Brevet FR2640751A1 — publié le 19900622

Dispositif d'introduction d'échantillons liquides ou gazeux dans une enceinte à vide La présente invention a pour objet un dispositif d'introduction d'échantillons liquides ou gazeux dans une enceinte à vide, constitué par un circuit comportant, d'une part, un réservoir sous vide primaire du produit liquide ou gazeux à analyser et, d'autre part, une vanne permettant au produit à analyser d'accéder à une ligne de transfert par l'intermédiaire d'une jonction étanche. Actuellement, on utilise des vannes classiques, telles que, par exemple, des micro-vannes à aiguilles, le cas échéant, disposées en séries, pour introduire le produit à analyser dans l'enceinte sous vide. Néanmoins, cette configuration présente un inconvénient majeur, à savoir que le fluide liquide ou gazeux se répend dans la totalité de l'enceinte à vide, ce qui entraine une contamination des différentes parties de l'enceinte et, de plus, une surpression éventuelle.A titre d'exemple, si la pression interne régnant dans l'enceinte à vide, et nécessaire à la bonne reproductibilité des analyses, est de 10 8 torr, elle sera de 2 X 10 t torr après introduction du produit à analyser dans l'enceinte à vide. I1 est donc nécessaire de procéder à des étuvages très fréquents et, de toute manière, chaque fois que l'on change de produit à analyser. On a alors pensé à introduire dans l'enceinte sous vide une quantité beaucoup plus faible de produit, c'est-å-dire juste celle nécessaire à une analyse correcte de celui-ci. Dans le cas d'une enceinte à vide d'un spectromètre de masse, on réalise ceci on introduisant directement lé produit dans la cellule source, tout prés de la source ionisante, c'est-à-dire à moins de 30 im de cette dernière. On parvient à un tel résultat en utilisant une vanne fuite à commande piézoélectrique, capable d'introduire des nanolitres, telle que celle fa briquée par la société COGEMA-PIERRELATTE. I1 est alors possible d'introduire une quantité dix fois moindre de produit qu'avec une vanne classique. De plus, toute surpression est ainsi évitée.A titre d'exemple si la pression interne de l'enceinte à vide est de 10 8 torr, elle sera de 2 X 10 8 torr après introduction du produit à analyser dans l'enceinte à vide. Mais, ce type de configuration présente l'inconvénient majeur que la très faible quantité de produit introduit dans l'enceinte à vide risque de ne plus être représentative du produit à analyser, car plus parfaitement homogène en composition, cette hétérogénéité étant notamment due au fait qu'il existe un gradient de température inévitable, étant donné la fragilité à la chaleur de la vanne fuite à commande piézoélectrique. Le problème général à résoudre par l'objet de la présente invention consiste donc à réaliser un dispositif évitant toute contamination de l'enceinte à vide par l'échantillon liquide ou gazeux à analyser, et ainsi des étuvages fréquents, évitant également toute surpression dans l'enceinte à vide tout en permettant une analyse d'un échantillon parfaitement représentatif du produit à analyser se trouvant dans le réservoir sous vide primaire. De plus, ce dispositif devra être pratiquement insensible à un champ magnétique, robuste et simple d'emploi, et notamment facilement étuvable et ce sans aucun démontage. Selon la présente invention, ce problème général est résolu en ce que le dispositif d'introduction d'échantillons liquides ou gazeux dans une enceinte à vide, constitué par un circuit comportant principalement, d'une part, un réservoir sous vide primaire du produit liquide ou gazeux à analyser et, d'autre part, une vanne fuite à commande piézoélectrique permettant au produit à analyser d'accéder à une ligne de transfert par l'intermédiaire d'une jonction étanche, est caractérisé en ce que le circuit comporte, en outre, une pompe de circulation des échantillons liquides ou gazeux, dis posée entre le réservoir et la vanne fuite à commande piézoélectrique, fonctionnant tant sous pression que sous pression réduite, du fait d'une absence totale de liaison mécanique entre la pompe et le circuit, parfaitement étuvable sans aucun démontage et compatible avec la présence d'un champ magnétique, assurant ainsi un renouvellement du fluide liquide ou gazeux des échantillons au niveau de l'ouverture de la vanne afin de rendre chaque échantillon introduit dans l'enceinte à vide parfaitement homogène en composition et représentatif du mélange présent dans le réservoir. L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci-après, qui se rapporte à un mode de réa libation préféré, donné à titre d'exemple non limitatif, et expliqué avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels la figure 1 représente une vue de dessus du dispositif d'introduction d'échantillons conforme à l'invention la figure 2 représente une vue selon la ligne A-A de la figure 1 du dispositif d'introduction d'échantillons conforme à l'invention la figure 3 représente un schéma synoptique du principe de fonctionnement de la pompe inclue dans le circuit du dispositif d'introduction d'échantillons conforme à l'invention la figure 4 représente une vue de face et en coupe de ladite pompe, et