Brevet FR2770909A1 — publié le 19990514

APPAREIL ET PROCEDE DE CHROMATOGRAPHIE EN PHASE GAZEUSE La présente invention concerne un appareil de chromatographie en phase gazeuse comportant un injecteur pour l'introduction de produits à analyser1 une colonne de séparation desdits produits à analyser, ces produits étant entraînés dans ladite colonne de séparation par un gaz porteur, un détecteur du type à ionisation de flamme agencé pour détecter les produits à analyser après leur séparation dans la colonne de séparation, un dispositif d'électrolyse de l'eau, des moyens pour alimenter le détecteur au moins avec de l'hydrogène et de l'oxygène produits par le dispositif d'électrolyse de l'eau, l'hydrogène et l'oxygène produits par ce dispositif d'électrolyse n'étant pas séparés avant d'être fournis au détecteur, et des moyens pour alimenter ledit détecteur à ionisation de flamme avec un gaz d'appoint. La présente invention concerne également un procédé de chromatographie en phase gazeuse consistant à injecter des produits à analyser dans un injecteur, à séparer lesdits produits à analyser par entraînement au moyen d'un gaz porteur, dans une colonne de séparation des produits, à détecter les produits séparés au moyen d'un détecteur du type à ionisation de flamme, à alimenter ledit détecteur au moins avec de l'hydrogène et de l'oxygène produits par électrolyse de l'eau, cet hydrogène et cet oxygène n'étant pas séparés avant d'être fournis au détecteur, et selon lequel on alimente également le détecteur avec un gaz d'appoint. Les appareils de chromatographie les plus couramment utilisés actuellement comportent un détecteur à ionisation de flamme connu sous le nom de FID (Flamme ionisation Detecteur). Un tel détecteur est notamment décrit dans le brevet américain publié sous le No. US-A-2 991158. Ce détecteur comporte une flamme dans laquelle des produits à analyser sont envoyés après leur séparation dans une colonne de séparation, et des électrodes placées à proximité de la flamme et agencées pour mesurer le nombre d'ions formés. La flamme est alimentée par un gaz combustible, généralement de l'hydrogène, auquel est ajouté un gaz d'appoint, tel que l'azote dans le cas où la colonne de séparation est un tube capillaire, et un gaz comburant tel que l'air ou l'oxygène. Selon un mode de réalisation particulier décrit dans le document ci-dessus, I'hydrogène utilisé comme gaz combustible et l'oxygène utilisé comme gaz comburant peuvent être produits par électrolyse de l'eau. Dans ce cas, L'oxygène et l'hydrogène sont séparés avant d'être envoyés au détecteur. II existe également un appareil de chromatographie utilisant le mélange d'hydrogène et d'oxygène obtenu directement à partir de l'électrolyse de l'eau. Ce mélange de gaz est envoyé directement à la flamme du détecteur à ionisation de flamme. A l'air libre, la flamme reste stable, même à de faibles débits de gaz. Toutefois, lorsque le générateur de mélange d'hydrogène et d'oxygène est utilisé à la place de réservoirs de gaz etlou d'un générateur d'hydrogène, on rencontre un certain nombre de difficultés. En effet, le mélange d'hydrogène et d'oxygène est beaucoup plus visqueux que l'hydrogène seul. II en résulte une perte de charge importante le long des conduites d'alimentation en gaz. En l'absence d'un flux coaxial d'air d'environ 400 ml/min, la flamme s'étouffe dans la cheminée du détecteur à ionisation de flamme. Lorsque la flamme s'est éteinte, le mélange d'hydrogène et d'oxygène non brûlé s'accumule à l'intérieur de la cheminée du détecteur. L'allumage de la flamme du détecteur provoque alors une petite implosion sans conséquence, mais désagréable pour l'utilisateur. Le mélange d'hydrogène et d'oxygène arrive à la buse du détecteur à une faible pression. Avec un débit insuffisant de ce mélange, la flamme est instable et brûle par intermittence si elle est maintenue par un allumage permanent. Sans allumage, elle s'éteint facilement au passage d'une quantité importante de composé organique, équivalent à une injection de 1 Cil. Une telle flamme est inutilisable pour un détecteur à ionisation de flamme. Pour maintenir la flamme, plusieurs solutions sont envisageables. II est possible d'augmenter la pression du mélange d'hydrogène et d'oxygène produit par le générateur de gaz. Ceci présente les inconvénients d'augmenter la consommation d'énergie et le risque d'explosion pour l'utilisateur. II est possible de réduire la longueur des conduites d'alimentation en gaz initialement prévues pour l'hydrogène. Ceci implique qu'il est nécessaire de modifier les appareils de chromatographie existants. II est également possible d'ajouter un