WO1994028408A1 - Method of continuous analysis of volatile organic compounds in an atmosphere to be analyzed and corresponding concentration unit and chromatograph - Google Patents

Method of continuous analysis of volatile organic compounds in an atmosphere to be analyzed and corresponding concentration unit and chromatograph Download PDF

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WO1994028408A1
WO1994028408A1 PCT/FR1994/000636 FR9400636W WO9428408A1 WO 1994028408 A1 WO1994028408 A1 WO 1994028408A1 FR 9400636 W FR9400636 W FR 9400636W WO 9428408 A1 WO9428408 A1 WO 9428408A1
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atmosphere
analyzed
column
organic compounds
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PCT/FR1994/000636
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Liberto Torres
Franck Amiet
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Chromato-Sud
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/40Concentrating samples
    • G01N1/405Concentrating samples by adsorption or absorption
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02Column chromatography
    • G01N30/04Preparation or injection of sample to be analysed
    • G01N30/06Preparation
    • G01N30/12Preparation by evaporation

Definitions

  • the present invention relates to a process for continuous analysis of volatile organic compounds contained in an atmosphere to be analyzed, as well as a module for the concentration of these compounds and a chronograph comprising such a module.
  • a process for continuous analysis of volatile organic compounds contained in an atmosphere to be analyzed as well as a module for the concentration of these compounds and a chronograph comprising such a module.
  • VOCs Volatile Organic Compounds
  • the analysis method consists in carrying out a concentration of the compounds to be analyzed by adsorption on a solid adsorbent, then a rapid thermodesorption in order to inject them into a chromatographic column for their analysis.
  • the air taken for analysis is used as carrier gas throughout the concentration and then in the chromatographic column.
  • the major drawback of such a device lies in the fact that the air which circulates in the analysis column has only been purified of the contaminants retained in the adsorbent. Assuming that all of these contaminants have been retained. However, in the air, there are other contaminants and these will disturb or even distort the analysis made in the chromatographic column.
  • the present invention aims to overcome the aforementioned drawbacks of known devices, and has as its first objective to provide an easily transportable device.
  • Another objective of the invention is to prevent the carrier gas from disturbing the analysis by the contaminants which it may contain.
  • Another objective of the invention is to provide a device allowing easy regulation of the circulation of fluid in the column in order to avoid any disturbances due to dead volumes and flow resistances.
  • the present invention relates to a method for analyzing volatile organic compounds contained in an atmosphere to be analyzed, of the type consisting in:
  • this process is characterized in that:
  • Thermodesorption is carried out by electrically supplying each metal tube with an electric power supply capable of producing heat energy such that the temperature gradient necessary to achieve said thermodesorption is obtained in a period of time at most equal to 30 seconds.
  • thermodesorption of all the trapped compounds thus avoiding having to reconcentrate them again, for example by cryofocusing, and simplifying the device which can be reduced to dimensions allowing easy transport.
  • the chromatographic column is scanned with a carrier gas according to a second separate and independent circuit from the first, b) and in a second phase, called analysis:
  • the volatile organic compounds are analyzed by sweeping with the carrier gas all of the first and second circuits placed in communication.
  • two independent circuits are formed: on the one hand a first circuit comprising the adsorbent where the atmosphere to be analyzed circulates by means of a suction pump, and on the other hand, a second circuit comprising the chromatographic chain swept by the pure carrier gas.
  • the VOCs of the atmosphere to be analyzed are adsorbed on the adsorbent which is isolated from the chromatographic chain, while the pure carrier gas purges the chromatographic chain and stabilizes the signal (signal substantially flat, without background noise).
  • a new circuit is made in order to put the pure carrier gas in communication with the adsorbent and with the chromatographic chain.
  • Rapid heating of the adsorbent is then implemented to carry out the thermodesorption of the trapped compounds: the carrier gas scans the adsorbent and drives the VOCs to the chromatographic column where the analysis is carried out.
  • the adsorbent is cooled to room temperature, and a new cycle (concentration, thermodesorption, analysis) can be automatically initiated.
  • the carrier gas used is blown under pressure. Therefore, the dead volumes and the flow resistances are eliminated. A uniform and constant regulation of the carrier gas flow rate is also ensured over the entire cycle.
  • the present invention also relates to a module for the concentration of volatile organic compounds present in an atmosphere with a view to their analysis, of the type comprising: - at least one means forming a trap suitable for retaining the volatile organic compounds,
  • a means of suction of the atmosphere to be analyzed adapted to circulate the aspirated atmosphere through at least one trap.
  • this module is characterized in that: - each trap consists of a metal tube internally sheathed with a thickness of inert non-thermally insulating material, containing an adsorbent element, - the heating means of each trap include electrical supply means electrically connected to the metal tube and adapted to provide an electrical power capable of producing heat energy such that the temperature gradient necessary for the thermodesorption of organic compounds is obtained in a period of time at most equal to 30 seconds.
  • the concentration module comprises:
  • a multi-way valve adapted to present at least two positions:
  • a first position called the sampling position, in which a first circuit is established between the suction means and the trap, and a second circuit is established simultaneously, between a source of pressurized carrier gas and an injection orifice to a chromatographic column, said first and second circuits being distinct and independent,
  • the multi-way valve In the sampling phase, the multi-way valve is placed in a first position suitable for ensuring that the trap is swept by the atmosphere to be analyzed while carrier gas is directed towards the chromatographic column. In the analysis phase, this same valve ensures in a second position, the scanning of the trap and the chromatographic chain by the carrier gas.
  • the adsorbent contained in the trap is swept away in a first direction of circulation while, during the analysis phase, it is swept by the carrier gas in a direction opposite to the first.
  • This sweeping by the carrier gas in the opposite direction makes it easier to expel the VOCs trapped by the adsorbent.
  • VOCs tend to be trapped in the sampling phase at the start of their progression in the adsorbent.
  • the carrier gas directed in the opposite direction allows a relocation of the trapped compounds and an easy expulsion of these since they do not have to cross all of the adsorbent to be extracted.
  • the present invention also relates to a chromatograph characterized in that the chromatographic column is produced by winding a metal tube around a core and is in the general form of a thin cylinder.
  • the advantage of the chromatograph according to the invention lies in the fact that the chromatographic column also has its own heating and cooling means and that it can therefore operate at different temperatures completely independently of the temperature of the means. injection and detection, or that of the trap.
  • FIG. 1 is a schematic plan view showing the concentration module and the chromatograph according to the invention
  • FIG. 2 is a simplified pneumatic diagram
  • FIG. 3 is a schematic plan view illustrating the sampling phase of the process according to The invention.
  • the chromatograph 10 according to the invention comprises:
  • a concentration module 11 comprising a trap 15 and a six-way valve 12, a low-power pump P,
  • the trap 15 is constituted by a metal tube 16 vitrified internally.
  • an adsorbent element 35 for example a porous polymer marketed under the name of "Tenax TA". This adsorbent is held in place in the trap by two glass wool plugs 17 rendered inert by silylation.
  • connections 18 connect it with pipes 19 and 20. These pipes are also connected to the six-way valve 12.
  • the trap is also provided with two electrical connectors 21 in contact with the metal tube 16 on the one hand, and with a transformer 22 on the other hand.
  • a thermocouple 36 for controlling the temperature prevailing inside the trap is also provided.
  • the concentration module 11 according to the invention is provided with means 14 for monitoring and controlling the valve 12.
  • the valve 12 actuated by a pneumatic cylinder 27 makes it possible to produce two different circulation patterns.
  • This valve receives, in addition to the lines 19 and 20, a line 23 for supplying carrier gas GV on which are interposed a valve 28 with flow or pressure regulation and a pressure gauge 29, a line 24 for supplying the atmosphere to be analyzed, a line 25 evacuation to a vent 38 on which is mounted the pump P and a flow regulator 37, and an injection pipe 26 to the chromatographic column 13.
  • this six-way valve is adapted in a first so-called sampling phase to present a first position in which an atmosphere to be analyzed is taken via line 24.
  • This atmosphere arrives at valve 12 where it is directed towards the pipe 20 and crosses the entire trap 15. At the outlet of the trap the atmosphere is then directed via the pipe 19 to the valve 12 then towards the pump P and outside via the pipe 25.
  • a first circuit is created in which the sampled atmosphere circulates in the trap 15 in the direction of the arrow F and is then discharged.
  • a second circuit is activated in which carrier gas (GV) is introduced under pressure into the valve 12 via the line 23 and then via the injection line 26 through the entire column 13. This second circuit is independent from the first.
  • GV carrier gas
  • the fact that the carrier gas is blown under pressure ensures a constant and adjustable flow through the entire chromatograph.
  • the pump P is only present to ensure the evacuation of the sampled atmosphere to the outside. This pump can therefore be of low power.
  • this concentration module is described below.
  • the atmosphere to be analyzed is aspirated and then passes through the trap 15 according to arrow F, as previously described.
  • the VOCs contained in this atmosphere are retained by the adsorbent 35.
