Brevet FR2648227A1 — publié le 19901214

APPAREILLAGE PORTATIF ET AUTONOME POUR L'ANALYSE IN SITU D'UNE SUBSTANCE LIQUIDE OU SOLIDE SE PRESENTANT SOUS LA FORME DE DEPOTS SUPERFICIELS. L'invention concerne un appareillage portatif et autonome pour l'analyse in situ d'une substance liquide ou solide se présentant sous la forme de dépôts superficiels. D'une manière générale, on sait que dans la panoplie des armes chimiques figurent des substances à très haute toxici- té, destinées à être épandues (par exemple à partir d'une bombe) sous la forme de fines gouttelettes ou de fines par- ticules relativement espacées les unes des autres, le simple contact de l'une de ces gouttelettes ou de ces particules avec la peau ou avec une muqueuse d'un individu pouvant être dangeureuse pour cet individu. Il en est de même pour cer- tains contaminants d'origine industrielle. Il importe donc de pouvoir détecter l'existence de zones contaminées et de déterminer rapidement la composition de la substance toxique, ainsi que la densité avec laquelle les gouttelettes ou les particules ont été épandues. Or, il n'existe pas, à l'heure actuelle, d'appareil autonome portatif, de petites dimensions, qui permette d'obtenir ins- tantanément, sur le site, l'ensemble de ces informations: -2- la solution envisagée consistant à prélever des échantillons et à les transmettre ensuite à un laboratoire d'analyse. Par contre, on réalise actuellement des appareils portatifs d'analyse de composition gazeuse permettant de détecter la présence et d'effectuer l'analyse de gaz polluants ou dan- geureux. L'invention propose donc de pallier à la lacune précédemment évoquée en associant à un appareil portatif d'analyse de composition gazeuse, un dispositif permettant d'effectuer le prélèvement et la vaporisation de la substance à analy- ser, étant entendu que, dans ce cas, les vapeurs produites par le dispositif de prélèvement sont utilisées par l'appa- reil d'analyse en tant que composition gazeuse à analyser. Le problème qui se pose alors a trait à la conception d'un dispositif de prélèvement permettant de prélever la substan- ce à analyser puis de l'évaporer de manière à ce que la va- peur dégagée puisse être totalement aspirée par l'appareil d'analyse. A ce problème se rajoute celui dû au fait que ces différen- tes opérations doivent être exécutées en évitant toute pos- sibilité de contamination qui conduirait à fausser les ana- lyses effectuées ultérieurement. En vue de résoudre ces problèmes, l'invention propose de réaliser le susdit prélèvement et la susdite vaporisation à l'aide d'un dispositif faisant intervenir, montés sur un corps de préférence équipé d'une poignée: - une enceinte collectrice présentant une ouverture débou- chant à l'air libre et un orifice d'aspiration pouvant se connecter au circuit d'aspiration de l'appareil d'analyse de composition gazeuse, - 3 - une tête de prélèvement amovible mobile relativement à l'enceinte collectrice de manière à pouvoir successive- ment occuper une position de vaporisation selon laquelle elle se trouve logée à l'intérieur de l'enceinte collec- trice, et une position de prélèvement dans laquelle elle s'étend au moins partiellement en dehors de l'enceinte collectrice, après être passée par ladite ouverture, et - des moyens de chauffage conçus de manière à chauffer la tête de prélèvement lorsqu'elle se trouve en position de vaporisation. Avantageusement dans le cas o la substance à analyser est liquide, la tête de prélèvement pourra comprendre une lan- guette souple recouverte d'une couche absorbante, les sus- dits moyens de chauffage consistant alors en une résistance électrique chauffante portée par la languette. L'alimenta- tion de cette résistance électrique pourra être assurée au moyen d'une source d'énergie électrique logée dans le susdit corps et commandée par un interrupteur actionné en fonction de la position relative de la tête de prélèvement et de l'enceinte. Par ailleurs, dans le but de déterminer la quantité totale d'un constituant du liquide prélevé, le dispositif selon l'invention peut comprendre des moyens d'intégration aptes à intégrer dans le temps les valeurs instantanées fournies par l'appareil d'analyse, ces moyens d'intégration étant ini- tialisés lors de l'actionnement du susdit