CA1038196A - Dispositif d'introduction d'echantillons dans un chromatographe - Google Patents

Abstract

L'invention a trait à un dispositif d'introduction d'échantillons dans un chromatographe. Un tel dispositif, comportant une seringue montée sur un affût, un porte-échantillons consistant en un plateau circulaire et des moyens d'asservissement entre la seringue et le porte-échantillons, est caractérisé en ce que les axes du plateau et de la seringue sont parallèles, l'axe de la cellule pote-échantillon est incliné d'au moins dix degrés sur l'horizontale, chaque logement pour cellule d'échantillon est suivi, successivement, d'une lumière et d'un logement pour une cellule contenant un liquide de rinçage, les moyens d'asservissement sont agencés pour que, lors de la phase d'injection de l'échantillon, l'aiguille de la seringue passe à travers ladite lumière. Le dispositif suivant l'invention, est spécialement adapté à l'analyse chromatographique d'échantillons se présentant à l'état de traces.

Description

1031~196 ~ a pr~sente invention concerne un di~positii permettant l'introduction, ~ des interv~le3 de temp~ d~terminés, d'échan-tillon3 dan~ un chromatographe, notamment pour l'analyse chrom3-to~raphique en phase gazeuse.
~ a chromatographie en phass gazeu~e e~t couramment util~ée pour erfectuer l'analyse de mélanges de produits orga-niques, par e~emple des hydrocarbures naturels. Il ~'avare que le~ hydrocarbure~ naturels sont des m~ange~ de corps de molé-cules de taille~ tres dirférentes, auxquelles il correspond de~
températures d'ébullition rép æ ties sur une plage tras ~tendue.
~a ~i~ation du gradient de température du programme d'élution est le résultat d'un compromis entre l'importance de la re~olu-tion demandée, qui, dans une large mesure, e~t fonction in~erse dudit gradlent de température, et la durée globale de l'a~alyse gui en conditionne le prlx de re~ient. Dans la pratigue oouran-te de~ analyses d'hydrocarbures naturels, une analy~e par chroma-tographie en pha~e gazeuse demande deux ~ trois heurea, ce qui permet d'obtenir avec le même appareil huit analyses en 24 heure~, d I o~ l'utlllt~ d'un dispo~itif d'introduction permettant le fon¢tionnement continu.
On conna~t divers appareils automatiques pour l'intro-du¢tion à de~ intervalles de temps régul1er~, d'échantillons llquide~ dans une chambre d'in~ection de chromatographe. Ces dif~érents appareils efrectuent le pr~la~ement et le rempli~sage dans la position verticale de la ~eringue et, apras ba~culement de 90 degré~ de la ~eringue d'in~ectio~, l'in~ection e~t r~ali~ée en position horizontale.
Le prélaveme~t en po~ition ~erticale a ~té retenu Jusqu'ici parce que, lui ~eul, permet une r~cup~ration e~ective du liquid~ dans les cellules d'~chantillo~ actuellement utili-~e~. Dans les diff~rent~ appareils connu~, le basculement est réallsé gr$ce à un mécanisme comple~e et eDcombrant.
~1, 1.03819~i La présente invention permet de pallier ces difficultés.
Elle s'applique à un dispositif d'introduction d'échantillons dans un bati vertical de chromatographe qui comprend un porte-échanti~ons consistant en un plateau monté en rotation autour d'un axe transversal au bâti et ayant plusieurs logements dis-posés en cercle autour de son axe, le bâti etant situe d'un côte du porte-echantillons. Une seringue est montee de l'autre côte du porte-échant~lons dans une position telle que les logements soient amenés successivement en alignement avec la seringue à
mesure que le plateau tourne. Cette seringue a un corps creux allongé, une aiguille à une extrémite du corps et un piston à
l'autre extrémité, l'ensemble piston et corps etant mobile en translation parallèlement à l'axe de rotation du plateau. Ce dispositif est caractérisé en ce qu'au moins quelques-uns des logements sont destinés à recevoir une cellule a échantillon alors gue d'autres logements sont des lumières pass~nt au travers du plateau, en ce que l'axe de rotation du plateau et la tra-jectoire de translation de la seringue sont situés dans un même plan vertical, et en ce que la ligne de centre d'un logement aligné avec la seringue, prise dans un plan vertical contenant l'axe du plateau, fait un angle aigu d'au moins 10 avec l'hori-zontale. Le dispositif se caractérise aussi en ce qu'il comporte des moyens d'asservissement entre la rotation de la seringue et du piston afin d'obtenir un cycle d'opérations comportant la prise d'un échantillon dans une cellule d'un des logements et l'injection de l'échantillon, dans ledit bâti, au travers d'une des lumières.
Selon une réalisation de l'invention, l'axe de rotation du plateau et la trajectoire de translation de la seringue font 30 environ 10 avec l'horizontale et les lignes de centre des loge-ments sont parallèles à l'axe du plateau et à la trajectoire.
Preférablement, le corps de la seringue est monté sur . .