  • the VOCs accumulate in this adsorbent.
  • This phase continues for a predetermined time so that a predetermined volume of atmosphere to be analyzed is taken.
  • a carrier gas circulates in the column according to a circuit independent of that of the atmosphere to be analyzed.
  • This carrier gas can be nitrogen, or any other pure gas which does not disturb the chromatographic analysis, such as for example argon, hydrogen, helium, neon or any other rare and inert gas. .
  • the valve 12 When the predetermined volume of atmosphere to be analyzed has been taken and in the case where the carrier gas is not nitrogen, the valve 12 is swapped in second position and therefore, the carrier gas (GV) is injected in line 19 for a few moments, to remove the traces of nitrogen present in the adsorbent before the thermodesorption phase.
  • GV carrier gas
  • a transformer having the following characteristics: primary voltage 220 V, secondary 150 V, 2 V, makes it possible to obtain a rise in temperature of a value less than 0 ° C. up to 270 ° C. seconds.
  • thermocouple 36 This rise in temperature is controlled by thermocouple 36.
  • the VOCs trapped in the adsorbent are extracted almost simultaneously.
  • the trap and the column are swept by the same flow of carrier gas.
  • this carrier gas moves in the direction of the arrow G opposite to the direction of that of the arrow F in the sampling phase. Therefore, the VOCs released by the trap 15 are carried by the carrier gas GV to the column 13 to be analyzed there.
  • the thermodesorption is complete, the heating of the trap is stopped.
  • the six-way valve is again swapped to return to the first position.
  • the cooling phase is carried out by Venturi effect (or Vortex) and / or by using Peltier effect elements and / or by air circulation. Once cold, a new sampling and analysis cycle is initiated.
  • porous polymers such as those sold under the name Porapaks, Chromosorbs, XADs, Tenax, ..., - molecular sieves of the Zeolite, Silicagel, Alumina type, etc.
  • the present invention relates not only to the concentration module described above, but also to a chromatograph associated with such a module.
  • this chromatograph comprises the module 11 and the six-way valve 12 already described as well as injection means 30a and detection 30b associated with a first heating means 33, and a chromatographic column 13 associated with a second heating means 31, the first and second heating means being independent of each other. It should be noted that this chromatograph can have several distinct detection means 30b.
  • the chromatograph also includes electronic management and control means 14 adapted to automatically manage all of the sampling and analysis cycles.
  • These electronic means 14 are constituted by. a set of conventional cards and are managed by a microprocessor. This microprocessor manages not only the general automation of the chromatograph, but also the permutations of the valve 12 as well as the heating of the trap 15 and the heating means 31 and 33.
  • Such a chromatograph is portable. Its weight and size are low and it is therefore possible to move it and carry out all the analyzes in the field.
  • this chromatograph is divided into two chambers. An uninsulated enclosure 1 mainly containing the trap 15 and the electronic means 14, and a thermally insulated enclosure 2 mainly containing the valve 12, the injection 30a and detection 30b means and the column 13.
  • Such a chromatograph is also intended to be placed in places inaccessible to humans prolonged (polluted, dangerous atmosphere and / or irradiation, ).
  • the temperature gradient applied to the column varies for example from sub-ambient to 130 ° C.
  • This heating is obtained by contact of the column 13 with a heated aluminum block 31 which constitutes the first heating means 31.
  • a heating has the particularity of being direct and very fast.
  • the chromatographic column 13 used can be of the capillary type or not, and is metallic. This column is formed by winding a metal tube around a core. Each lateral end of the core is covered with a disc 34 ensuring the cohesion of the assembly.
  • the column thus formed has a generally cylindrical shape and is thin.
  • Peltier elements 32 are carried by one of these discs 34 (or both) and provide cooling of the column. This cooling can also be obtained by Vortex effect and / or by air circulation.
  • a "blank" cycle is carried out cyclically (for example every ten analysis cycles). Such a cycle is carried out without trapping VOCs and makes it possible to determine the cleanliness of the trap and to take it into account.
  • the analysis method according to the invention makes it possible to analyze continuously, automatically the VOCs contained in an atmosphere to be analyzed. This process consists in: - taking a determined volume of atmosphere to be analyzed,
  • VOCs present in this atmosphere by passing them through at least one trap 15 comprising at least one adsorbent element 35, - injecting by rapid thermodesorption
  • this process consists of: a) in a first phase, called the sampling phase:
  • VOCs by sweeping with the carrier gas all of the first and second circuits put in communication.
  • cooling of the trap is carried out during the analysis phase, and that this Cooling can advantageously be controlled so as to trap the compounds at a predetermined constant temperature.
  • the chromatograph according to the invention when placed in a polluted atmosphere to be monitored automatically, it is provided with an alarm signal which is activated as soon as the threshold concentrations of VOCs are exceeded.
  • the data relating to all the analyzes carried out are stored by the means 14, so that they can be processed subsequently or at the end of the analysis. This data can easily be transferred to a computer for any necessary calculations. .
  • the present invention is not limited to the embodiment described and encompasses any variant within the reach of ordinary skill in the art.
  • the chromatographic column can be non-metallic and / or have a shape other than that shown.

Abstract

Method of continuous analysis of volatile organic compounds contained in an atmosphere to be analyzed, unit for concentrating these compounds and chromatograph comprising such a unit. According to the invention, the concentration unit includes, in particular, a trap (15) consisting of an internally vitrified metal tube (16) adapted to contain a solid absorbent (35), a six-way valve (12), injection means (30a), detection means (30b) and a chromatrographic column (13). The unit further comprises electric power supply means (22) connected to the metal tube (16) and adapted to supply power capable of producing thermal energy so that the temperature gradient required for the thermodesorption of the organic compounds is obtained in at most 30 seconds.

Description

PROCEDE D'ANALYSE EN CONTINU DES COMPOSES ORGANIQUES PROCESS OF CONTINUOUS ANALYSIS OF ORGANIC COMPOUNDS
VOLATILS CONTENUS DANS UNE ATMOSPHERE A ANALYSER,VOLATILES CONTAINED IN AN ATMOSPHERE TO BE ANALYZED,
MODULE DE CONCENTRATION ET CHROMATOGRAPHE CORRESPONDANTSCONCENTRATION MODULE AND CORRESPONDING CHROMATOGRAPHER
La présente invention concerne un procédé d'analyse en continu des composés organiques volatils contenus dans une atmosphère à analyser, ainsi qu'un module de concentration de ces composés et un chro atographe comportant un tel module. En matière d'environnement et de pollution, l'étude des atmosphères (libres ou confinées) a une grande importance.The present invention relates to a process for continuous analysis of volatile organic compounds contained in an atmosphere to be analyzed, as well as a module for the concentration of these compounds and a chronograph comprising such a module. In terms of environment and pollution, the study of atmospheres (free or confined) is of great importance.
En ce qui concerne la composition de l'air atmosphérique, il est connu que l'activité humaine et industrielle la modifie, non pas au niveau des composés majoritaires (azote, oxygène, ...), mais au niveau des composés présents à l'état de traces, tels que les Composés Organiques Volatils (COV) d'origine biogénique et/ou anthropogénique (pesticides, hydrocarbures, oxydants, aérosols, ...). Or, les COV peuvent jouer un rôle dans les équilibres biosphère-atmosphère ainsi que dans^ les bilans radiatifs de la planète et sur la chimie de l'atmosphère.With regard to the composition of atmospheric air, it is known that human and industrial activity modifies it, not at the level of the majority compounds (nitrogen, oxygen, ...), but at the level of the compounds present in l 'trace amounts, such as Volatile Organic Compounds (VOCs) of biogenic and / or anthropogenic origin (pesticides, hydrocarbons, oxidants, aerosols, ...). However, VOCs can play a role in the biosphere-atmosphere balances as well as in the radiative balances of the planet and in the chemistry of the atmosphere.
En ce qui concerne les atmosphères confinées, comme celles des ateliers, hôpitaux, chambres de conservation d'aliments, ... etc., il est également nécessaire de mettre en place des dispositifs d'analyse et de contrôle des COV susceptibles de nuire à la sécurité (ou à la santé) de l'homme et à la qualité des produits. Ainsi, il existe un grand nombre de produits nuisants ou suspects, faisant l'objet de normes quant aux concentrations limites d'exposition admises.With regard to confined atmospheres, such as those of workshops, hospitals, food storage rooms, etc., it is also necessary to set up devices for the analysis and control of VOCs liable to harm human safety (or health) and product quality. Thus, there are a large number of harmful or suspicious products, the subject of standards as to the accepted exposure limit concentrations.
