Brevet FR2715228A1 — publié le 19950721

La présente invention a pour objet un dispositif d'injection automatique de produits solubilisés ou dilués. En effet, les laboratoires d'analyses utilisent la chromatographie en phase gazeuse pour déterminer la composition et la présence de certains corps. La chromatographie en phase gazeuse s'effectue à l'aide d'une colonne spécifique permettant la sépa- ration des différents composés sur un substrat. De tels dispositifs fonctionnent de façon automati- que et, grâce à un traitement de l'information, pré- sentent les résultats très rapidement et de façon parfaitement claire. Aussi, de tels appareils d'analyse par chromatogra- phie sont utilisés à des rythmes très élevés. Ces appareils coûtent cher et leur amortissement ne peut s'effectuer que par une utilisation quasi per- manente. Il faut donc, non seulement prévoir un appareil de chromatographie, mais également un dispositif pour introduire l'échantillon de produit à analyser dans la colonne de chromatographie. Ce sont ces moyens d'introduction qui limitent le rendement des appa- reils de chromatographie. Les moyens existant proposent une introduction au- tomatisée d'un support, en l'occurrence une aiguille en verre, à l'extrémité de laquelle est déposée une goutte du produit en phase liquide qu'il convient d'analyser. Cette aiguille est manoeuvrée manuellement après le dépôt à l'aide d'une seringue. Cette aiguille est placée dans une enceinte chauffée qui provoque la vaporisation des composés volatils. On remarque qu'il faut chauffer une enceinte en per- manence et d'autre part, on constate au fur et à mesure des analyses, un encrassement de cette ai- guille en verre, préjudiciable à la sensibilité d'a- nalyse du dispositif. Aussi, est-il nécessaire de nettoyer, voire de chan- ger cette aiguille régulièrement, ce qui, outre les frais en matériel, induit des coûts de main-d'oeuvre et des pertes d'exploitation dus à l'immobilisation des moyens d'analyse. Par ailleurs, la phase manuelle de dépôt de l'échan- tillon est elle-même une contrainte non négligeable à prendre en compte lors de l'exploitation de ce type de moyen d'analyse. En effet, la tâche n'est pas motivante et le person- nel doit être à proximité immédiate de ces moyens pour pouvoir intervenir et placer l'échantillon à analyser sur l'aiguille en verre dès que les moyens sont disponibles. La présente invention vise à automatiser en totalité le dépôt des échantillons, les moyens d'injection ainsi que leur nettoyage, ceci de façon automatique, de façon à permettre une utilisation continue de l'appareil d'analyse avec une meilleure reproducti- bilité, tout en libérant du personnel pour des tâ- ches plus valorisantes. A cet effet, le dispositif d'injection automatique de produits solubilisés ou dilués dans un solvant tel qu'il est prévu dans la présente invention, ap- plicable à des colonnes d'analyse par chromatogra- phie en phase gazeuse, se caractérise en ce qu'il comprend une chambre de concentration/calcination, une chambre de vaporisation en liaison avec la co- lonne de chromatographie, un support d'échantillon mobile verticalement dans la chambre de concentra- tion/calcination, entre une première position dans laquelle l'échantillon est dans la chambre de con- centration/calcination et une seconde position dans laquelle l'échantillon est dans la chambre de vapo- risation, ainsi qu'un système de balayage des deux chambres par un gaz vecteur. Selon une autre caractéristique de l'invention, le support d'échantillon comprend une embase mobile sur laquelle sont montés un filament chauffant et des alimentations électriques reliées à ce filament et en ce que les chambres de concentration/calcination et de vaporisation comprennent chacune des alimenta- tions électriques prévues pour entrer en contact avec les alimentations électriques de l'embase lors- que ladite embase est dans l'une ou l'autre des chambres. Selon un mode préférentiel de réalisation, les ali- mentations électriques sont réglables en puissance. L'agencement du dispositif d'injection automatique selon l'invention est tel que la chambre de concen- tration/calcination est orientée verticalement de façon à recevoir à coulissement l'embase soumise à la gravité et mobile entre une position haute et une position basse et en ce que cette chambre comprend également des moyens de blocage/déblocage de l'em- base en position haute. Une telle embase peut être un noyau de fer doux avec un électroaimant comme moyen de blocage/déblocage, cet électroaimant étant disposé en partie haute de la chambre de concentration/calcination. Le système de balayage comprend un premier piquage d'entrée de gaz débouchant entre les chambres de concentration/calcination et de vaporisation, un second piquage de sortie de gaz débouchant hors de la