1038~9ti un affût et les moyens d'asservissement comportent une came solidaire de l'affût et un tambour rainure coaxial et solidaire du plateau, ce tambour contenant un nombre de rainures egal~ au nombre de lumieres du plateau.
Dans un mode de realisation, les logements sont dis-poses en groupes de trois dont l'un contient une cellule d'e-chantillon, un autre est une lumiere et un troisieme contient une cellule de rin~age.
Dans un autre mode de realisation, l'axe de rotation du plateau et la trajectoire de translation de la seringue sont horizontaux et les lignes de centre des logements sont situees dans un lieu géométrique conique, l'axe de ce lieu géométrique ~tant l'axe de rotation du plateau et le sommet du lieu étant situ~ du c8té du plateau opposé a celui de la seringue.
Il est aussi avantageux que les cellules insér~es dan~
les logements aient des extrémit~s coniques d'angle au sommet de 20 et que les aiguilles soient flexibles.
L'invention sera mieux comprise dans la description suivante, donnée a titre non limitatif, de réalisations illustrées par les figures suivantes:
Fig. 1 Coupe du dispositif par un plan vertical.
Fig. 2 Vue de dessus du dispositif.
Fig. 3 Vue du plateau porte-échantillons et de son mécanisme d'entrainement.
Fig. 4 Vue du chariot suivant l'axe de la seringue.
Fig. 5 Section d'un dispositif selon une première réalisation.
E'ig. 6 Section d'un dispositif selon une seconde réalisation.
En se référant a la figure 1, on trouve une seringue 1, comportant un corps cylindrique 2 d'axe a a' horizontal, solidaire d'un affut 3, mobile èn translation parallelement a l'axe du corps de la seringue, par rapport a un support 4, ladite seringue coopérant avec un plateau circulaire 5, porte-échantillons, dont l'axe b b' est parallèle à l'axe a a' du corps de la seringue.
Le plateau circulaire 5 est monte de facon pivotante sur un arbre 6 coaxial, ledit arbre 6 etant fixe sur le support 4.
Le support 4 comporte une partie horizontale 7 sur laquelle est fixée la glissière ou ].e moyen de roulement ~ sur lequel se déplace l'aEfût 3; le support 4 comporte une partie verticale 9 sur laquelle est fixé l'arbre de pivotement 6 du plateau circulaire 5; le support 4 comporte, enfin, des moyens de Eixation 10 sur le bati du chromatographe 11, ces moyens de fixation 10 étant constitués, par exemple, yar des pièces métal-liques en forme d'équerre et munies de boulons.
Le corps cylindrique 2 est en communication avec une aiguille ~'injection 12. Ladite aiyuille est fix~e sur l'extr~-mit~ du corps cylindrique par un moyen connu en soi. Dans le corps cylindrique 2, se déplace un piston 13 fixé a une....~. _ extr~mit~ dluDe tige 14 dont l'autre extr~mit~ est reli~e au piston d'un v~rin 15, le corps 16 dudit v~rin 15 étant relié de faço~ rigide au corps cyli~drique 2 de la seringue l.
~ e plateau circulaire 5 porte-échantillons est, sulvant la figure l, mont~ ~ur l'arbre 6 par le moyen d'un palier 17 constitué par deux roulement~ ~ bille~.
Sur la face du plateau circulaire 5 orientée vers la seringue, ~uivant un cercle, concentrlque au plateau, 80nt réguliareme~t répartles, d'une part, les ouverture~ de~ loge-ment~ 18 creu3é3 dan~ le ma~se du plateau pour ~ di~poser et fi-xer les çQllules l9 contenant soit le~ échantillons 18', solt lea prodult~ de rinçage 18n, et, d'autre part, les ou~erture~
des lumiere~ 20 ~ travers lesquelles l'aiguille 12 passe afin d'ln~ecter l'échantillon dans l'appareil de ¢hromatographie.
~ es logement~ 18 ont la forme de cavités cylindrique~
dont l'axe e~t i~olin~ ~ur l'axe b b', d'un angle de l'ordre d0 qulnze degrés ; les axee desdlt~ logements ¢onstituent les génératrlce~ d'un cô~e dont le sommet est situé sur l'axe b b à l'oppo~é de la face du plateau orlentée ver~ la seri~gue.
~es ¢ellules 19 ren~ermant les échantlllons ont une forme effllée ~e terminant par u~ cône de demi angle au ~ommet de l'ordre de dix degr~s.
~e~ lumières 20 ont la forme de percements cyllndrl~ues d'axea parallalee b b', donc horizontaux.