flux d'air coaxial à un débit d'environ 100 mljmin. Ce flux peut être ajouté au moyen d'un réservoir d'air, ce qui est simple, mais enlève l'intérêt d'utiliser un générateur de mélange d'hydrogène et d'oxygène par électrolyse. En effet, le but premier du générateur d'hydrogène et d'oxygène est de diminuer le nombre de réservoirs de gaz nécessaires. Ce flux d'air peut également être ajouté au moyen d'un ventilateur amenant de l'air ambiant dans le détecteur. Ce ventilateur doit être commandé électroniquement et exige une adaptation personnalisée pour chaque appareil de chromatographie. Cette solution est relativement complexe et présente un risque de contamination de la flamme par l'air ambiant. La présente invention se propose de pallier ces inconvénients en réalisant un appareil de chromatographie utilisant un minimum de réservoirs de gaz et pouvant être réalisé de façon très simple à partir d'un appareil de chromatographie conventionnel. Cet appareil assure en outre une excellente fiabilité de mesure, puisque I'hydrogène et l'oxygène produits ont de très bonnes caractéristiques de pureté. La présente invention se propose également de réaliser un procédé de chromatographie fiable, sûr et bon marché. Ces buts sont atteints par un appareil tel que défini en préambule et caractérisé en ce qu'il n'est pas alimenté en gaz comburant séparé. Selon une forme de réalisation préférée, les moyens pour alimenter ledit détecteur à ionisation de flamme avec un gaz d'appoint comportent un tube d'alimentation en gaz d'appoint agencé pour mélanger ce gaz d'appoint avec le gaz porteur et le mélange d'hydrogène et d'oxygène avant l'endroit où ce mélange de gaz forme une flamme. Le tube d'alimentation en gaz d'appoint débouche de préférence à proximité d'une sortie du tube d'alimentation en gaz combustible délivrant le mélange d'hydrogène et d'oxygène. Selon un mode de réalisation avantageux, le débit du gaz d'appoint dans ledit tube d'alimentation en gaz d'appoint est compris entre 10 et 50 ml/min. Selon une forme de réalisation préférée, L'appareil comporte au moins un deuxième tube d'alimentation du détecteur en gaz d'appoint, amenant du gaz d'appoint à proximité du bas de la flamme. Le débit du gaz d'appoint dans chacun des tubes d'alimentation en gaz d'appoint est avantageusement compris entre 10 et 50 ml/min. Selon une forme de réalisation particulière, le gaz d'appoint est un melange d'hydrogène et d'oxygène produit par le dispositif d'électrolyse. Les buts de l'invention sont également atteints par un procédé tel que défini en préambule et caractérisé en ce que l'on n'alimente pas le détecteur en gaz comburant séparé. Selon un mode de réalisation préféré, on mélange au moins une partie du gaz d'appoint avec le gaz porteur et avec le mélange d'hydrogène et d'oxygène produit par électrolyse de l'eau avant l'endroit où se forme la flamme du détecteur. Le gaz d'appoint introduit avant l'endroit où se forme la flamme a avantageusement un débit compris entre 10 et 50 ml/min. De préférence, I'on introduit une partie du gaz d'appoint à proximité du bas de la flamme du détecteur. Selon un mode de réalisation avantageux, I'on introduit le gaz d'appoint à proximité du bas de la flamme selon un débit compris entre 10 et 50 ml/min. Selon une forme de réalisation préférée, on utilise un gaz d'appoint et un gaz porteur identiques. Selon un mode de réalisation particulier, on utilise comme gaz d'appoint, le mélange d'hydrogène et d'oxygéne produit par électrolyse de l'eau. La présente invention et ses avantages seront mieux compris en référence à un mode de réalisation particulier de l'invention et aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue de l'appareil de chromatographie selon la présente invention, et - la figure 2 est une vue d'un détecteur tel qu'utilisé dans l'appareil de la figure 1. En référence à ces figures, L'appareil 10 comporte un injecteur 1 1 pour des produits à analyser, une colonne de séparation 12 desdits produits à analyser, un détecteur 13 desdits produits à analyser et un dispositif 14 de production de gaz de combustion. Le détecteur 13 est un détecteur du type à ionisation de flamme dans lequel le nombre d'ions formés dans la flamme est mesuré au moyen d'électrodes placées autour d'elle. Cette flamme alimentée notamment par le mélange de gaz provenant du dispositif 14 de production de gaz de combustion. Ce dispositif 14 comporte une cellule d'électrolyse 15 contenant de l'eau distillée ou une solution aqueuse de soude caustique (NaOH) ou de potasse caustique (KOH), dans laquelle plongent deux électrodes 16, 17. Ces électrodes sont alimentées par une source