chambre de concentration/calcination, ce second piquage comportant une première et une seconde voies, la première voie étant équipée d'un ajutage et la seconde voie, à grand débit, étant équipée d'une électrovanne. L'agencement du dispositif d'injection automatique de l'invention prévoit que le second piquage est situé immédiatement sous l'embase lorsque celle-ci est en position haute. La chambre de concentration/calcination comprend également un orifice d'introduction d'aiguille en partie haute, au-dessus de l'embase lorsque celle-ci est en position haute et en ce que l'embase comprend un trou débouchant orienté verticalement, coaxial à l'orifice d'introduction, de façon à permettre le passage de l'aiguille à travers l'embase et autori- ser ainsi l'accès au filament. L'invention est décrite ci-après en regard des figu- res annexées qui représentent: - la figure 1, une vue générale schématique du dis- positif d'injection automatique selon l'invention, avec l'embase mobile en position haute, - la figure 2, une vue de détail du dispositif d'in- jection lorsque l'embase mobile est en position bas- se, et - la figure 3, qui comprend les étapes A, B, C et D, un synoptique de fonctionnement du dispositif d'in- jection automatique selon l'invention. Sur la figure 1, on a représenté une chambre de con- centration/calcination 10, une chambre de vaporisa- tion 12 en liaison avec une colonne 14 de chromato- graphie en phase gazeuse, un support d'échantillon 16 mobile verticalement dans la chambre de concen- tration/calcination, ainsi qu'un système de balayage 18 des chambres de concentration/calcination et de vaporisation par un gaz vecteur 20. La chambre de concentration/calcination 10 comprend un tube 22 cylindrique dont l'axe longitudinal est orienté verticalement et dont l'extrémité inférieure 24 est reliée à la colonne de chromatographie 14, tandis que l'extrémité supérieure 26 comprend une tête d'injection 30. Cette tête d'injection comprend un couvercle 32 vissé sur l'extrémité supérieure 26 avec un joint d'étanchéité 34. Ce couvercle 32 comprend un trou d'injection 36, ob- turé par une rondelle 38 en matériau polymère, dis- posé dans un suralésage 40 taraudé et prévu pour recevoir un bouchon 42 vissé et lui-même équipé d'un conduit 44 débouchant sur la face supérieure de la rondelle 38 et muni à sa partie supérieure d'une forme en entonnoir 46 prévue pour recevoir et guider une aiguille 48 d'une seringue. Ce couvercle est également équipé de deux alimenta- tions électriques reliées aux pôles moins et plus d'un générateur, ces bornes faisant saillie sur la face intérieure du couvercle en contact direct avec l'intérieur de la chambre de concentration/calcina- tion 10. L'extrémité inférieure 24 de la chambre de concen- tration/calcination 10 comprend une rondelle d'iso- lation 54 à sa partie inférieure, traversée par deux bornes respectivement 56 et 58, reliées respective- ment aux pôles moins et plus d'un générateur de cou- rant, et montées sur des ressorts travaillant à la compression respectivement 60 et 62. Un manchon isolant 64 est prévu à la périphérie de l'alimentation 58 reliée au pôle positif du généra- teur de courant. La partie inférieure 24 est vissée sur l'extrémité 66 de la chambre de vaporisation et un joint 68 as- sure l'étanchéité. Le support d'échantillon mobile 16 comprend une em- base 68 métallique à l'intérieur de laquelle il est prévu un noyau isolant 70 muni d'un trou central 72, la forme extérieure de l'embase correspondant, au jeu près, à la forme de la chambre de concentration/calcination. Cette embase, ainsi que cela est mieux visible sur la figure 2, est équipée de bornes électriques supé- rieures 74 et 76 et inférieures 78 et 80. Par ailleurs, un filament 82 est solidaire de cette embase, et plus particulièrement, ses extrémités sont solidaires des bornes électriques 78 et 80 de l'embase mobile. Ce filament 82 a une forme de pointe et possède à son extrémité un enroulement 84. Le support d'échantillon mobile comprend un électro- aimant 73 disposé à la périphérie de l'extrémité supérieure 26 de la chambre de concentration/calci- nation 10, la puissance de cet électroaimant étant telle que les forces électromagnétiques générées re- tiennent en position stable l'embase 68 à l'encontre de son propre poids. La chambre de vaporisation 12 de type connu comprend essentiellement une section tubulaire 86 qui débou- che avec un étranglement 88 dans la colonne de chro- matographie 90, disposée dans une enceinte de chauf- fage 92 équipée de résistances 94. Le système de balayage comprend un premier piquage 96 permettant l'entrée du gaz 20 dans la chambre de vaporisation 12 entre les chambres de concentra- tion/calcination 10 et la colonne de chromatographie 90. Ce système de balayage est complété par un second piquage 