Suivant le ¢ontour du cercle concentrique au plateau, ohaque logement pour une ¢ellule porte-~chantlllon e~t sul~i d'une lumièrs, elle-m~e ~ui~ie d'un logement pour une cellule contenant un produit de rinçage.
~orsque le~ opératio~s d'analy~e chromatographique durentichacune trois heure3, le fonction~ement de l'apparell d'analy~e en coDtinu 8ur 24 ~eures est obte~u en disposant huit oollule~ po~te-~ch~ntillon~. ~e fonctionnement en continu ~ur 103~196 48 heures eat obtenu en dispo~ant ~ize cellule~ porte-~chan-tillo~.
~ e plateau circulaire 5 porte un tambour 21 coaxial et ~olidaire dudit plateau circulaire. Sur le tambour 21 sont tracées des rainures 22 longitudinales dont la sectio~ permet le pa~age d'une came 23 ~olidaire de l'af~t 3 de la ~eringue l.
~a longueur (x) des rainures 22 est égale au déplaceme~t (y) qui doit 8tre appliqué à l'aiguille 12 pour lui permettre de ,~ pbnétrer dans la cham~re d'alimentation du chromatographe ll.
Sur la figure 2, nous retrou~ons le~ mêmes ~l~ments que ~ur la figure 1, vus de de~su~.
On remarque le r~rln 15, commandant le dépla¢ement de la tlge de piston 14 de la serlngue l.
~ e plat~au ¢ir¢ulaire 5 porte sur sa périphérie une pluralité de dent~ 5a, 5b ,.. dissymétrique~, telles que sont les de~ts d'un mé¢anisme d'éahappement dthorlogerie. ~e nombre de dents est ~gal au nombre total d'ou~ertures des logements et des lumiares portées par la ~a¢e du plateau 5 orientée ~ers la ~eringue.
Un v~r~n 24, fixé ~ur le 6upport 4, ¢ommande un doi$t 25 qui, en aeissant sur les dents telles que 5a, provoque la rotation pa~ à pa~ du plateau 5.
Sur la même figure~ on remarque un ~érln 26 d'a~ paral-lale ~ l'ax~ d0 la ~sringue. ~edit ~érin 26 comporte un corps de r~rin 27 ~olidaire du support 4 du dispositif et une tige de pi~ton 28 dont l'extxêmit~ est rendue solidaire de l'ai~ût 3 par le moyen d'u~e pieca 29, fix~e rlgidement en 30 ~ur l'affût 3. ~a cour~e d~ ~érin 26 est égale au totale de la longueur (y) du d~pla¢ement gui doit 8tr~ appliqué ~ l'aiguille 12 pour lui permettre de p~n~trer dans la chambre d'alime~tation du ¢hroma-tographe et de la longueux (z) du déplaeement qu~ doit être appliqu~ ~ l'aiguille 12 pour ~ller d'une po~itio~ de départ 1a38196 la position de prélavement de l'échantillon dans la cell~le 19.
Par le moyen du vérin 26 ltaff~t ~e déplace entr~ uDe posit~on de but~e arrière défiDie par lè contact d'une pièce ~' de l'aff~t 3 et une pièce 8' du support 8, et de~x po~ition~ de but~e avant définle~ re~pectiveme~t par le contact de la came 23 ~oit avec l'e~trémit~ 21' du tambour 21, soit avec le fond 22' des rainure~ 22.
~ a figure 3 donne une vue de face du plateau circulaire 5 porte-échantillons, et de ~on m~canisme d'entra~nemeDt. On y distingue une entrée 18' d'un logement de cellule renfermant un ~chantillon, sulvie d'une entr~e 20 d'une lumiare traversant le plateau, elle-m8me suivie d'une entrée 18" d'un logement de cellule renfermant un produit de rinçage.
~ e tambour 21, non figuré ici, est ~olidaire d'une bague annulaire 31 comportant une partle plan~ en forme de colle-rette 32, sur laquelle sont découpées trois l~mieres 33, 34 et 35 également réparties le long d'un cercle concentrique a la collerette 32, Chaque lumiare occupe un secteur d'environ vingt degrés. A travers chacune de~ lumières 33, 34 et 35 passe un de~ gou~ons 36, 37 et 38 ; lesdits gou~on~ sont, d'une part, vis~és ~ur le plateau 5 et, d'autre part, reçoi~ent autant d'écrous de ~errage 39, 40 et 41. he choix de la position des gouJon~ dans le~ lumières permet d'a~uster la position du tambour par rapport au plateau 5.
~a ~igure 4 donne un~ ~ue de l'aff~t 30 suiva~t l'axe de la ~eri.~gue 1 ~ partir d'une coupe du tambour 21 suivant A~.
On diatiDgue sur la section du tambour 21, les huit rainures 22 le long desquelle~ couli~se la ¢am~ 23 lor~que l'aff~t de la ~ringue pa~e de la positio~ de prlse d'~chantillon dan~ la ¢ell~le ~ la positio~ d'injeetion da~s la chambrs d'alimentatlon du chromatographe. Sur la rigure 4, la came 23 e~t en butée sur l'e~tr~mit~ du tambour 21, ce qui corre~pond ~ UnB de~ deu~