la figure 5 représente une vue selon la ligne B-B de la figure 4 de ladite pompe. Conformément à l'invention, le circuit C du dispositif d'introduction d'échantillons liquides ou gazeux dans une enceinte à vide comporte une pompe 1 de circulation des échantillons liquides ou gazeux, disposée entre le réservoir 2 et la vanne fuite à commande piézoélectrique 3, fonctionnant tant sous pression que sous pression réduite, du fait d'une absence totale de liaison mécanique entre la pompe 1 et le circuit C, par faitement étuvable sans aucun démontage et compatible avec la présence d'un champ magnétique, assurant ainsi un renouvellement du fluide liquide ou gazeux des échantillons au niveau de l'ouverture de la vanne 3 afin de rendre chaque échantillon introduit dans l'enceinte à vide parfaitement homogène en composition et représentatif du mélange présent dans le réservoir 2. La description ci-après se rapporte plus particulièrement à l'introduction d'échantillons liquides ou gazeux dans une enceinte à vide d'un spectromètre de masse. Mais, bien entendu, elle s'applique à tout système d'introduction d'échantillons liquides ou gazeux dans une enceinte à vide, par exemple d'un chromatographe, ou autre. Le produit à analyser, injecté à l'aide d'une seringue, via un septum 16, est vaporisé dans le réservoir 2 sous vide primaire, chauffé au maximum à 400ex. La vanne fuite piézoélectrique 3, montée sur le circuit C,permet donc au produit d'accéder à la ligne de transfert 8, du produit vers l'enceinte à vide, comportant un capillaire 9 en silice désactivé ou métallique, d'un diamètre intérieur compris entre 0,11 et 1,5 mm, et dont l'extrémité débouche au niveau de la cellule source du spectromètre de masse ou règne une pression de l'ordre de 10-8 torr. L'ensemble du dispositif d'introduction peut être chauffé à une température allant jusqu'à 400 C, ce qui permet l'étude de produits peu volatils. De plus, l'arrivée de produits volatilisés directement dans la cellule source (à moins de 30 mm) et dans l'axe du faisceau d'électrons, entraîne un meilleur rendement d'ionisation des molécules et évite le problème de dillution de l'échantillon dans le spectromètre de masse, ce qui facilite l'analyse de traces de produits. Conformément à l'invention, la pompe 1, permettant de résoudre le problème général posé par la présente invention, est constituée, comme représenté aux figures 4 et 5 des dessins annexés, par une pièce magné tique 4, avantageusement en alliage ferromagnétique, commandée par deux enroulements 5 et 6 alimentés alternativement en courant, par exemple par un temporisateur, la pièce 4 contenant une pièce amagnétique 7, avantageusement en acier inoxydable amagnétique, ou encore en aluminium, présentant une faible course longitudinale, de l'ordre de 3 mm, et profilée de façon à pouvoir obstruer ou non la conduite du circuit C, jouant ainsi le rôle de clapet, la course longitudinale de la pièce magnétique 4, de l'ordre de 19 mm, donc nettement plus importante que celle de la pièce amagnétique 7, induisant l'effet de pompage. La pompe 1 a donc pour fonction de permettre une bonne homogénéisation d'un produit à analyser et, de ce fait, une analyse plus représentative de l'échantillon à étudier. Elle fonctionne aussi bien sous vide que sous pression, ou pression réduite. Elle est étuvable sans aucun démontage, car ne met en jeu que peu d'éléments, évitant ainsi tout problème de pollution et de contamination de l'enceinte à vide. Enfin, elle présente l'avantage d'être compatible avec la présence d'un champ magnétique pouvant aller jusqu'à un tesla. La figure 3 visualise les différentes étapes du procédé de pompage, également objet de la présente invention. Ces différentes étapes sont les suivantes - l'enroulement 6 est sous tension, la pièce amagnétique 7 se déplaçant de sa course longitudinale de manière à se mettre en position "clapet ouvert", ntobstruant pas la conduite du circuit C - mise hors tension de l'enroulement 6 et simultanément mise sous tension de l'enroulement 5, la pièce magné tique 4 étant alors, tout d'abord, entraînée de sa course longitudinale à vide, puis la pièce amagnétique 7 se déplaçant par inertie de sa course longitudinale, de manière à se mettre en position "clapet fermé", ob struant ainsi la conduite du circuit C - mise hors tension de l'enroulement 5 et simultanément mise sous tension de l'enroulement 6, la pièce magné tique 4 étant alors à nouveau entraînée de sa course longitudinale, de manière à conférer à l'ensemble un effet d'aspiration. Pour analyser un échantillon liquide ou gazeux, les différentes étapes à réaliser avec le dispositif d'introduction conforme à l'invention sont donc les suivantes - étuvage sous vide du réservoir 2 de la pompe 1 et du circuit C - coupure de la jonction entre le réservoir 2 et la pom pe primaire à l'aide de la vanne 13 - introduction dans le réservoir 2 de l'-échantillon li quide ou gazeux à l'aide de la vanne 11 et du septum 17 ou de la vanne 16 et de l'embout 18 jusqu'à la pression désirée (de deux bars à quelques millibars -si la pression est supérieure à un bar, elle est me surée à l'aide du manomètre 14, la vanne 10 servant à sa