Brevet FR2840406A1 — publié le 20031205

dans le dispositif de regeneration (14). METHODE DE DETERMINATION DE PROFILS DE CONCENTRATION A PARTIR DE PROFILS INFRAROUGES ET DE DONNEES CLHP La presente invention concerne une methode de determination des profies de concentrations de toutes les especes presentes dans une meme solution sans calibration prealable des appareils de mesure. Generalement vent utilises un appareil base sur le principe de la spectrometrie InfraRouge (JR) et toute autre technique d'analyse proportionnelle a la concentration comme par exemple la CLHP (chromatographie liquide haute performance). Cette methode peut etre utilisee pour determiner la cinetique d'une reaction et determiner de facon quantitative les differentes entites formees. Cette methode permet d'obtenir rapidement un profil quantitatif de toutes les especes presentes sans etalonnage prealable (IR ou CLHP), d'obtenir les coefficients de reponse UV (ultra violet) de chaque espece sans qu'elles aient besoin d'etre isolees (c' est a dire de fa,con statistique) et permet de determiner un modele reliant ['absorbance IR et la concentration pour chaque produit en tenant compte de l'erreur experimentale. Actuellement pour obtenir des resultats quantitatifs a partir des donnees infrarouge, il est necessaire de realiser une calibration de l'infrarouge par acquisition du spectre IR de divers melanges etalons apres deconvolution du signal. En ce qui concerne la CLHP, pour obtenir une vision quantitative de la reaction, il est necessaire de determiner les coefficients de reponse UV des composes visibles par un trace des courbes de reponse UV. La technique selon ['invention permet de retirer le maximum d'informations de ces deux methodes d'analyse. Wile est applicable a toute methode de determination > d'une mesure proportionnelle a la concentration en fonction du temps permettant d'obtenir un grand nombre de donnees mais dont on ignore le coefficient de proportionnalite par rapport a la concentration. L' invention a pour objet une methode statistique permettant d' extraire de deux series d'analyses qualitatives, des donnees quantitatives. Dans les etudes menees precedemment, la demanderesse a constate que dans la methode de determination des profies de concentration a partir des donnees IR et d'une calibration externe, le bilan matiere ntetait pas toujours respecte. Cela pouvait etre du a un mauvais etalonnage CLHP ou a des mesures IR biaisees par une absorbance residuelle non nulle par exemple. La methode developpee permet d'obtenir un profil de concentration de toutes les especes sans etalonnage prealable ( IR ou methode analogue, et HPLC), d'obtenir les coefficients de reponse UV de chaque espece sans les isoler et determiner un modele reliant ['absorbance IR (ou autre) et la concentration pour chaque produit. Cette invention a pour objet une methode de determination des concentrations des especes du milieu caracterisee par la mesure de spectres infrarouges en fonction du temps et d'une seconde mesure a partir d'une technique d'analyse proportionnelle a la concentration de l'espece dans le milieu. La methode selon ['invention permet done plus rapidement d'obtenir les donnees necessaires a la determination d'un profil ,. cmehque. La methode selon ['invention de determination des concentrations des especes du milieu est caracterisee par la determination dans le milieu des coefficients de proportionnalite infrarouge et CLHP. La methode selon ['invention, ou la concentration des especes est determinee par les profies infrarouges et CLHP, est caracterisee par le fait qu'aucune calibration prealable des appareils infrarouge en ligne et CLHP n'est effectuee. C'est a dire que les coefficients de proportionnalite du signal infrarouge et du signal CLHP de chaque produit par rapport a la concentration vent inconnus. Seul le nombre de composes identifies en infrarouge est connus. L' invention a pour objet l'utilisation d'appareils de spectrometrie infrarouge en ligne, de son logiciel de deconvolution et d'appareil CLHP pour la mise en ocuvre de la methode d'analyse. L' invention a aussi pour obj et l 'utilisation d' appareils de spectrometrie infrarouge en ligne et de son logiciel de deconvolution pour la mise en ceuvre de la methode d'analyse. L' invention a aussi pour obj et