98 de sortie de gaz, débouchant hors de la chambre de concentration/calcination, immédiatement en-dessous de l'embase 68 lorsque celle-ci est en position haute telle que représentée sur la figure 1. Ce second piquage 98 comprend une première voie 100 équipée d'un ajutage 102 débouchant dans un tube 104 et une seconde voie 106, à grand débit, équipée d'une électrovanne 108. A l'étape A, l'électroaimant 73 est alimenté et maintient l'embase 68 en position haute, c'est-à- dire au droit de l'extrémité 26 de la chambre de concentration/calcination 10, les bornes supérieures 74 et 76 de cette embase coopérant avec les alimen- tations électriques 50 et 52 prévues dans le couver- cle 32. On remarque que la masse (borne négative) est réali- sée par le matériau métallique qui constitue l'em- base 68, si bien que les bornes supérieure 74 et inférieure 78 sont au même potentiel. Les bornes 76 et 80 sont également au même poten- tiel, positif cette fois, puisqu'elles sont reliées entre elles à travers le noyau isolant 70. La colonne de chromatographie est en attente et le système de balayage est alimenté avec un débit re- lativement faible par le premier piquage 96, le gaz 20 circulant vers le haut à travers la chambre de concentration/calcination 10, puis à travers le se- cond piquage 98, pour s'évacuer par la première voie à travers l'ajutage 102 jusque dans le tuyau d'évacuation 104. Ce gaz vecteur est choisi en adéquation avec le pro- duit à analyser, un tel choix ne faisant pas partie de la présente invention et restant à la portée de l'homme de l'art. L'électrovanne est à l'état fermé et l'aiguille 48 d'une seringue, non représentée, est introduite à travers le trou 44 grâce à la forme en entonnoir 46 qui assure le guidage jusqu'à l'extrémité du fila- ment 82, plus particulièrement jusqu'à la boucle 84 après avoir traversé la pastille d'étanchéité 38 en élastomère. Cette introduction de l'aiguille d'une seringue peut être effectuée par un automate de type connu qui ne fait pas partie de l'invention. Au cours de cette étape A, la seringue est actionnée pour déposer grâce à l'aiguille, une goutte de pro- duit dilué ou en solution sur la boucle 84 du fila- ment 82 auquel elle adhère grâce aux forces de ca- pillarité. A l'étape B, l'électroaimant 73 est toujours alimen- té de façon à maintenir l'embase 68 en position hau- te, l'aiguille 48 a été retirée, le gaz vecteur est maintenu à faible débit. Si la tension de vapeur du solvant n'est pas assez faible, on fait passer un courant grâce aux alimen- tations électriques 50 et 52 à travers les bornes supérieurs 74 et 76 qui elles-mêmes alimentent les bornes 78 et 80 et permettent une circulation de courant à travers le filament 82 et l'intensité est calculée pour que, compte tenu de la section du fi- lament, celui-ci s'élève en température et provoque l'évaporation du solvant. Le courant de gaz porteur entraîne le solvant par l'ajutage 102. A l'étape C, l'alimentation de l'électroaimant 73 est coupée, ce qui provoque la descente par gravité de l'embase mobile 68 et la pénétration du filament 82 dans la chambre de vaporisation 86, l'embase ve- nant en appui sur les alimentations électriques 56 et 58, les ressorts 60 et 62 amortissant la chute de l'embase. Les bornes électriques 78 et 80 de l'embase sont alors connectées aux alimentations 56 et 58. La boucle 84 du filament 82 se trouve immédiatement au-dessus de la colonne de chromatographie dont les parois 110 sont symbolisées sur la figure 2. Le courant du gaz vecteur 20 est orienté plus parti- culièrement vers la colonne de chromatographie, car l'embase et le filament encombrent la partie infé- rieure 24 de la chambre de concentration/calcina- tion. Les alimentations électriques 60 et 62 permettent de faire passer un courant à travers le filament 82 qui est porté à une température supérieure à celle qui a permis l'évaporation du solvant, de façon à permet- tre une volatilisation du produit concentré et son fractionnement sur la phase de la colonne chromato- graphique. La puissance de chauffe est générée et calculée en fonction du produit à analyser. L'enceinte 92 est également chauffée de façon à at- teindre la température adéquate en fonction de la nature des produits. Les températures, les types de gaz vecteurs, les durées de chauffe et tous les paramètres de pilotage sont bien connus de l'homme de l'art qui pratique la chromatographie en phase gazeuse et sont couramment utilisés. Il n'y a donc pas lieu de donner des exemples d'ana- lyse. Une fois la chromatographie effectuée, l'étape D permet de remettre l'embase en position haute, ceci grâce à l'ouverture de l'électrovanne 108 et par injection de gaz vecteur 20 avec un gros débit. Ainsi, la circulation de gaz provoque le déplacement de l'embase 68 suivant la flèche de l'étape D en même