protection ; si la pression est inférieure à un bar, elle est mesurée à l'aide de la jauge à vide 15, la vanne 12 servant à son isolement-) - mise en route de la pompe 1, tout en maintenant la température de l'ensemble au niveau désiré, ladite pompe 1 assurant la circulation du fluide liquide ou gazeux entre le réservoir 2 et la vanne fuite piézo électrique 3 - ouverture contrôlée (pulsée ou non) de la vanne fuite piézoélectrique 3, de manière à introduire dans le spectromètre de masse une très faible quantité du fluide liquide ou gazeux homogénéisé par la pompe 1, et ainsi parfaitement représentatif du mélange présent dans le réservoir tampon 2 - purge et étuvage sous vide de l'ensemble, une fois les mesures faites sur l'échantillon liquide ou gazeux. Le dispositif d'introduction d'échantillons conforme à l'invention permet, par conséquent, notamment - l'étude d'échantillons liquides et gazeux peu vola tils - de placer une source électronique sur la canne de transfert du spectromètre de masse utilisée initiale ment pour un manipulateur d'une microsonde laser - d'injecter le produit volatilisé au niveau de la cel lule source, et dans l'axe du faisceau d'électrons, ce afin d'avoir un meilleur rendement d'ionisation des mollécules à analyser. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'introduction d'échantillons liquides ou gazeux dans une enceinte à vide, constitué par un circuit comportant principalement, d'une part, un réservoir sous vide primaire du produit liquide ou gazeux à analyser et, d'autre part, une vanne fuite à commande piézoélectrique permettant au produit à analyser d'accéder à une ligne de transfert par l'intermédiaire d'une jonction étanche, dispositif caractérisé en ce que le circuit (C) comporte, en outre, une pompe (1) de circulation des échantillons liquides ou gazeux, disposée entre le réservoir (2) et la vanne fuite à commande piézoélectrique (3), fonctionnant tant sous pression que sous pression réduite, du fait d'une absence totale de liaison mécanique entre la pompe (1) et le circuit (C), parfaitement étuvable sans aucun démontage et compatible avec la présence d'un champ magnétique, assurant ainsi un renouvellement du fluide liquide ou gazeux des échantillons au niveau de l'ouverture de la vanne (3) afin de rendre chaque échantillon introduit dans l'enceinte à vide parfaitement homogène en composition et représentatif du mélange présent dans le réservoir (2). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pompe (1) est constituée par une pièce magnétique (4) commandée par deux enroulements (5, 6) alimentés alternativement, la pièce (4) contenant une pièce amagnétique (7) présentant une faible course longitudinale et profilée de façon à pouvoir obstruer ou non la conduite du circuit (C), jouant ainsi le rôle de clapet, la course longitudinale de la pièce magnétique (4), nettement plus importante que celle de la pièce amagnétique (7), induisant l'effet de pompage. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la pièce magnétique (4) est avantageusement en alliage ferromagnétique. 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la pièce amagnétique (7) est avantageusement en inox amagnétique ou encore en aluminium. 5. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la course longitudinale de la pièce amagnétique (7) est de l'ordre de 3 mm. 6. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la course longitudinale de la pièce magnétique (4) est de l'ordre de 19 mm. 7. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le passage alterné du courant entre les deux enroulements (5, 6) est assuré par un temporisateur. 8. Procédé d'introduction d'échantillons liquides ou gazeux dans une enceinte à vide à l'aide de la pompe de circulation du dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le cycle de pompage de ladite pompe (1) consiste à réaliser les étapes suivantes, à l'aide d'un temporisateur - l'enroulement (6) est sous tension, la pièce amagnétique (7) se déplaçant de sa course longitudinale de manière à se mettre en position "clapet ouvert", n'obstruant pas la conduite du circuit (C) ;; - mise hors tension de l'enroulement (6) et simultanément mise sous tension de l'enroulement (5), la pièce magnétique (4) étant alors, tout d'abord, entraînée de sa course longitudinale à vide, puis la pièce amagnétique (7) se déplaçant par inertie de sa course longitudinale, de manière à se mettre en position "clapet fermé", obstruant ainsi la conduite du circuit (C) - mise hors tension de l'enroulement (5) et simultanément mise sous tension de l'enroulement (6), la pièce magnétique (4) étant alors à nouveau entraînée de sa course longitudinale, de manière à conférer à l'ensemble un effet d'aspiration. 9. Application du dispositif selon l'une quel conque des revendications 1 à 7 et du procédé de pompage selon la revendication 8, à l'introduction d'échantillons liquides ou gazeux dans une enceinte à vide d'un spectromètre de masse. 10. Application du dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 et du procédé de pompage selon la revendication 8, à l'introduction d'échantillons liquides ou gazeux dans une enceinte à vide d'un chromatographe.