. . ,. : .

positions de prise d'~ Q~ ~ ~ n dans la cellule ou de rinçage.
La came 23 est solidaire d'une plaque 42 solidaire, d'une part, du corps 2 de la seringue 1 et, d'autre part, de ~;
l'affût et du corps 16 du vérin 15.
La figure 5 donne une section longitudinale d'un dispo-sitif selon une premiare réalisation, comportant une seringue 1, de construction connue en soi. On distingue le corps cylindrique

2 dans lequel se déplace le piston 13 fixé à une extrémité de la tige 14 dont l'autre extrémité est fixée au piston d'un vérin 15 par le moyen d'une pièce de liaison 43. Sur la pièce 43 sont fixées des tiges 44, 45 et 46, parallèles à l'axe de la seringue 1, coulissant dans des passages-guides percés dans le corps 2 de la seringue.
Sur les différentes figures 1, 2 et 4, se distinguent divers éléments annexes de la seringue 1.
Sur la plaque 42, sont fixées des tiges 47, parallèles l'axe de la seringue 1, et se terminant par les butées 48 sur lesquelles porte la piace 43 lorsque le piston 13 est à la posi-tion correspondant à la graduation zéro de la seringue.
Sur la même plaque 42 est assujetti un mécanique 49 de commande de la prise d'échantillon comportant une came 50 entraî-née par un micro-moteur 51, ou moteur a vitesse tres démulti-pliée, et prenant appui sur un galet 52 solidaire de la piece 43. ;
La came 50 a une excentricité égale ~ la course qui doit être imposée au piston 13 pour effectuer la prise d'essai.
Suivant une seconde réalisation, représentée a l'aide de la figure 6, les axes du plateau 5 et de la seringue 1 sont parallèles et font un angle d'au moins 10 sexagésimaux avec l'horizontale et les axes des logements tels que 18, creusés dans le plateau 5, sont parallèles à l'axe du plateau 5.
Le dispositif d'introduction d'échantillons qui vient d'être d~crit fonctionne de la manière suivante:
' ~ - 8 -,.