l'utilisation d' appareil de mesure permettant d' obtenir un profil lie a la concentration et au temps pour la mise en aeuvre de la methode d'analyse. L'invention a aussi pour objet l'utilisation d'un appareil CLHP pour la mise en aeuvre de la methode d'analyse. Cette methode est illustree de maniere non limitative sur une reaction classique d' esterification en milieu acide de l' acide benzoque en benzoate d' ethyle. Cette reaction chimique a ete suivie par deux techniques d'analyse en ligne: l'infrarouge a transformee de Fourrier (FTIR) et par chromatographie liquide haute performance (CLHP). Ces deux series d' analyses permettent d' obtenir separement des analyses > ( evolution d'un produit par rapport a un autre, non evolution, fin de reaction). Du fait du grand nombre de donnees redondantes issues des 2 series d'analyse, et apres avoir identifie en CLHP les produits detectes en IR, on peut calculer les coefficients de proportionnalite par rapport a la concentration. En combinant ces resultats il a ete alors possible d'obtenir les conversions en temps reel, la concentration residuelle en produit de depart et les coefficients de reponse UV de chaque produit. Le suivi cinetique a pu etre realise et le modele cinetique valide. Cette methode permet d' exploiter de fa,con approfondie les deux types d' analyse et d'obtenir plus de renseignements en les combinant que chacune prise separement c'est a dire de determiner les coeffcients de proportionnalite ( le coefficient de reponse UV statistique pour chaque produit en solution et les parametres du modele reliant ['absorbance IR et la concentration de chacune des especes). Cette technique necessite que chacun des composes identifies en infrarouge soit visible a la fois en CLHP. Pour utiliser cette methode, il est necessaire d'avoir associe chaque produit detecte en infrarouge a un produit detecte en CHLP, il est aussi necessaire de realiser un certain nombre de prelevement CLHP (ou une autre technique d'analyse quantitative) de fa,con a avoir les donnees necessaires a la resolution mathematique du probleme, c'est a dire d'avoir les donnees necessaires a la determination des 4 parametres: 3 parametres infrarouge et 1 parametre CLHP par produit). L'ideal est de realiser un nombre de prelevement 2 fois superieur a celui du nombre de produits observes. Le principe du programrne repose sur la comparaison de tous les signaux enregistres pour chaque produit et du signal global. Ces reponses vent retravaillees mathematiquement en faisant intervenir les coefficients de reponse et en utilisant un modele simple de proportionnalite entre ['absorbance mesuree et la concentration tout en respectant les equations du bilan matiere a chaque instant t et l'egalite des resultats obtenus pour chaque serie d'analyse. Cette manipulation mathematique permet d'obtenir ainsi a chaque instant t l'egalite des resultats issus des differents systemes d'analyse pour chacun des produits en chaque instant et l'egalite du signal global. C'est a dire que pour chaque produit, a chaque instant t, les resultats retravailles issus de la CLHP et ceux issus de l'infrarouge doivent etre identiques et que la somme de ces resultats doit etre, elle-aussi, identique. C'est-a-dire pour une reaction ou trots produits vent presents dans le milieu: Concentration produit 1 CLHP (pour chaque prelevement) = Concentration produit 1 Infrarouge Concentration produit 2 CLHP (pour chaque prelevement) = Concentration produit 2 Infrarouge Concentration produit 3 CLHP (pour chaque prelevement) = Concentration produit 3 Infrarouge Somme des concentrations CLHP (pour chaque prelevement) = Somme des concentrations infrarouge Somme des concentrations en IR (en tout instant) = bilan matiere La presente invention est illustree de maniere non limitative avec l'exemple suivant ou trots produits vent presents dans le milieu. Cette methode a ete testee sur la reaction d' esterification de l' acide benzoique en benzoate d'ethyle dans ltethanol en presence d'acide sulfurique a 50 C. Une sonde IR React IR 1000 est introduite dans le milieu et permet apres traitement par deconvolution 1' obtention d'un profil d'absorbance en fonction du nombre d'onde et du temps. Selon la loi de Beer-Lambert, les profies infrarouges obtenus vent proportionnel a la concentration dans le