Le problème qui se pose à l'heure actuelle est que les COV les plus réactifs sont souvent présents à des concentrations de l'ordre de la partie par billion (ppb) voire même inférieure, et que les dispositifs existants permettant de mesurer de si faibles concentrations sont très encombrants et, par conséquent, difficilement transportables entre deux sites. En effet, ces dispositifs, tels que par exemple celui décrit dans l'article du volume 329 de la revue "JOURNAL OF CHROMATOGRAPHY", pages 339-405, comportent un premier système de préconcentration sur adsorbant, un deuxième système de cryofocalisation sur capillaires apte à reconcentrer les composés libérés lors de la thermodesorption, des moyens de chauffage des capillaires en vue de la thermodesorption de ces derniers, et enfin, un module d'analyse et de détection. Du fait de la "lourdeur" de ces dispositifs, il s'avère dans la pratique que leur utilisation est relativement limitée en raison du coût qu'elle génère.The problem at present is that the most reactive VOCs are often present at concentrations of the order of the part per billion (ppb) or even lower, and that the existing devices making it possible to measure such weak concentrations are very bulky and therefore difficult to transport between two sites. Indeed, these devices, such as for example that described in the article in volume 329 of the journal "JOURNAL OF CHROMATOGRAPHY", pages 339-405, comprise a first system of preconcentration on adsorbent, a second system of cryofocusing on capillaries suitable to reconcentrate the compounds released during thermodesorption, means for heating the capillaries with a view to thermodesorption of the latter, and finally, an analysis and detection module. Due to the "heaviness" of these devices, it turns out in practice that their use is relatively limited because of the cost that it generates.
Il est à noter toutefois qu'il existe des dispositifs portables tels que par exemple celui décrit dans le brevet EP 091 928.It should be noted however that there are portable devices such as for example that described in patent EP 091 928.
Selon ce brevet, le procédé d'analyse consiste à effectuer une concentration des composés à analyser par adsorption sur un adsorbant solide, puis une thermodesorption rapide pour les injecter dans une colonne chromatographique en vue de leur analyse. Selon ce brevet, on utilise comme gaz vecteur tout au long de la concentration puis dans la colonne chromatographique, l'air prélevé pour analyse. L'inconvénient majeur d'un tel dispositif réside dans le fait que l'air qui circule dans la colonne d'analyse n'a été purifié que des contaminants retenus dans l' adsorbant. En supposant d'ailleurs que tous ces contaminants ont bien été retenus. Cependant, dans l'air, il existe d'autres contaminants et ceux-ci vont venir perturber, voire fausser l'analyse faite dans la colonne chromatographique.According to this patent, the analysis method consists in carrying out a concentration of the compounds to be analyzed by adsorption on a solid adsorbent, then a rapid thermodesorption in order to inject them into a chromatographic column for their analysis. According to this patent, the air taken for analysis is used as carrier gas throughout the concentration and then in the chromatographic column. The major drawback of such a device lies in the fact that the air which circulates in the analysis column has only been purified of the contaminants retained in the adsorbent. Assuming that all of these contaminants have been retained. However, in the air, there are other contaminants and these will disturb or even distort the analysis made in the chromatographic column.
En outre, un tel procédé présente 1 ' inconvénient de continuer à alimenter en produit contaminant 1 ' adsorbant pendant la période de thermodesorption. Ce qui perturbe encore la mesure.In addition, such a method has the drawback of continuing to supply product contaminating the adsorbent during the thermodesorption period. What still disturbs the measurement.
Un autre inconvénient du procédé selon ce brevet réside dans le fait que la circulation de l'air à analyser est effectuée par une pompe aspirante. De ce fait, le débit d'air est mal maîtrisé et très difficile à réguler, ce qui créé des volumes morts, et des résistances d'écoulement tout au long de la chaîne d'analyse. La présente invention vise à pallier les inconvénients précités des dispositifs connus, et a pour premier objectif de fournir un dispositif facilement transportable.Another drawback of the method according to this patent lies in the fact that the circulation of air at analyze is performed by a suction pump. As a result, the air flow rate is poorly controlled and very difficult to regulate, which creates dead volumes and flow resistances throughout the analysis chain. The present invention aims to overcome the aforementioned drawbacks of known devices, and has as its first objective to provide an easily transportable device.
Un autre objectif de l'invention est d'éviter que le gaz vecteur perturbe l'analyse par les contaminants qu'il pourrait contenir.Another objective of the invention is to prevent the carrier gas from disturbing the analysis by the contaminants which it may contain.
Un autre objectif de l'invention est de fournir un dispositif autorisant une régulation aisée de la circulation de fluide dans la colonne afin d'éviter toutes les perturbations dues aux volumes morts et aux résistances d'écoulement.Another objective of the invention is to provide a device allowing easy regulation of the circulation of fluid in the column in order to avoid any disturbances due to dead volumes and flow resistances.
A cet effet, la présente invention concerne un procédé d'analyse des composés organiques volatils contenus dans une atmosphère à analyser, du type consistant à :To this end, the present invention relates to a method for analyzing volatile organic compounds contained in an atmosphere to be analyzed, of the type consisting in:
- prélever un volume déterminé de l'atmosphère à analyser,- take a determined volume of the atmosphere to be analyzed,
- concentrer les composés organiques volatils présents dans l'atmosphère à analyser en les piégeant dans un élément adsorbant soumis à un balayage par l'atmosphère à analyser,concentrating the volatile organic compounds present in the atmosphere to be analyzed by trapping them in an adsorbent element subjected to sweeping by the atmosphere to be analyzed,
- injecter par thermodesorption les composés organiques volatils piégés, dans une colonne d'analyse chromatographique, - analyser les composés organiques volatils injectés,- inject trapped volatile organic compounds by thermodesorption into a chromatographic analysis column, - analyze the injected volatile organic compounds,
- et refroidir l'élément adsorbant et la colonne, puis reprendre l'ensemble des étapes précédentes pour un nouveau cycle de prélèvement et d'analyse. Selon l'invention, ce procédé se caractérise en ce que :- And cool the adsorbent element and the column, then repeat all of the previous steps for a new sampling and analysis cycle. According to the invention, this process is characterized in that:
- on utilise un tube métallique gainé intérieurement d'une épaisseur de matériau inerte non isolant thermiquement, pour contenir chaque élément adsorbant,- using a metal tube sheathed internally with a thickness of inert material not thermally insulating, to contain each adsorbent element,
- on réalise la thermodesorption en alimentant électriquement chaque tube métallique avec une puissance électrique d'alimentation apte à produire une énergie calorifique telle que le gradient de température nécessaire pour réaliser ladite thermodesorption soit obtenu en un laps de temps au plus égal à 30 secondes.- Thermodesorption is carried out by electrically supplying each metal tube with an electric power supply capable of producing heat energy such that the temperature gradient necessary to achieve said thermodesorption is obtained in a period of time at most equal to 30 seconds.
Grâce à la conception du piège, un tel procédé permet d'obtenir une thermodesorption pratiquement simultanée de tous les composés piégés, évitant ainsi d'avoir à reconcentrer à nouveau ces derniers, par exemple par cryofocalisation, et simplifiant d'autant le dispositif qui peut être réduit à des dimensions permettant un transport aisé.Thanks to the design of the trap, such a process makes it possible to obtain practically simultaneous thermodesorption of all the trapped compounds, thus avoiding having to reconcentrate them again, for example by cryofocusing, and simplifying the device which can be reduced to dimensions allowing easy transport.
Selon une autre caractéristique de 1 ' invention : a) dans une première phase, dite de prélèvement : - on prélève et préconcentre l'atmosphère à analyser selon un premier circuit,According to another characteristic of the invention: a) in a first phase, called the sampling phase: - the atmosphere to be analyzed is sampled and preconcentrated according to a first circuit,
- et simultanément, on balaye la colonne chromatographique par un gaz vecteur selon un second circuit distinct et indépendant du premier, b) et dans une seconde phase, dite d'analyse :- and simultaneously, the chromatographic column is scanned with a carrier gas according to a second separate and independent circuit from the first, b) and in a second phase, called analysis:
- on analyse les composés organiques volatils en balayant avec le gaz vecteur l'ensemble des premier et second circuits mis en communication.- The volatile organic compounds are analyzed by sweeping with the carrier gas all of the first and second circuits placed in communication.