interrupteur com- mandant la mise en oeuvre des moyens de chauffage. Un mode de réalisation de l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est une représentation schématique illus- trant le principe d'un appareillage selon l'invention - 4 - plus particulièrement destiné à l'analyse de liquides toxiques; Les figures 2 et 3 sont deux vues en perspective sché- matique montrant un mode d'utilisation d'un disposi- tif de prélèvement et de vaporisation; La figure 4 est une coupe axiale du dispositif de pré- lèvement et de vaporisation représenté figures 2 et 3; La figure 5 est une coupe schématique partielle d'une tête de prélèvement amovible utilisable dans l'appa- reil représenté figures 2 à 4; et La figure 6 est une coupe partielle d'une languette souple utilisable dans la tête de prélèvement repré- sentée figure 5. Dans l'exemple représenté sur la figure 1, l'appareillage pour l'analyse de liquides toxiques utilise un détecteur portatif et autonome 1 effectuant l'analyse en temps réel d'une composition gazeuse par spectrographie de flamme, par exemple de la façon qui est décrite dans le brevet FR No 87 02762 du 2 Mars 1987, au nom de PROENGIN. Cet appareil 1 fait plus particulièrement intervenir un brû- leur muni d'une fenêtre équipée d'une optique focalisatrice 3 dans l'axe de laquelle sont successivement disposés un hacheur rotatif 4 comportant une pluralité de filtres opti- ques 5, à raison de un par raie spectrale caractéristique de l'élément recherché, et une cellule optoélectronique 6 pla- cée dans la zone de focalisation de l'optique 3. Le signal électrique délivré par la cellule 6 est transmis à un circuit électronique de traitement comprenant successi- vement un ensemble de démodulation 7, un amplificateur 8, un -5 détecteur de seuil 9, un intégrateur 10 et un dispositif d'affichage 11. Le brûleur 2 comprend une chambre de combustion 12 maintenue en dépression grâce à une turbine 13. Elle est raccordée à l'extérieur par l'intermédiaire d'une buse d'aspiration 14, et à un circuit d'admission 15 d'un flux d'hydrogène à débit constant. Le dispositif de prélèvement et de vaporisation associé à cet appareil d'analyse a été représenté schématiquement sur la figure 1 à l'intérieur du bloc 16. I1 comprend, comme précédemment mentionné, une enceinte collectrice 17 ouverte d'un côté par une ouverture 18 et une tête de prélèvement 19 mobile relativement à cette enceinte 17 de manière à pouvoir occuper successivement une position de vaporisation (traits pleins) selon laquelle elle se trouve logée à l'intérieur de l'enceinte 17, et une position de prélèvement (en traits in- terrompus) dans laquelle elle s'étend au moins partiellement en dehors de l'enceinte 17 après être passée par l'ouverture 18. L'enceinte 17 comprend en outre un orifice 20 muni d'une tête de couplage 21 destinée à venir se connecter à la buse d'aspiration 14 de l'appareil d'analyse 1. La tête de prélèvement 19 peut consister, comme représenté sur les figures 4 et 5, en une languette 22 formant une bou- cle et dont les deux extrémités 23, 24 sont respectivement fixées sur les deux faces d'une tige de support rigide 25. Cette languette 22 présente une structure multicouches com- portant deux couches 26, 27 en matière plastique, électri- quement isolante, entre lesquelles est disposée une résis- tance chauffante électrique 28, et, disposée sur la face ex- térieure de la couche 24, une couche extérieure absorbante 29. L'alimentation en énergie électrique de la résistance chauf- fante 28 est assurée au moyen d'une source d'alimentation en - 6 - courant électrique 30 telle que, par exemple, une batterie de piles ou d'accumulateurs. Cette source est reliée à la résistance électrique 28 par l'intermédiaire d'un circuit électrique comprenant un interrupteur 31 dont la fermeture est commandée automatiquement par une liaison mécanique, lorsque la tête 19 est en position de vaporisation et dont l'ouverture est commandée par le détecteur de seuil 9 et/ou par des moyens de détection de position, lorsque la tête 19 est en position de prélèvement. Ce circuit comprend en outre des moyens 32 permettant de dé- tecter les passages en position fermée de l'interrupteur 31 et d'effectuer l'initialisation du circuit d'intégration 10 de l'appareil d'analyse 1. Du