d'énergie électrique 18. De l'hydrogène et de l'oxygène se forment aux électrodes et sont transmis sans séparation préalable, par des moyens 19 pour alimenter ledit détecteur en gaz combustible, à une buse 21 constituant la cathode du détecteur. Les moyens 19 pour alimenter le détecteur en gaz combustible comportent un canal 22 qui transmet la totalité des gaz produits au détecteur. La quantité et la pression de gaz peuvent être réglées en modulant la tension fournie par la source d'énergie électrique 18. La proportion entre l'hydrogène et l'oxygène est toujours la même et correspond au rapport stoechiométrique de l'eau. Ce canal 22 comporte un dispositif anti-retour de flamme 23 agencé pour empêcher la flamme de provoquer la combustion ou l'explosion du mélange d'oxygène et d'hydrogène contenu dans la cellule d'électrolyse. Le canal 22 comporte en outre une cartouche 24 de séchage du mélange de gaz produit par la cellule électrolyte, cette cartouche étant agencée pour éliminer la vapeur d'eau contenue dans le mélange de gaz. Le détecteur 13 reçoit en outre un gaz porteur des produits dans la colonne de séparation, ce gaz pouvant notamment être de l'hydrogène, de l'hélium, de l'azote ou tout autre gaz inerte. II est fourni par un réservoir 20 de gaz porteur. Le détecteur 13 reçoit également un gaz d'appoint provenant par exemple d'un réservoir 25 de gaz d'appoint. Celui-ci peut notamment être de l'azote, de l'hélium ou tout autre gaz inerte. Ce gaz n'est ni un gaz combustible séparé, ni un gaz comburant séparé. II est à noter que le gaz porteur et le gaz d'appoint peuvent également être identiques et provenir de la même source. La figure 2 illustre un détail du détecteur utilisé avec l'appareil selon la présente invention. Ce détecteur est similaire à un détecteur à ionisation de flamme conventionnel et comporte un tube d'alimentation 30 en gaz porteur, un tube d'alimentation 31 en gaz combustible et deux tubes d'alimentation 32, 33 en gaz d'appoint. Contrairement aux détecteurs à ionisation de flamme conventionnels, ce détecteur 13 n'est pas alimenté en gaz comburant séparé tel que l'air ou l'oxygène. Le tube d'alimentation 32 en gaz d'appoint amène du gaz à proximité du tube 31 d'alimentation en gaz combustible. Le mélange de ces gaz avec le gaz porteur contenant les produits à analyser se fait dans une zone située avant l'endroit où se forme la flamme. Le tube d'alimentation 33 en gaz d'appoint délivre du gaz à proximité de l'endroit où la flamme se forme. Le gaz d'appoint fourni par le tube d'alimentation 32 etlou par le tube d'alimentation 33 pourrait également être un mélange d'hydrogène et d'oxygène produit par la cellule d'électrolyse 15. Le mode d'alimentation du détecteur à ionisation de flamme en mélange de gaz tel que décrit cidessus, permet d'obtenir une flamme très stable dans laquelle la concentration de l'énergie est optimale, puisqu'elle se fait dans une zone de très petite dimension, dans laquelle les produits à analyser sont déjà mélangés avec les gaz participant à la flamme. D'autre part, cette flamme est peu ou pas turbulente, ce qui permet d'assurer que les produits à détecter traversent cette zone dans laquelle l'énergie est concentrée. II en résulte une fiabilité de mesure et une stabilité accrues. L'adjonction d'un flux de gaz d'appoint par le tube d'alimentation 33 permet en outre de maintenir un équilibre dynamique du front de combustion de la flamme, ce qui assure une excellente stabilité de cette flamme. Le gaz d'appoint est utilisé pour compenser la consommation du mélange d'hydrogène et d'oxygène dans la flamme. Selon une forme de réalisation concrète, le flux de mélange de gaz d'hydrogène et d'oxygène est d'environ 30 ml/min. Le flux du gaz d'appoint provenant du tube d'alimentation 32 est d'environ 15 ml/min, de même que le flux de gaz d'appoint provenant du tube d'alimentation 33. Dans les appareils de l'art antérieur, un flux d'air de 100 ml/min au minimum doit être utilisé. L'appareil selon la présente invention permet donc l'économie d'une grande quantité d'air ou supprime la nécessité de réguler cet apport d'air. II en résulte une grande simplicité d'utilisation puisqu'il est possible employer la cellule d'électrolyse avec un appareil de chromatographie conventionnel, en changeant simplement les connexions des tubes reliés au détecteur. Ceci est particulièrement intéressant du fait que, sans changer ni les appareils, ni les détecteurs existants, il est possible d'obtenir des signaux comparables aux signaux d'appareils conventionnels, tout en diminuant le nombre de réservoirs nécessaires et la qualité de gaz utilisée, et en améliorant la