Ainsi, dans la phase de prélèvement, deux circuits indépendants sont constitués : d'une part un premier circuit comprenant 1 ' adsorbant où circule l'atmosphère à analyser grâce à une pompe d'aspiration, et d'autre part, un second circuit comprenant la chaîne chromatographique balayée par le gaz vecteur pur. Ainsi, pendant cette phase de prélèvement, les COV de l'atmosphère à analyser sont adsorbés sur 1 ' adsorbant qui est isolé de la chaîne chromatographique, cependant que le gaz vecteur pur assure la purge de la chaîne chromatographique et la stabilisation du signal (signal sensiblement plat, sans bruit de fond) . Pendant la phase d'analyse on réalise un nouveau circuit afin de mettre le gaz vecteur pur en communication avec 1 ' adsorbant et avec la chaîne chromatographique. Le chauffage rapide de l' adsorbant est alors mis en oeuvre pour réaliser la thermodesorption des composés piégés : le gaz vecteur balaie l'adsorbant et entraîne les COV vers la colonne chromatographique où l'analyse est effectuée. Pendant l'analyse l' adsorbant est refroidi jusqu'à la température ambiante, et un nouveau cycle (concentration, thermodesorption, analyse) peut être automatiquement initié.Thus, in the sampling phase, two independent circuits are formed: on the one hand a first circuit comprising the adsorbent where the atmosphere to be analyzed circulates by means of a suction pump, and on the other hand, a second circuit comprising the chromatographic chain swept by the pure carrier gas. Thus, during this sampling phase, the VOCs of the atmosphere to be analyzed are adsorbed on the adsorbent which is isolated from the chromatographic chain, while the pure carrier gas purges the chromatographic chain and stabilizes the signal (signal substantially flat, without background noise). During the analysis phase, a new circuit is made in order to put the pure carrier gas in communication with the adsorbent and with the chromatographic chain. Rapid heating of the adsorbent is then implemented to carry out the thermodesorption of the trapped compounds: the carrier gas scans the adsorbent and drives the VOCs to the chromatographic column where the analysis is carried out. During the analysis, the adsorbent is cooled to room temperature, and a new cycle (concentration, thermodesorption, analysis) can be automatically initiated.
Grâce à de telles dispositions on garantit la pureté du gaz vecteur, et on obtient une meilleure précision des mesures puisque l'on s'affranchit de l'injection des contaminants pendant la période de thermodesorption.By virtue of such arrangements, the purity of the carrier gas is guaranteed, and better measurement accuracy is obtained since the injection of the contaminants is avoided during the thermodesorption period.
Avantageusement, le gaz vecteur utilisé est insufflé sous pression. De ce fait, on supprime les volumes morts et les résistances d'écoulement. On assure également une régulation homogène et constante du débit du gaz vecteur sur l'ensemble du cycle.Advantageously, the carrier gas used is blown under pressure. Therefore, the dead volumes and the flow resistances are eliminated. A uniform and constant regulation of the carrier gas flow rate is also ensured over the entire cycle.
La présente invention concerne également un module de concentration de composés organiques volatils présents dans une atmosphère en vue de leur analyse, du type comportant : - au moins un moyen formant piège adapté pour retenir les composés organiques volatils,The present invention also relates to a module for the concentration of volatile organic compounds present in an atmosphere with a view to their analysis, of the type comprising: - at least one means forming a trap suitable for retaining the volatile organic compounds,
- un moyen de chauffage de chaque piège associé à des moyens de commande et de contrôle,a means of heating each trap associated with command and control means,
- un moyen d'aspiration de l'atmosphère à analyser adapté pour faire circuler l'atmosphère aspirée au travers d'au moins un piège.- A means of suction of the atmosphere to be analyzed adapted to circulate the aspirated atmosphere through at least one trap.
Selon l'invention, ce module se caractérise en ce que : - chaque piège est constitué d'un tube métallique gainé intérieurement d'une épaisseur de matériau inerte non isolant thermiquement, renfermant un élément adsorbant, - les moyens de chauffage de chaque piège comportent des moyens d'alimentation électrique reliés électriquement au tube métallique et adaptés pour fournir une puissance électrique apte à produire une énergie calorifique telle que le gradient de température nécessaire à la thermodesorption des composés organiques soit obtenu en un laps de temps au plus égal à 30 secondes.According to the invention, this module is characterized in that: - each trap consists of a metal tube internally sheathed with a thickness of inert non-thermally insulating material, containing an adsorbent element, - the heating means of each trap include electrical supply means electrically connected to the metal tube and adapted to provide an electrical power capable of producing heat energy such that the temperature gradient necessary for the thermodesorption of organic compounds is obtained in a period of time at most equal to 30 seconds.
En outre, selon une autre caractéristique de l'invention, le module de concentration comporte :In addition, according to another characteristic of the invention, the concentration module comprises:
- une vanne multivoies adaptée pour présenter au moins deux positions :- a multi-way valve adapted to present at least two positions:
. une première position, dite de prélèvement, dans laquelle un premier circuit est établi entre le moyen d'aspiration et le piège, et un second circuit est établi de manière simultanée, entre une source de gaz vecteur sous pression et un orifice d'injection vers une colonne chromatographique, lesdits premier et second circuits étant distincts et indépendants,. a first position, called the sampling position, in which a first circuit is established between the suction means and the trap, and a second circuit is established simultaneously, between a source of pressurized carrier gas and an injection orifice to a chromatographic column, said first and second circuits being distinct and independent,
. et une seconde position, dite d'analyse, dans laquelle les premier et second circuits sont mis en communication,. and a second position, called analysis, in which the first and second circuits are put in communication,
- et des moyens de gestion et de commande des permutations de la vanne multivoies entre la première et la seconde position.- And management and control means of the permutations of the multi-way valve between the first and the second position.
Dans la phase de prélèvement, la vanne multivoies est placée dans une première position adaptée pour assurer un balayage du piège par 1 'atmosphère à analyser tandis que du gaz vecteur est dirigé vers la colonne chromatographique. Dans la phase d'analyse, cette même vanne assure selon une seconde position, le balayage du piège et de la chaîne chromatographique par le gaz vecteur.In the sampling phase, the multi-way valve is placed in a first position suitable for ensuring that the trap is swept by the atmosphere to be analyzed while carrier gas is directed towards the chromatographic column. In the analysis phase, this same valve ensures in a second position, the scanning of the trap and the chromatographic chain by the carrier gas.
Avantageusement, lors de la phase de prélèvement, 1 ' adsorbant contenu dans le piège est balayé selon un premier sens de circulation tandis que, lors de la phase d'analyse, il est balayé par le gaz vecteur selon un sens opposé au premier. Ce balayage par le gaz vecteur en sens opposé permet d'expulser plus facilement les COV piégés par l' adsorbant. En effet, les COV ont tendance à être piégés dans la phase de prélèvement au début de leur progression dans l' adsorbant. Or, à la phase d'analyse et après chauffage du piège, le gaz vecteur dirigé en sens inverse permet une relocalisation des composés piégés et une expulsion aisée de ceux-ci puisqu'ils n'ont pas à retraverser l'ensemble de l' adsorbant pour être extraits.Advantageously, during the sampling phase, the adsorbent contained in the trap is swept away in a first direction of circulation while, during the analysis phase, it is swept by the carrier gas in a direction opposite to the first. This sweeping by the carrier gas in the opposite direction makes it easier to expel the VOCs trapped by the adsorbent. In fact, VOCs tend to be trapped in the sampling phase at the start of their progression in the adsorbent. However, in the analysis phase and after heating of the trap, the carrier gas directed in the opposite direction allows a relocation of the trapped compounds and an easy expulsion of these since they do not have to cross all of the adsorbent to be extracted.
La présente invention concerne également un chromatographe caractérisé en ce que la colonne chromatographique est réalisée par enroulement d'un tube métallique autour d'un noyau et se présente sous la forme générale d'un cylindre de faible épaisseur.The present invention also relates to a chromatograph characterized in that the chromatographic column is produced by winding a metal tube around a core and is in the general form of a thin cylinder.
L'intérêt du chromatographe selon l'invention réside dans le fait que la colonne chromatographique présente, en outre, des moyens de chauffage et de refroidissement propres et qu'ainsi, elle peut fonctionner à différentes températures de manière complètement indépendante de la température des moyens d'injection et de détection, ou de celle du piège.The advantage of the chromatograph according to the invention lies in the fact that the chromatographic column also has its own heating and cooling means and that it can therefore operate at different temperatures completely independently of the temperature of the means. injection and detection, or that of the trap.
Avantageusement, il en résulte une meilleure séparation des produits contenus dans l'atmosphère à analyser et donc une meilleure sensibilité de l'analyse.Advantageously, this results in a better separation of the products contained in the atmosphere to be analyzed and therefore a better sensitivity of the analysis.
D'autre objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description qui suit, à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels :Other objects, characteristics and advantages of the present invention will emerge from the description which follows, by way of nonlimiting example, with reference to the appended drawings in which:
- la figure 1 est une vue schématique en plan montrant le module de concentration et le chromatographe selon l'invention, - la figure 2 en est un schéma pneumatique simplifié,- Figure 1 is a schematic plan view showing the concentration module and the chromatograph according to the invention, - Figure 2 is a simplified pneumatic diagram,
- la figure 3 est une vue schématique en plan illustrant la phase de prélèvement du procédé selon 1 ' invention ,- Figure 3 is a schematic plan view illustrating the sampling phase of the process according to The invention,
- et la figure 4 est une vue schématique en plan illustrant la phase d'analyse du procédé selon 1 ' invention. Selon le mode de réalisation représenté à la figure 1, le chromatographe 10 selon l'invention comporte :- And Figure 4 is a schematic plan view illustrating the analysis phase of the method according to one invention. According to the embodiment shown in FIG. 1, the chromatograph 10 according to the invention comprises:
- un module de concentration 11 comportant un piège 15 et une vanne six voies 12, - une pompe P de faible puissance,a concentration module 11 comprising a trap 15 and a six-way valve 12, a low-power pump P,
- une colonne chromatographique 13- a chromatographic column 13
- et des moyens électroniques 14 de gestion et de commande de l'ensemble de ces éléments.- And electronic means 14 for managing and controlling all of these elements.