~038196 En conditions initiales, le chromatographe est en posi-tion d'attente et sur le dispositif l'affGt 3 est en butee arrière, la seringue face a la cellule contenant le produit de rinçage, l'opération de rin~age etant faite.
Le vérin 24 agissant par le moyen du doigt 25 sur une dent 23 provoque une rotation du plateau 5 de 1/24e de tour, ~038196 et l'ouverture d'un logement 18 muni d'une cellule avec ~chan-tillon vient en face de la seringue.
~ a ~eringue 1, actio~n~e par le vérin 26, se déplace de telle ma~i~re que l'aiguille 12 vient perforer la fermeture en caoutchouc d~ la cellule. ~'aiguille 12 flexible bute contre la paroi de la cellule, suit cette paroi inclinée à 15 en~iron sur l'horizontale et, en fin de course, s'arrête à quelques millim~tres du fond de la cellule. Cette po~ition de fin de course est déter~inée par le contact de la came 23 contre l'ex-tremit~ 21' du tambour 21.
~ e vérin 15 commandant les déplacemeDt~ du pist~ 13 dela seriDgue 1 lui imprime dix foi~ un mouvement al~er-retour, de manière à cha~er le~ bulles d'air de l'aiguille. ~a position finale du piston 13 est en butée avant, qui correspond à la graduatio~ zéro de la seringue.
~ a pres~io~ dans le vérin 15 est rel~chée. ~a ¢ame 50 prend alor~ appui ~ur le galet 52, solidaire de la piace 43, et, sou~ l'impulslon du micro-moteur 51, entraIne un déplacement de la place 43, donc du piston 13, correspondant au volume choisi pour l'é¢hantillon. Des vol~mes d'~chantillons aussl r~du~t~
que 10-6 litre sont couramment utilisé~.
Sur l'impulsion du vérin 26, l'aff~t 3 e~t déplacé en po~ition de butée arriare.
Sou3 l'actio~ du v~rin 24, le plateau porte-échantillon~
5 tourne de 1/24e de tour, ce qui amène da~s l'axe de la seringue la lumi~re d'oririce 20.
~ e vérin 26 action~e à nou~eau l'aff~t 3 vers l'avant :
la came 23 se trou~e face ~ un~ rainure 22 du tambo~r 21, et l'af~t slarr8te e~ b~tée avant lorsque la CamQ 23 e~tre e~ -3o contact arec le fo~d 22' de la rainure 22. ~ans ce d~placeme~t, l'aiguille 12 de la seriDgue 1 a perc~ la rermetuse e~ caoutchouc ou septum de la chambre d'alimentation du chromato~raphe.