sécurité d'utilisation. D'autre part, le coût de fonctionnement de l'appareil selon la présente invention est particulièrement bas, du fait qu'il supprime totalement l'utilisation de gaz comburant séparé et que le flux total de gaz d'appoint est très faible. Avec les flux mentionnés dans l'exemple ci-dessus, 100 ml d'eau suffisent pour alimenter le détecteur en continu pendant environ une semaine. De plus, la consommation électrique est d'environ 5 W. Le risque d'explosion à l'allumage est également diminué puisqu'un cas d'absence de flamme, le mélange d'hydrogène et d'oxygène est évacué hors de la cheminée avec le gaz d'appoint. La présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit, mais s'étend à toute variante ou modification évidente pour un homme du métier. En particulier, la nature du gaz porteur et du gaz d'appoint peut être modifiée. REVENDICATIONS 1. Appareil de chromatographie en phase gazeuse comportant un injecteur pour l'introduction de produits à analyser, une colonne de séparation desdits produits à analyser, ces produits étant entraînés dans ladite colonne de séparation par un gaz porteur, un détecteur du type à ionisation de flamme agencé pour détecter les produits à analyser après leur séparation dans la colonne de séparation, un dispositif d'électrolyse de l'eau, des moyens pour alimenter le détecteur au moins avec de l'hydrogène et de l'oxygène produits par le dispositif d'électrolyse de l'eau, I'hydrogène et l'oxygène produits par ce dispositif d'électrolyse n'étant pas séparés avant d'être fournis au détecteur, et des moyens pour alimenter ledit détecteur à ionisation de flamme avec un gaz d'appoint, caractérisé en ce que ce détecteur (13) n'est pas alimenté en gaz comburant séparé. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour alimenter ledit détecteur à ionisation de flamme avec un gaz d'appoint comportent un tube (32) d'alimentation en gaz d'appoint agencé pour mélanger ce gaz d'appoint avec le gaz porteur et le mélange d'hydrogène et d'oxygène avant l'endroit où ce mélange de gaz forme une flamme. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le tube (32) d'alimentation en gaz d'appoint débouche à proximité d'une sortie du tube (31) d'alimentation en gaz combustible délivrant le mélange d'hydrogène et d'oxygène. 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que le débit du gaz d'appoint dans ledit tube (32) d'alimentation en gaz d'appoint est compris entre 10 et 50 ml/min. 5. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un deuxième tube (31) d'alimentation du détecteur en gaz d'appoint, amenant du gaz d'appoint à proximité du bas de la flamme. 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que le débit du gaz d'appoint dans chacun des tubes (31, 32) d'alimentation en gaz d'appoint est compris entre 10 et 50 ml/min. 7. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz d'appoint est un mélange d'hydrogène et d'oxygène produit par le dispositif d'électrolyse (15). 8. Procédé de chromatographie en phase gazeuse consistant à injecter des produits à analyser dans un injecteur, à séparer lesdits produits à analyser par entraînement au moyen d'un gaz porteur, dans une colonne de séparation des produits, à détecter les produits séparés au moyen d'un détecteur du type à ionisation de flamme, à alimenter ledit détecteur au moins avec de l'hydrogène et de l'oxygène produits par électrolyse de l'eau, cet hydrogène et cet oxygène n'étant pas séparés avant d'être fournis au détecteur, et selon lequel on alimente également le détecteur avec un gaz d'appoint, caractérisé en ce que l'on n'alimente pas le détecteur (13) en gaz comburant séparé. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'on mélange au moins une partie du gaz d'appoint avec le gaz porteur et avec le mélange d'hydrogène et d'oxygène produit par électrolyse de l'eau avant l'endroit où se forme la flamme du détecteur. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le gaz d'appoint introduit avant l'endroit où se forme la flamme a un débit compris entre 10 et 50 milmin. 11. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'on introduit une partie du gaz d'appoint à proximité du bas de la flamme du détecteur. 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'on introduit le gaz d'appoint à proximité du bas de la flamme selon un débit compris entre 10 et 50 ml/min. 13. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'on utilise un gaz d'appoint et un gaz porteur identiques. 14. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'on utilise comme gaz d'appoint, le mélange d'hydrogène et d'oxygène produit par électrolyse de l'eau.