Le piège 15 est constitué par un tube métallique 16 vitrifié intérieurement.The trap 15 is constituted by a metal tube 16 vitrified internally.
A l'intérieur de ce piège, est placé un élément adsorbant 35, par exemple un polymère poreux commercialisé sous la dénomination de "Tenax TA". Cet adsorbant est maintenu en place dans le piège par deux bouchons de laine de verre 17 rendus inertes par silylation.Inside this trap is placed an adsorbent element 35, for example a porous polymer marketed under the name of "Tenax TA". This adsorbent is held in place in the trap by two glass wool plugs 17 rendered inert by silylation.
A chacune des extrémités du piège, des raccords 18 le connectent avec des conduites 19 et 20. Ces conduites sont reliées d'autre part à la vanne six voies 12.At each end of the trap, connections 18 connect it with pipes 19 and 20. These pipes are also connected to the six-way valve 12.
Le piège est également muni de deux connecteurs électriques 21 en contact avec le tube métallique 16 d'une part, et avec un transformateur 22 d'autre part. Un thermocouple 36 de contrôle de la température régnant à 1' intérieur du piège est également prévu.The trap is also provided with two electrical connectors 21 in contact with the metal tube 16 on the one hand, and with a transformer 22 on the other hand. A thermocouple 36 for controlling the temperature prevailing inside the trap is also provided.
Le module de concentration 11 selon 1 ' invention est muni de moyens 14 de contrôle et de commande de la vanne 12.The concentration module 11 according to the invention is provided with means 14 for monitoring and controlling the valve 12.
La vanne 12 actionnée par un vérin pneumatique 27, permet de réaliser deux schémas de circulation différents. Cette vanne reçoit, outre les conduites 19 et 20, une conduite 23 d'amenée de gaz vecteur GV sur laquelle sont interposés une vanne 28 à régulation de débit ou de pression et un manomètre 29, une conduite 24 d'amenée de l'atmosphère à analyser, une conduite 25 d'évacuation vers un évent 38 sur laquelle est montée la pompe P et un régulateur de débit 37, et une conduite d'injection 26 vers la colonne chromatographique 13.The valve 12 actuated by a pneumatic cylinder 27 makes it possible to produce two different circulation patterns. This valve receives, in addition to the lines 19 and 20, a line 23 for supplying carrier gas GV on which are interposed a valve 28 with flow or pressure regulation and a pressure gauge 29, a line 24 for supplying the atmosphere to be analyzed, a line 25 evacuation to a vent 38 on which is mounted the pump P and a flow regulator 37, and an injection pipe 26 to the chromatographic column 13.
Comme représentée aux figures 3 et 4, cette vanne six voies est adaptée dans une première phase dite de prélèvement pour présenter une première position dans laquelle on prélève une atmosphère à analyser par la conduite 24. Cette atmosphère arrive à la vanne 12 où elle est dirigée vers la conduite 20 et traverse l'ensemble du piège 15. A la sortie du piège l'atmosphère est alors dirigée par la conduite 19 jusqu'à la vanne 12 puis vers la pompe P et l'extérieur par la conduite 25.As shown in Figures 3 and 4, this six-way valve is adapted in a first so-called sampling phase to present a first position in which an atmosphere to be analyzed is taken via line 24. This atmosphere arrives at valve 12 where it is directed towards the pipe 20 and crosses the entire trap 15. At the outlet of the trap the atmosphere is then directed via the pipe 19 to the valve 12 then towards the pump P and outside via the pipe 25.
Ainsi, un premier circuit est créé dans lequel l'atmosphère prélevée circule dans le -piège 15 selon le sens de la flèche F puis est évacuée. Pendant cette première phase, un second circuit est activé dans lequel du gaz vecteur (GV) est introduit sous pression dans la vanne 12 par la conduite 23 puis via la conduite d'injection 26 à travers toute la colonne 13. Ce second circuit est indépendant du premier.Thus, a first circuit is created in which the sampled atmosphere circulates in the trap 15 in the direction of the arrow F and is then discharged. During this first phase, a second circuit is activated in which carrier gas (GV) is introduced under pressure into the valve 12 via the line 23 and then via the injection line 26 through the entire column 13. This second circuit is independent from the first.
Le fait que le gaz vecteur soit insufflé sous pression permet d'assurer un débit constant et réglable au travers de l'ensemble du chromatographe. La pompe P n'est présente que pour assurer l'évacuation vers l'extérieur de l'atmosphère prélevée. Cette pompe peut dont être de faible puissance.The fact that the carrier gas is blown under pressure ensures a constant and adjustable flow through the entire chromatograph. The pump P is only present to ensure the evacuation of the sampled atmosphere to the outside. This pump can therefore be of low power.
Dans une seconde phase, après permutation de la vanne 12 (figure 4) qui présente alors une seconde position, l'atmosphère prélevée par la conduite 24 est évacuée directement par la conduite 25 et la pompe P. Par contre, le gaz vecteur introduit sous pression par la conduite 23 est dirigé via la conduite 19 à travers le piège 15 selon le sens de la flèche G, puis via la conduite 20 jusqu'à la vanne 12 d'où il est redirigé vers la colonne 13, via la conduite 26.In a second phase, after permutation of the valve 12 (FIG. 4) which then has a second position, the atmosphere taken off through the pipe 24 is discharged directly through the pipe 25 and the pump P. On the other hand, the carrier gas introduced under pressure via line 23 is directed via line 19 through trap 15 in the direction of arrow G, then via line 20 to valve 12 from where it is redirected to column 13, via line 26.
Lors de cette seconde phase, le piège et la colonne sont ainsi balayés en continu l'un à la suite de l'autre (en série), par le même gaz vecteur.During this second phase, the trap and the column are thus continuously swept one after the other (in series), by the same carrier gas.
On notera que la colonne n'est ainsi jamais directement traversée par l'atmosphère à analyser.It will be noted that the column is thus never directly crossed by the atmosphere to be analyzed.
Le fonctionnement de ce module de concentration est décrit ci-après. Dans une première phase, l'atmosphère à analyser est aspirée puis traverse le piège 15 selon la flèche F, comme précédemment décrit. Durant le passage de l'atmosphère à analyser dans le piège 15, les COV contenus dans cette atmosphère sont retenus par 1 ' adsorbant 35. Ainsi, pendant toute la phase de prélèvement, les COV s'accumulent dans cet adsorbant. Cette phase se poursuit pendant un temps prédéterminé de telle sorte qu'un volume prédéterminé d'atmosphère à analyser soit prélevé. Pendant toute cette phase, un gaz vecteur circule dans la colonne selon un circuit indépendant de celui de l'atmosphère à analyser. Ce gaz vecteur peut être de l'azote, ou tout autre gaz pur ne perturbant pas 1 'analyse chromatographique, comme par exemple de l'argon, de l'hydrogène, de l'hélium, du néon ou tout autre gaz rare et inerte.The operation of this concentration module is described below. In a first phase, the atmosphere to be analyzed is aspirated and then passes through the trap 15 according to arrow F, as previously described. During the passage of the atmosphere to be analyzed in the trap 15, the VOCs contained in this atmosphere are retained by the adsorbent 35. Thus, during the entire sampling phase, the VOCs accumulate in this adsorbent. This phase continues for a predetermined time so that a predetermined volume of atmosphere to be analyzed is taken. During this entire phase, a carrier gas circulates in the column according to a circuit independent of that of the atmosphere to be analyzed. This carrier gas can be nitrogen, or any other pure gas which does not disturb the chromatographic analysis, such as for example argon, hydrogen, helium, neon or any other rare and inert gas. .
Lorsque le volume prédéterminé d'atmosphère à analyser a été prélevé et dans le cas où le gaz vecteur n'est pas de l'azote, on permute la vanne 12 en seconde position et de ce fait, le gaz vecteur (GV) est injecté dans la conduite 19 pendant quelques instants, pour éliminer les traces d'azote présentes dans 1'adsorbant avant la phase de thermodesorption.When the predetermined volume of atmosphere to be analyzed has been taken and in the case where the carrier gas is not nitrogen, the valve 12 is swapped in second position and therefore, the carrier gas (GV) is injected in line 19 for a few moments, to remove the traces of nitrogen present in the adsorbent before the thermodesorption phase.
