est en communication directe avec l'amenée (4) de mélange à analyser ou a préparer 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la communication entre l'intérieur de ladite colonne (l) et ladite arrivée (4 > de mélange se fait par l'intermédiaire d'un bouchon (l), ledit solvant arrivant au sommet de ce bouchon (23 > pour s'écouler, d'une part, vers l'espace ménagé entre la #paroi de la colonne (1) et la cartouche (5), et, d'autre part, vers l'intérieur de cette cartouche (5). 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que ladite colonne renferme plusieurs cartouches (5, 5') reliées en série par des tubulures (15, 16, 17). 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé par le fait que l'une au moins desdites tubulures (15, 16, 17) est réalisée en une matière plastique souple et présente la forme d'un serpentin, d'un "S" ou d'une boucle.