point de vue structural, le dispositif de prélèvement et de vaporisation peut comprendre, comme représenté sur les figures 2, 3 et 6, un corps en forme de pistolet dont la poi- gnée 36 sert de réceptacle à la source d'énergie électrique 30 et dont la partie correspondant au canon, consiste en un élément tubulaire 35 à l'extrémité duquel est montée axiale- ment coulissante l'enceinte collectrice 17. Cette enceinte 17 présente une forme cylindrotronconique dont la partie cy- lindrique 36 coulisse sur l'élément tubulaire 35 et dont la partie tronconique 37, ouverte au niveau de la face tron- quée, sert à recevoir la tête de prélèvement 19. Dans cet exemple, la tête de prélèvement 19 est de type je- table après usage et vient se monter sur l'extrémité de l'élément tubulaire 35 grâce à une pince élastique 38 qui assure en outre sa connexion électrique avec le circuit d'alimentation. A l'état de repos, l'enceinte collectrice 17 est en position rétractée (la tête 19 étant en position de prélèvement). Elle peut être amenée en position déployée (qui correspond à la position de vaporisation de la tête) contre l'action d'un ressort de traction 39. - 7 - L'accouplement de l'enceinte 17 à la buse d'aspiration 14 de l'appareil d'analyse s'effectue ici grâce à une tête d'ac- couplement 21 sensiblement sphérique percée d'un canal 20 communiquant avec le volume intérieur de l'enceinte 17. Le fonctionnement de l'appareillage précédemment décrit est alors le suivant. Pour effectuer un prélèvement, l'opérateur tient la poignée du dispositif de prélèvement comme représenté sur la figure 2, l'enceinte 17 au repos étant rétractée et laissant dépas- ser la tête de prélèvement 19. Le prélèvement d'une goutte s'opère ensuite en amenant la tête de prélèvement 19 au contact de la goutte de manière à ce que le liquide toxique soit absorbé par la couche absor- bante. L'opérateur procède ensuite à l'accouplement' de la buse d'aspiration de l'appareil d'analyse en effectuant une pous- sée axiale sur l'enceinte 17 de manière à la placer en posi- tion déployée. Dans cette position, l'enceinte agit sur l'interrupteur pour provoquer la fermeture du circuit d'alimentation de la ré- sistance chauffante. Parallèlement, le détecteur transmet à l'intégrateur un signal d'initialisation. La résistance chauffante provoque l'évaporation du liquide absorbé par la couche. Le mélange d'air et de vapeur contenu dans l'enceinte 17 est aspiré par l'action de la turbine 13 et passe successivement dans la buse 14 et dans la chambre de combustion 12 du brûleur. La flamme obtenue par combus- tion du mélange gazeux dans le courant d'hydrogène engendre -35 un rayonnement lumineux qui, pour chaque spectre de fréquen- ce correspondant aux éléments recherchés, donne lieu à la sortie du détecteur 6 à un signal d'intensité variable dont - 8 - l'intégration permet de déterminer la quantité totale d'élé- ments recherchés présente dans la tête 19. Le détecteur de seuil est conçu de manière à émettre un signal indiquant une absence d'élément recherché, soit que le liquide prélevé n'en contient pas, soit que le liquide prélevé s'est complètement évaporé. Dans ce cas, le détec- teur de seuil sert à commander l'ouverture de l'interrupteur et l'arrêt de l'intégration en cours. Bien entendu, l'invention ne se limite pas au mode d'exécu- tion précédemment décrit. Ainsi, notamment, la tête de prélèvement pourrait comprendre une multiplicité de languettes disposées côte à côte sur une longueur relativement importante, de manière à pouvoir ef- fectuer le balayage d'une zone de surface connue. Dans ce cas, le résultat fourni par l'intégrateur pourra être utili- sé pour déterminer la quantité de liquide toxique par unité de surface. L'enceinte collectrice associée à une telle tête de prélève- ment pourra alors être réalisée en deux parties articulées l'une par rapport à l'autre de manière à pouvoir s'ouvrir et permettre les prélèvements et se fermer pour permettre la collecte des vapeurs du liquide prélevé par la tête. En outre, dans le cas o la substance à analyser se présente sous la forme de particules solides, la couche absorbante revêtant la tête de prélèvement pourra être remplacée par une couche adhésive sur laquelle les particules pourront venir se fixer. Dans ce cas le fonctionnement du dispositif de prélèvement demeure le même que celui précédemment décrit. 