Pendant ce temps dit de purge, aucun des COV piégés dans 1 ' adsorbant n'est extrait. Dès que cette purge est terminée, on chauffe le piège, et pour cela on alimente en courant le tube métallique 16. La montée en température à l'intérieur du piège est très rapide et avantageusement au plus égale à 15 secondes. A titre d'exemple, un transformateur présentant les caractéristiques suivantes : tension primaire 220 V, secondaire 150 V, 2 V, permet d'obtenir une montée en température d'une valeur inférieure à 0° C jusqu'à 270° C en 15 secondes.During this so-called purge time, none of the VOCs trapped in the adsorbent is extracted. As soon as this purging is completed, the trap is heated, and for this the metal tube 16 is supplied with current. The rise in temperature inside the trap is very rapid and advantageously at most equal to 15 seconds. By way of example, a transformer having the following characteristics: primary voltage 220 V, secondary 150 V, 2 V, makes it possible to obtain a rise in temperature of a value less than 0 ° C. up to 270 ° C. seconds.
Un transformateur présentant les caractéristiques suivantes : tension primaire 220 V, secondaire 300 A, 3 V, permet quant à lui une montée en température d'une valeur inférieure à 0° C jusqu'à 400° C, en 15 secondes également.A transformer with the following characteristics: primary voltage 220 V, secondary 300 A, 3 V, allows a rise in temperature from a value below 0 ° C to 400 ° C, also in 15 seconds.
Cette montée en température est contrôlée par le thermocouple 36. Lors de la thermodesorption, les COV piégés dans l'adsorbant sont extraits quasi simultanément. Or, le piège et la colonne sont balayés par un même flux de gaz vecteur. Dans le piège, ce gaz vecteur se déplace dans le sens de la flèche G inverse au sens de celui de la flèche F dans la phase de prélèvement. De ce fait, les COV libérés par le piège 15 sont emportés par le gaz vecteur GV vers la colonne 13 pour y être analysés. Lorsque la thermodesorption est complète, le chauffage du piège est arrêté. Quand le piège est à température ambiante, la vanne six voies est de nouveau permutée pour se retrouver en première position. La phase de refroidissement s'effectue par effet Venturi (ou Vortex) et/ou en utilisant des éléments à effet Peltier et/ou par circulation d'air. Une fois froid, un nouveau cycle de prélèvement et d'analyse est initialisé.This rise in temperature is controlled by thermocouple 36. During thermodesorption, the VOCs trapped in the adsorbent are extracted almost simultaneously. However, the trap and the column are swept by the same flow of carrier gas. In the trap, this carrier gas moves in the direction of the arrow G opposite to the direction of that of the arrow F in the sampling phase. Therefore, the VOCs released by the trap 15 are carried by the carrier gas GV to the column 13 to be analyzed there. When the thermodesorption is complete, the heating of the trap is stopped. When the trap is at room temperature, the six-way valve is again swapped to return to the first position. The cooling phase is carried out by Venturi effect (or Vortex) and / or by using Peltier effect elements and / or by air circulation. Once cold, a new sampling and analysis cycle is initiated.
En variante, on notera que l'on peut utiliser plusieurs pièges en parallèles, chacun ayant ses spécificités propres concernant la détermination de COV particuliers. A cet effet, on peut utiliser en tant qu'adsorbant trois catégories d'éléments différents :As a variant, it will be noted that one can use several traps in parallel, each having its own specificities concerning the determination of particular VOCs. To this end, three different categories of elements can be used as adsorbent:
- les adsorbants carbonés, tel que du charbon actif, ou ceux commercialisés sous la dénomination Ambersorb, Carbotrap, ... ,- carbon adsorbents, such as activated carbon, or those sold under the name Ambersorb, Carbotrap, ...,
- les polymères poreux tels ceux commercialisés sous la dénomination Porapaks, Chromosorbs, XADs, Tenax, ... , - les tamis moléculaires du type Zéolithe, Silicagel, Alumine, ....- porous polymers such as those sold under the name Porapaks, Chromosorbs, XADs, Tenax, ..., - molecular sieves of the Zeolite, Silicagel, Alumina type, etc.
On notera en outre, qu'en combinant ces différents adsorbants, la sélectivité du piège 15 peut être améliorée.It will further be noted that by combining these different adsorbents, the selectivity of trap 15 can be improved.
La présente invention concerne non seulement le module de concentration ci-dessus décrit, mais aussi un chromatographe associé à un tel module.The present invention relates not only to the concentration module described above, but also to a chromatograph associated with such a module.
Tel que représenté à la figure 1 , ce chromatographe comporte le module 11 et la vanne six voies 12 déjà décrits ainsi que des moyens d'injection 30a et de détection 30b associés à un premier moyen de chauffage 33, et une colonne chromatographique 13 associée à un second moyen de chauffage 31 , les premier et second moyens de chauffage étant indépendants l'un de l'autre. Il est à noter que ce chromatographe peut présenter plusieurs moyens de détection 30b distincts.As shown in FIG. 1, this chromatograph comprises the module 11 and the six-way valve 12 already described as well as injection means 30a and detection 30b associated with a first heating means 33, and a chromatographic column 13 associated with a second heating means 31, the first and second heating means being independent of each other. It should be noted that this chromatograph can have several distinct detection means 30b.
Le chromatographe comporte encore des moyens électroniques 14 de gestion et de commande adaptés pour gérer en automatique l'ensemble des cycles de prélèvement et d'analyse. Ces moyens électroniques 14 sont constitués par. un ensemble de cartes classiques et sont gérés par un microprocesseur. Ce microprocesseur gère non seulement l'automatisme général du chromatographe, mais également les permutations de la vanne 12 ainsi que le chauffage du piège 15 et les moyens de chauffage 31 et 33.The chromatograph also includes electronic management and control means 14 adapted to automatically manage all of the sampling and analysis cycles. These electronic means 14 are constituted by. a set of conventional cards and are managed by a microprocessor. This microprocessor manages not only the general automation of the chromatograph, but also the permutations of the valve 12 as well as the heating of the trap 15 and the heating means 31 and 33.
Un tel chromatographe est portable. Son poids et son encombrement sont faibles et il est donc possible de le déplacer et d'effectuer l'ensemble des analyses sur le terrain. En outre, tel que représenté schématiquement à la figure 2, ce chromatographe est divisé en deux enceintes. Une enceinte 1 non isolée renfermant principalement le piège 15 et les moyens électroniques 14, et une enceinte 2 isolée thermiquement renfermant principalement la vanne 12, les moyens d'injection 30a et de détection 30b et la colonne 13.Such a chromatograph is portable. Its weight and size are low and it is therefore possible to move it and carry out all the analyzes in the field. In addition, as shown schematically in Figure 2, this chromatograph is divided into two chambers. An uninsulated enclosure 1 mainly containing the trap 15 and the electronic means 14, and a thermally insulated enclosure 2 mainly containing the valve 12, the injection 30a and detection 30b means and the column 13.
Un tel chromatographe est en outre destiné à être mis en place dans des lieux, inaccessibles à l'homme de manière prolongée (atmosphère polluée, dangereuse et/ou irradiations, ... ) .Such a chromatograph is also intended to be placed in places inaccessible to humans prolonged (polluted, dangerous atmosphere and / or irradiation, ...).
On notera que l'un des intérêts de ce chromatographe réside dans le fait que le chauffage de la colonne 13 est indépendant de celui des moyens d'injection 30a et de détection 30b et, bien sûr, totalement indépendant de celui du piège 15. Ceci permet de réaliser une meilleure sélectivité de la mesure.It will be noted that one of the advantages of this chromatograph resides in the fact that the heating of the column 13 is independent of that of the injection means 30a and of detection 30b and, of course, completely independent of that of the trap 15. This allows better selectivity of the measurement.
Le gradient de température appliqué à la colonne varie par exemple du sub-ambiant à 130° C. Ce chauffage est obtenu par contact de la colonne 13 avec un bloc en aluminium 31 chauffé qui constitue le premier moyen de chauffage 31. Un tel chauffage présente la particularité d'être direct et très rapide. La colonne chromatographique 13 utilisée peut être du type capillaire ou non, et est métallique. Cette colonne est constituée par l'enroulement d'un tube métallique autour d'un noyau. Chaque extrémité latérale du noyau est recouverte d'un disque 34 assurant la cohésion de l'ensemble. La colonne ainsi constituée présente une forme globalement cylindrique et est de faible épaisseur. Des éléments à effet Peltier 32 sont portées par un de ces disques 34 (ou les deux) et assurent le refroidissement de la colonne. Ce refroidissement peut être également obtenu par effet Vortex et/ou par circulation d'air.The temperature gradient applied to the column varies for example from sub-ambient to 130 ° C. This heating is obtained by contact of the column 13 with a heated aluminum block 31 which constitutes the first heating means 31. Such a heating has the particularity of being direct and very fast. The chromatographic column 13 used can be of the capillary type or not, and is metallic. This column is formed by winding a metal tube around a core. Each lateral end of the core is covered with a disc 34 ensuring the cohesion of the assembly. The column thus formed has a generally cylindrical shape and is thin. Peltier elements 32 are carried by one of these discs 34 (or both) and provide cooling of the column. This cooling can also be obtained by Vortex effect and / or by air circulation.