~ 9 -Sou9 l'action du v~rin 15, la prise d'es~ai est ln-ject~e, et au~it8t la programmation du chromatographe entre en fonction.
~ e v~rin 26 ramène l'affût en position de but~e arri~re~
~ e vérin 24 provoque une rotation de l/24e de tour du plateau 5, ce qui amane l'orifice du logement 18' o~ ~e trouve une cellule conte~ant un produit de rinçage, dan~ l'axe de la seringue.
~ e vérin 26 amène le chariot vers l'a~ant, de telle ~or~e que la came 23 bute sur l'extrémit~ 21' du tambour 21.
Da~s ce mouvement, la pointe de l'aigullle a pén~tré dans la cellule contenant le ~olvant.
~ e vérin 15, en plusieurs mouvements de pistonnage, provoque le rinçage de la ~eringue.
Ie ~érin 26 ramène le ohariot en position de butée arrlare, ~ es avantages ~u dispo~itlf dont le fonctionnement ~ co~rner~
A vlent d'être cc~oncd, résident da~a la simpllcité des dépla¢e-ments de la seringue qui co~siatent uniquement e~ translations, et dans la rlgueur des manipulations qui permettent, premiarement, l'~llmination de~ bulle~ d'alr avant la pris3 de la dose à ana-lyser, deuxiamenent? la récupération de quantités minimes d'~chan-tillon grace à la con~onction de la forme de la cellule et de sa di~posltlon daD~ l'e~pace au moment de la prise, et, troi~iame-ment, un rinçage tr~s pouss~ des cavlt~s de la seringue qui ont contenu l'échantlllon.
Ces diff~rent~ avantageR donnent toute sécurit~ à l'~
mentatioD d'un appareil d'an~yse chromatographique fonctionnant en ¢ontinu.

-- 1 ~

Claims (7)

Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:

1. Dispositif d'introduction d'échantillons dans un bâti vertical de chromatographie, dispositif comprenant:
un porte-échantillons comportant un plateau monté en rotation autour d'un axe transversal audit bâti; ce plateau ayant plusieurs logements disposés en cercle autour dudit axe, le bâti étant situé d'un côté du porte-échantillons;
une seringue montée de l'autre côté du porte-échantillons dans une position telle que lesdits logements soient amenés successivement en alignement avec la serin-que à mesure que le plateau tourne; la seringue ayant un corps creux allongé, une aiguille à une extrémité dudit corps et un piston à l'autre extré-mité; l'ensemble piston et corps étant mobile en translation parallèlement à l'axe de rotation du plateau;
ce dispositif étant caractérisé en ce qu'au moins quelques-uns desdits logements sont destinés à
recevoir une cellule à échantillon alors que d'autres logements sont des lumières passant au tra-vers du plateau, en ce que l'axe de rotation du pla-teau et la trajectoire de translation de la seringue sont situés dans un même plan vertical, en ce que la ligne de centre d'un logement aligné avec la seringue, prise dans un plan vertical contenant l'axe de rotation du piston, fait un angle aigu d'au moins 10° avec l'horizontale, et en ce que le dispositif comporte des moyens d'asser-vissement entre la rotation du plateau et les translations de la seringue et du piston afin d'obtenir un cycle d'opérations comportant la prise d'un échantillon dans une cellule d'un des loge-ments et l'injection dudit échantillon, dans ledit bâti, au travers d'une des lumières.

2. Disposition selon la revendication 1, dans lequel l'axe de rotation du plateau et la trajectoire de translation de la seringue font environ 10° avec l'horizontale et les lignes de centre des logements sont parallèles à l'axe de rotation du pla-teau et à la trajectoire.

3. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le corps de la seringue est monté sur un affût et les moyens d'asservissement comportent une came solidaire de l'affût et un tambour rainuré coaxial et solidaire dudit plateau et contenant un nombre de rainures égal au nombre de lumières dudit plateau.

4. Dispositif selon les revendications 1, 2 ou 3, dans lequel les logements sont disposés en groupes de trois dont l'un contient une cellule à échantillon, un autre est une lumière et un troisième contient une cellule de rinçage.

5. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel l'axe de rotation du plateau et la trajectoire de translation de la seringue sont horizontaux et les lignes de centre des loge-ments sont situées dans un lieu géométrique conique, dans lequel l'axe de ce lieu géométrique conique est l'axe de rotation du plateau et le sommet de ce lieu est situé du côté du plateau opposé à celui de la seringue.

6. Dispositif selon la revendication 5, comportant des cellules insérées dans lesdits logements, ces cellules ayant des extrémités coniques d'angle au sommet de 20°.

7. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel lesdites aiguilles sont flexibles.