9 - Revendications 1. Appareillage portatif et autonome pour l'analyse in situ d'une substance liquide ou solide se présentant sous la forme de dépôts superficiels, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif d'analyse de composition gazeuse (1) auquel est associé un dispositif (16) permettant d'effectuer le prélèvement puis la vaporisa- tion de la susdite substance, le dispositif d'analyse (1) se connectant au dispositif de prélèvement (16) de manière à utiliser les vapeurs produites par ce dernier en tant que composition gazeuse à analyser. 2. Appareillage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de prélèvement (16) com- prend un corps sur lequel sont montés: - une enceinte collectrice (17) permettant une ouverture (18) débouchant à l'air libre et un orifice d'aspiration (20) pouvant se connecter au circuit d'aspiration (14) de l'appareil d'analyse (1), - une tête de prélèvement amovible (19), mobile relativement à l'enceinte collectrice (17) de manière à pouvoir succes- sivement occuper une position de prélèvement dans laquelle elle s'étend en dehors de l'enceinte collectrice (17) et une position de vaporisation selon laquelle elle se trouve logée à l'intérieur de l'enceinte collectrice (17), et - des moyens de chauffage (28) conçus de manière à chauffer la tête de prélèvement (19) lorsqu'elle se trouve en posi- tion de vaporisation. 3. Appareillage selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que la tête de prélèvement (19) comprend une languette souple (22) recouverte d'une couche absorbante (29). - 10 - 4. Appareillage selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la tête de prélèvement (19) comprend une languette souple (22) recouverte d'une couche adhésive (29). 5. Appareillage selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que les susdits moyens de chauffage consistent en une résistance électrique chauffante (28) por- tée par la languette (22) 6. Appareillage selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la languette présente une structure multicouches comportant deux couches (26, 27) en matière plastique électriquement isolante, entre lesquelles est disposée une résistance chauffante électrique (28), et, disposé sur la face extérieure de l'une de ces deux couches, un revêtement absorbant (29) ou adhésif. 7. Appareillage selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que la languette (22) est disposée de manière à former une boucle dont les deux extrémités (23, 24) sont respectivement fixées sur les deux faces d'une tige de support rigide (25). 8. Appareillage selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite tige (25) est destinée à venir se monter amovible sur un élément (35) solidaire du corps du dispositif de prélèvement grâce à des moyens de connexion mécaniques (38) associés à des moyens de connexion électri- ques. 9. Appareillage selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que le dispositif d'analyse (1) comprend des moyens (6) permettant de produire un signal électrique dont l'intensité est représentative de la quantité instanta- née d'éléments recherchés contenue dans le courant gazeux en cours d'analyse, et des moyens (10) d'intégration dudit - 11 - signal dont l'initialisation est commandée depuis l'appa- reil de prélèvement (16), lorsque la tête de prélèvement (19) passe en position de vaporisation, ces moyens d'inté- gration (10) permettant de déterminer la quantité totale d'éléments recherchés contenue dans la substance prélevée par la tête de prélèvement (19). 10. Appareillage selon la revendication 9, caractérisé en ce que la tête de prélèvement comprend une multiplicité de languettes disposées côte à côte de manière à pouvoir effectuer le balayage d'une zone de surface con- nue, de sorte que l'intégrateur utilisé dans le dispositif d'analyse fournit une information permettant de déduire la quantité de substance par unité de surface de la zone conta- minée. 11. Appareillage selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'enceinte collectrice est réalisée en au moins deux parties articulées l'une à l'autre de manière à être ouverte en position de prélèvement et, fermée en position de vaporisation.