Dans un même chromatographe, il est possible d'utiliser une pluralité de colonnes 13 dont les diamètres intérieurs sont différents ou non. Bien sûr, il est aisé le cas échéant, de remplacer une colonne par une autre mieux adaptée à la détermination du ou des COV recherchés, car les colonnes sont amovibles.In the same chromatograph, it is possible to use a plurality of columns 13 whose internal diameters are different or not. Of course, it is easy if necessary to replace a column by another better suited to determining the desired VOC (s), because the columns are removable.
Il est à noter que l'ensemble du dispositif fonctionne en continu de manière totalement automatique.It should be noted that the entire device operates continuously in a fully automatic manner.
Pour améliorer la précision de la mesure, on effectue de manière cyclique (par exemple tous les dix cycles d'analyse) un cycle "de blanc". Un tel cycle est réalisé sans piégeage de COV et permet de déterminer la propreté du piège et d'en tenir compte. Le procédé d'analyse selon l'invention permet d'analyser en continu, de manière automatique les COV contenus dans une atmosphère à analyser. Ce procédé consiste à : - prélever un volume déterminé d'atmosphère à analyser,To improve the accuracy of the measurement, a "blank" cycle is carried out cyclically (for example every ten analysis cycles). Such a cycle is carried out without trapping VOCs and makes it possible to determine the cleanliness of the trap and to take it into account. The analysis method according to the invention makes it possible to analyze continuously, automatically the VOCs contained in an atmosphere to be analyzed. This process consists in: - taking a determined volume of atmosphere to be analyzed,
- concentrer les COV présents dans cette atmosphère en les faisant passer au travers d'au moins un piège 15 comportant au moins un élément adsorbant 35, - injecter par thermodesorption rapide les- concentrating the VOCs present in this atmosphere by passing them through at least one trap 15 comprising at least one adsorbent element 35, - injecting by rapid thermodesorption
COV piégés, dans une colonne 13 d'analyse chromatographique,VOCs trapped in a column 13 for chromatographic analysis,
- analyser les COV injectés dans la colonne, - et refroidir l'élément adsorbant et la colonne 13 pour reprendre ensuite l'ensemble de étapes ci- dessus.- analyze the VOCs injected into the column, - and cool the adsorbent element and the column 13 to then repeat the set of steps above.
En outre, ce procédé consiste : a) dans une première phase, dite de prélèvement à :In addition, this process consists of: a) in a first phase, called the sampling phase:
- prélever et concentrer l'atmosphère à analyser selon un premier circuit,- take and concentrate the atmosphere to be analyzed according to a first circuit,
- et simultanément, balayer la colonne chromatographique par un gaz vecteur selon un second circuit distinct et indépendant du premier, b) et dans une seconde phase, dite d'analyse :- and simultaneously, sweep the chromatographic column with a carrier gas according to a second separate and independent circuit from the first, b) and in a second phase, called analysis:
- analyser les COV en balayant avec le gaz vecteur l'ensemble des premier et second circuits mis en communication.- analyze the VOCs by sweeping with the carrier gas all of the first and second circuits put in communication.
On notera que, pendant que l'analyse est effectuée dans la colonne chromatographique, et lorsque la vanne 12 est permutée en première position, c'est-à-dire lorsque le piège est refroidi, une nouvelle étape de prélèvement peut être initialisee alors même que l'étape d'analyse du cycle précédent n'est pas terminée.It will be noted that, while the analysis is carried out in the chromatographic column, and when the valve 12 is swapped into the first position, that is to say when the trap is cooled, a new sampling step can then be initialized even that the analysis step of the previous cycle has not been completed.
On notera également que le refroidissement du piège est effectué pendant la phase d'analyse, et que ce refroidissement peut avantageusement être contrôlé de façon à piéger les composés à une température constante prédéterminée.It will also be noted that the cooling of the trap is carried out during the analysis phase, and that this Cooling can advantageously be controlled so as to trap the compounds at a predetermined constant temperature.
A noter en outre que lorsque le chromatographe selon l'invention est placé dans une atmosphère polluée à surveiller de manière automatique, il est muni d'un signal d'alarme qui est activé dès que les concentrations seuils de COV sont dépassées.It should also be noted that when the chromatograph according to the invention is placed in a polluted atmosphere to be monitored automatically, it is provided with an alarm signal which is activated as soon as the threshold concentrations of VOCs are exceeded.
A noter encore que les données concernant toutes les analyses effectuées, sont mémorisées par les moyens 14, de manière à pouvoir être traitées par la suite ou en fin d'analyse. Ces données peuvent facilement être transférées vers un ordinateur pour tous calculs nécessaires. . Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et englobe toute variante à la portée de l'homme de l'art. Ainsi, la colonne chromatographique peut être non métallique et/ou présenter une autre forme que celle représentée. It should also be noted that the data relating to all the analyzes carried out are stored by the means 14, so that they can be processed subsequently or at the end of the analysis. This data can easily be transferred to a computer for any necessary calculations. . Of course, the present invention is not limited to the embodiment described and encompasses any variant within the reach of ordinary skill in the art. Thus, the chromatographic column can be non-metallic and / or have a shape other than that shown.

Claims

REVENDICATIONS 1/ - Procédé d'analyse des composés organiques volatils (COV) contenus dans une atmosphère à analyser, ledit procédé étant du type consistant à : - prélever un volume déterminé de l'atmosphère à analyser,CLAIMS 1/ - Process for analyzing volatile organic compounds (VOCs) contained in an atmosphere to be analyzed, said process being of the type consisting of: - taking a determined volume of the atmosphere to be analyzed,
- concentrer les composés organiques volatils présents dans l'atmosphère à analyser en les piégeant dans au moins un élément adsorbant (35) soumis à un balayage par l'atmosphère à analyser,- concentrate the volatile organic compounds present in the atmosphere to be analyzed by trapping them in at least one adsorbent element (35) subjected to scanning by the atmosphere to be analyzed,
- injecter par thermodesorption les composés organiques volatils piégés, dans une colonne d'analyse chromatographique (13),- inject the trapped volatile organic compounds by thermodesorption into a chromatographic analysis column (13),
- analyser les composés organiques volatils injectés,- analyze the injected volatile organic compounds,
- et refroidir l'élément adsorbant et la colonne (13), pour reprendre ensuite l'ensemble des étapes ci-dessus indiquées, ledit procédé étant caractérisé en ce que : - on utilise un tube métallique (16) gainé intérieurement d'une épaisseur de matériau inerte non isolant thermiquement, pour contenir chaque élément adsorbant (35),- and cool the adsorbent element and the column (13), to then resume all of the steps indicated above, said process being characterized in that: - a metal tube (16) is used internally sheathed with a thickness of inert non-thermally insulating material, to contain each adsorbent element (35),
- on réalise la thermodesorption en alimentant électriquement chaque tube métallique (16) avec une puissance électrique d'alimentation apte à produire une énergie calorifique telle que le gradient de température nécessaire pour réaliser ladite thermodesorption soit obtenu en un laps de temps au plus égal à 30 secondes. - thermodesorption is carried out by electrically supplying each metal tube (16) with an electrical supply power capable of producing heat energy such that the temperature gradient necessary to carry out said thermodesorption is obtained in a period of time at most equal to 30 seconds.
2/ - Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'on alimente électriquement chaque tube métallique (16) de façon que le laps de temps d'obtention du gradient de température nécessaire à la réalisation de la thermodesorption, soit inférieur à 15 secondes.2/ - Method according to claim 1, characterized in that each metal tube (16) is electrically supplied so that the time period for obtaining the temperature gradient necessary for carrying out thermodesorption is less than 15 seconds.
3/ - Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que : a) dans une première phase, dite de prélèvement :3/ - Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that: a) in a first phase, called levy :
- on prélève et concentre l'atmosphère à analyser selon un premier circuit,- the atmosphere to be analyzed is taken and concentrated according to a first circuit,
- et simultanément, on balaye la colonne chromatographique (13) par un gaz vecteur (GV) selon un second circuit distinct et indépendant du premier, b) et dans une seconde phase, dite d'analyse :- and simultaneously, the chromatographic column (13) is scanned with a carrier gas (GV) according to a second circuit distinct and independent of the first, b) and in a second phase, called analysis:
- on analyse les composés organiques volatils (COV) en balayant avec le gaz vecteur (GV) l'ensemble des premier et second circuits mis en communication.- the volatile organic compounds (VOCs) are analyzed by scanning with the carrier gas (GV) all of the first and second circuits placed in communication.
4/ - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que pendant la phase de prélèvement on balaye 1 ' adsorbant avec un fluide se déplaçant dans un premier sens (F) de circulation, et pendant la phase d'analyse on balaye 1 ' adsorbant selon un second sens (G) de circulation opposé au premier.4/ - Method according to claim 3, characterized in that during the sampling phase the adsorbent is swept with a fluid moving in a first direction (F) of circulation, and during the analysis phase the adsorbent is swept according to a second direction (G) of circulation opposite to the first.