temps qu'un balayage de l'ensemble de la cham- bre de vaporisation et de la chambre de concentra- tion/calcination. Lors de l'étape E, l'embase mobile, arrivée en posi- tion haute, est maintenue par l'électroaimant qui est à nouveau alimenté en énergie électrique. Lors de cette étape, l'électrovanne est à nouveau fermée. Lors de cette étape E qui correspond au nettoyage du filament 82, il est prévu d'alimenter par un courant électrique de forte puissance les bornes électriques 74 et 76, de façon à chauffer le filament à haute température et à provoquer la calcination des pro- duits qui auraient pu subsister sur le filament. Dans ce cas, la circulation de gaz vecteur est rame- née à faible débit, de façon à évacuer simplement les gaz générés par la calcination. Le dispositif d'injection automatique est alors ra- mené dans sa position initiale représentée à l'étape A. Selon des perfectionnements de l'invention, la cham- bre de concentration/calcination peut être équipée d'un hublot permettant à un opérateur de voir et surveiller le bon déroulement des étapes. De même, un autre électroaimant peut être disposé à la base de la chambre concentration/calcination de façon à maintenir l'embase 68 en position basse. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'injection automatique de pro- duits solubilisés ou dilués dans un solvant pour colonne (14) d'analyse par chromatographie en phase gazeuse, caractérisé en ce qu'il comprend une cham- bre de concentration/calcination (10), une chambre de vaporisation (12) en liaison avec la colonne (14) de chromatographie, un support (16) d'échantillon, mobile dans la chambre de concentration/calcination entre une première position dans laquelle l'échan- tillon est dans la chambre de concentration/calcina- tion et une seconde position dans laquelle l'échan- tillon est dans la chambre de vaporisation, ainsi qu'un système de balayage (18) des deux chambres par un gaz vecteur. 2. Dispositif d'injection automatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le support d'échantillon comprend une embase mobile (28) sur laquelle sont montés un filament (82) chauffant et des bornes électriques (74, 76, 78 et 80) reliées à ce filament et en ce que les chambres de concentra- tion/calcination (10) et de vaporisation (12) com- prennent chacune des alimentations électriques (50, 52, 56 et 58) prévues pour entrer en contact avec les bornes électriques de l'embase lorsque ladite embase est dans l'une ou l'autre des chambres. 3. Dispositif d'injection automatique selon la revendication 2, caractérisé en ce que les ali- mentations électriques (50, 52, 56 et 58) sont ré- glables en puissance. 4. Dispositif d'injection automatique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la chambre de concentration/- calcination (10) est orientée verticalement, de fa- çon à recevoir à coulissement l'embase (28) soumise à la gravité et mobile entre une position haute et une position basse et en ce que cette chambre com- prend également des moyens de blocage/déblocage de l'embase (28) en position haute. 5. Dispositif d'injection automatique selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'embase (28) comprend une enveloppe en fer doux et les moyens de blocage/déblocage de l'embase en position haute comprennent un électroaimant (73). 6. Dispositif d'injection automatique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système de balayage (18) comprend un premier piquage d'entrée (96) de gaz débouchant dans la chambre de vaporisation (12) en- tre les chambres de concentration/calcination (10) et la colonne de chromatographie (14), un second piquage de sortie (98) de gaz débouchant hors de la chambre de concentration/calcination, ce second pi- quage comportant une première (100) et une seconde voies (106), la première voie (100) étant équipée d'un ajutage (102) et la seconde voie (106), à grand débit, étant équipée d'une électrovanne (108). 7. Dispositif d'injection automatique selon la revendication 6, caractérisé en ce que le second piquage (98) est situé immédiatement sous l'embase (28) lorsque celle-ci est en position haute. 8. Dispositif d'injection automatique selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caracté- risé en ce que la chambre (10) de concentration/cal- cination comprend un orifice (44) d'introduction d'aiguille (48) en partie haute, au-dessus de l'em- base lorsque celle-ci est en position haute et en ce que l'embase (28) comprend un trou (72) débouchant, orienté verticalement, de façon à permettre le pas- sage de l'aiguille (48) et autoriser l'accès au fi- lament (82). 9. Dispositif d'injection automatique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les alimentations électriques (50, 52, 56 et 58) comprennent des éléments formant ressort travaillant à la compression.