milieu. Le profil CLHP est determine par des prelevements reguliers. L'appareil CLHP est compose d'une colonne Inertsil ODS de longueur L=25 cm, de diametre 4.6; de longueur d'onde 220nm, Four 30 C; eluant % Methanol, Prelevement 0,1mL de milieu reactionnel dans 20 mL de Methanol; volume injecte l,uL. Cette methode permet d'obtenir les coefficients de reponse UV des produits sans avoir a tracer leur droite d'etalonnage CLHP et d'obtenir leurs concentrations a chaque instant dans le milieu. Les donnees infrarouges utilisees vent representees sur la figure 1. Il s'agit des profies infrarouges des differents produits obtenus par deconvolution des donnees brutes infrarouges, ils representent ['absorbance des produits en fonction du temps. Les resultats des mesures CLHP vent donnes dans le tableau 1 ci dessous. T (h) Aire du pic acide Aire du pic benzoate benzoique (ua) d'ethyle (ua) 0 7824759,5 86477 0,233 7529081,5 218547 0,666 7237722 561973 4,1 5685246 2018365 Tableau 1 Par traitement mathematiques de ces profile infrarouges, on obtient les donnees IR reduites pour les temps de prelevement de CLHP. Les resultats vent presentes dans le tableau 2 Les donnees reduites IR vent obtenues par la relation: Abs reduite = (ABS brute - ABS brute minimale) / (ABS brute maximale -ABS brute minimale) ou ABS brute minimale est le minimum de la courbe d'absorbance pour le produit 1 0 considere et ABS brute maximale est le maximum de la courbe d'absorbance pour le meme produit. T (h) Abs reduite Abs reduite Acide benzoique Benzoate d'ethyle O 1 O 0,233 0,89354125 0,10645875 0,666 0,67349637 0,32650363 4,1 0 1 ABS brute min 1,382 1,648 ABS brute max. 1,6204 2,041 Tableau 2 A partir de ces donnees retravaillees, il est alors possible de calculer les coefficients de reponse UV de l'acide benzoique et du benzoate d'ethyle(Tableau 3) en choisissant comme modele simple de proportionnalite: Ci = Ai x (1/Hi) Dans lequel Ci est la concentration molaire du produit i; Hi est le coefficient de reponse Aire/concentration molaire calcule et Ai est l'aire du produit i en CHLP. Produit H statistique H experimental Acide benzoque 4,55.1 On 4,36 1 On Benzoate d'ethyle 4,293.106 4, 38 106 Tableau 3 A partir de produits commerciaux les coefficients de reponse mesures, les valeurs obtenues vent identique a celles trouvees par la methode statistique decrite ci dessus et reportees dans le tableau 3. On determine alors aussi les coefficients du modele infrarouge reliant ['absorbance et la concentration des especes. Le modele reliant la concentration et ['absorbance est Ci= pio +,Bi* [AbsXri] +,Bi2 *([AbsXri])2 ou Ci est la concentration molaire du produit i dans le milieu a ['instant t Dio,,Bi et pi2 les coefficients du modele de correlation pour le produit i [Abs Xri] ['absorbance reduite du produit i a ['instant t Les resultats vent presentes dans le tableau 4 Coefficient du modele Acide benzoque Benzoate d'ethyle t30 1,24897 0, 0201432 h1 0,44988 0,44987 02 -2,6 e 2,573e6 Tableau 4 Le profil de concentration obtenu en correlant les points CHLP et le profies infrarouges est presente sur la figure 2. Le residu sur le bilan matiere pour l'infrarouge est de 1,3 10-3 et le residu de correlation entre les resultats CHLP et infrarouges est de 6 10-4. L'egalite des bilans et des resultats est done bien realisee. Les profies de concentrations vent done realistes. Cette methode a perrnis de retrouver les coefficients de reponse relatifs des produits puis d'obtenir un profil de concentration respectant le bilan de matiere a chaque instant et pour chaque serie de mesure et correspondent au modele cinetique 1 0 connu. RE VEND IC AT ION S 1. Methode de determination des concentrations des especes du milieu par la mesure de spectres infrarouges en fonction du temps et d'une seconde mesure a partir d'une technique d'analyse proportionnelle a la concentration de l'espece dans le milieu caracterisee par la determination dans le milieu des coeffcients de proportionnalite infrarouge et CLHP. 2. Methode de determination des concentrations des especes du milieu sans calibration prealable des deux appareils par la mesure de spectres infrarouges en fonction du temps avec un appareil a infrarouge et d'une seconde mesure a partir d'unetechnique d'analyse proportionnelle a la concentration de l'espece dans le