5/ - Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on chauffe indépendamment le tube métallique (16) et la colonne chromatographique (13).5/ - Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the metal tube (16) and the chromatographic column (13) are heated independently.
6/ - Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on refroidit la colonne chromatographique (13) en utilisant des éléments à effet Peltier (32), le gradient de température pour cette colonne variant du sub-ambiant à 130° C.6/ - Method according to claim 4, characterized in that the chromatographic column (13) is cooled using Peltier effect elements (32), the temperature gradient for this column varying from sub-ambient to 130° C.
7/ - Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on refroidit la colonne (13) et le tube métallique (16) en utilisant des éléments Peltier (32) et/ou par effet Vortex et/ou par l'air.7/ - Method according to one of the preceding claims, characterized in that the column (13) and the metal tube (16) are cooled using Peltier elements (32) and/or by the Vortex effect and/or by the 'air.
8/ - Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est réalisé en continu de manière automatique.8/ - Method according to one of the preceding claims, characterized in that it is carried out continuously automatically.
9/ - Module de concentration de composés organiques volatils présents dans une atmosphère en vue de leur analyse, du type comportant :9/ - Concentration module for volatile organic compounds present in an atmosphere with a view to their analysis, of the type comprising:
- au moins un moyen formant piège (15) adapté pour retenir les composés organiques volatils (COV), - un moyen (22) de chauffage de chaque piège (15) associé à des moyens de commande (14) et de contrôle (36) ,- at least one means forming a trap (15) adapted to retain volatile organic compounds (VOC), - means (22) for heating each trap (15) associated with command means (14) and control means (36),
- un moyen d'aspiration (P) de l'atmosphère à analyser adapté pour faire circuler l'atmosphère aspirée au travers d'au moins un piège (15), ledit module étant caractérisé en ce que :- a suction means (P) of the atmosphere to be analyzed adapted to circulate the aspirated atmosphere through at least one trap (15), said module being characterized in that:
- chaque piège (15) est constitué d'un tube métallique (16) gainé intérieurement d'une épaisseur de matériau inerte non isolant thermiquement, renfermant un élément adsorbant (35),- each trap (15) consists of a metal tube (16) internally sheathed with a thickness of inert, non-thermally insulating material, containing an adsorbent element (35),
- les moyens de chauffage de chaque piège comportent des moyens (22) d'alimentation électrique reliés électriquement au tube métallique (16) et adaptés pour fournir une puissance électrique apte à produire une énergie calorifique telle que le gradient de température nécessaire à la thermodesorption des composés organiques soit obtenu en un laps de temps au plus égal à 30 secondes.- the heating means of each trap comprise electrical power supply means (22) electrically connected to the metal tube (16) and adapted to provide electrical power capable of producing heat energy such as the temperature gradient necessary for the thermodesorption of the organic compounds is obtained in a period of time not more than 30 seconds.
10/ - Module de concentration selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens d'alimentation électrique consistent en un transformateur (22).10/ - Concentration module according to claim 9, characterized in that the electrical supply means consist of a transformer (22).
11/ - Module de concentration selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce qu'il comporte :11/ - Concentration module according to one of claims 9 or 10, characterized in that it comprises:
- une vanne multivoies (12) adaptée pour présenter au moins deux positions :- a multi-way valve (12) adapted to present at least two positions:
. une première position, dite de prélèvement, dans laquelle un premier circuit est établi entre le moyen d'aspiration (P) et le piège (15), et un second circuit est établi de manière simultanée, entre une source de gaz vecteur (GV) sous pression et une colonne chromatographique (13), lesdits premier et second circuits étant distincts et indépendants, . et une seconde position, dite d'analyse, dans laquelle les premier et second circuits sont mis en communication,. a first position, called sampling position, in which a first circuit is established between the suction means (P) and the trap (15), and a second circuit is established simultaneously, between a source of carrier gas (GV) under pressure and a chromatographic column (13), said first and second circuits being distinct and independent,. and a second position, called analysis position, in which the first and second circuits are placed in communication,
- et des moyens de gestion et de commande (14) des permutations de la vanne multivoies entre la première et la seconde position.- and means of management and control (14) permutations of the multi-way valve between the first and the second position.
12/ - Module de concentration selon la revendication 11 , caractérisé en ce que la vanne multivoies (12) est adaptée lors de la phase de prélèvement, pour diriger l'atmosphère à analyser dans le piège (15) selon un premier sens (F) de circulation et lors de la phase d'analyse, pour diriger le gaz vecteur (GV) dans le piège12/ - Concentration module according to claim 11, characterized in that the multi-way valve (12) is adapted during the sampling phase, to direct the atmosphere to be analyzed into the trap (15) in a first direction (F) circulation and during the analysis phase, to direct the carrier gas (GV) into the trap
(15) selon un second sens (G) de circulation opposé au premier.(15) in a second direction (G) of circulation opposite the first.
13/ - Module de concentration selon l'une des revendications 9 à 12, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (32) de refroidissement du piège.13/ - Concentration module according to one of claims 9 to 12, characterized in that it comprises means (32) for cooling the trap.
14/ - Module de concentration selon la revendication 13, caractérisé en ce que ces moyens de refroidissement sont constitués par des éléments Peltier (32) et/ou des dispositifs à effet Vortex et/ou par air.14/ - Concentration module according to claim 13, characterized in that these cooling means consist of Peltier elements (32) and/or Vortex effect devices and/or air.
15/ - Module de concentration selon l'une des revendications 9 à 1 , caractérisé en ce que l'élément adsorbant (35) contenu est maintenu en place dans le piège15/ - Concentration module according to one of claims 9 to 1, characterized in that the adsorbent element (35) contained is held in place in the trap
(15) par deux bouchons de laine de verre (17) rendus inertes par silylation.(15) by two glass wool plugs (17) made inert by silylation.
16/ - Module de concentration selon la revendication 15, caractérisé en ce que l'adsorbant (35) est un adsorbant carboné et/ou un polymère poreux et/ou un tamis moléculaire.16/ - Concentration module according to claim 15, characterized in that the adsorbent (35) is a carbonaceous adsorbent and/or a porous polymer and/or a molecular sieve.
17/ - Module de concentration selon l'une des revendications 9 à 16, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un piège (15). 18/ - Module selon l'une des revendications17/ - Concentration module according to one of claims 9 to 16, characterized in that it comprises at least one trap (15). 18/ - Module according to one of the claims
11 ou 12, caractérisé en ce que la vanne (12) est une vanne à six voies associée à des moyens de chauffage (33).11 or 12, characterized in that the valve (12) is a six-way valve associated with heating means (33).
19/ - Chromatographe du type comportant un module de concentration (11) selon les revendications 9 à 18, caractérisé en ce qu'il comporte en outre :19/ - Chromatograph of the type comprising a concentration module (11) according to claims 9 to 18, characterized in that it further comprises:
- une colonne chromatographique (13) métallique munie d'un premier moyen de chauffage (31) apte à permettre de chauffer ladite colonne avec un gradient de température,- a metallic chromatographic column (13) provided with a first heating means (31) capable of allowing said column to be heated with a gradient of temperature,
- des moyens d'injection (30a) et de détection (30b) associés à un second moyen de chauffage (33), lesdits premier et second moyens de chauffage étant distincts et indépendants l'un de l'autre,- injection means (30a) and detection means (30b) associated with a second heating means (33), said first and second heating means being distinct and independent of each other,
- et des moyens de contrôle et de commande (14) des différents moyens de chauffage (31, 33), des moyens d'injection (30a) et de détection (30b) et de la colonne chromatographique (13). 20/ - Chromatographe selon la revendication- and control and control means (14) of the different heating means (31, 33), the injection means (30a) and detection means (30b) and the chromatographic column (13). 20/ - Chromatograph according to claim
19, caractérisé en ce que les moyens de chauffage (31 ) sont constitués par un bloc d'aluminium associé à des éléments chauffants et/ou des éléments à effet Peltier.19, characterized in that the heating means (31) consist of a block of aluminum associated with heating elements and/or Peltier effect elements.
21/ - Chromatographe selon l'une des revendications 19 ou 20, caractérisé en ce que la colonne chromatographique (13) est réalisée par enroulement d'un tube métallique autour d'un noyau et se présente sous la forme générale d'un cylindre de faible épaisseur.21/ - Chromatograph according to one of claims 19 or 20, characterized in that the chromatographic column (13) is produced by winding a metal tube around a core and is in the general form of a cylinder of thin.
22/ - Chromatographe selon la- revendication 21, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de colonnes (13).22/ - Chromatograph according to claim 21, characterized in that it comprises a plurality of columns (13).
23/ - Chromatographe selon l'une des revendications 19 à 22, caractérisé en ce que chaque colonne est amovible. 24/ - Chromatographe selon l'une des revendications 19 à 23, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de détecteurs (30b) distincts. 23/ - Chromatograph according to one of claims 19 to 22, characterized in that each column is removable. 24/ - Chromatograph according to one of claims 19 to 23, characterized in that it comprises a plurality of distinct detectors (30b).
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