Appareil de prélèvement d'échantillons
La présente invention concerne un appareil de prélèvement d'échantillons, destiné à être utilisé avec un chromatographe, permettant de prélever séparément les différents constituants d'un échantillon dans des bouteilles individuelles sans contaminer les constituants d'une bouteille avec l'un quelconque des autres constituants.
L'appareil selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend une série de bouteilles de prélèvement ayant chacune un orifice d'entrée; un moyen pour supporter lesdites bouteilles avec l'orifice d'entrée dirigé verticalement ; un tube de décharge de fluide connecté à la colonne du chromatographe, espacé dudit moyen de support des bouteilles et destiné à débiter successivement les différents constituants d'un échantillon passant dans le chromatographe; et un moyen pour, alternativement, mouvoir horizontalement et lever et abaisser ledit moyen de support des bouteilles, appliquer d'une manière étanche l'extrémité d'évacuation du tube de décharge successivement à l'orifice d'entrée de chacune desdites bouteilles pour recueillir dans des bouteilles de prélèvement distinctes les constituants désirés sortant dudit tube de décharge à des intervalles de temps espacés.
Le dessin représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'appareil objet de l'invention.
La fig. 1 est une vue plane illustrant l'appareil
la fig. 2 est une vue en coupe latérale d'une partie de la structure représentée sur la fig. 1 prise suivant la ligne 2-2 et montrant la table porte-bouteilles à la position abaissée;
la fig. 3 est une vue similaire à la fig. 2, montrant la table porte-bouteilles à la position levée;
la fig. 4 est une vue d'une partie de la structure représentée sur la fig. 3 prise suivant la ligne 4-4
la fig. 5 est une vue en élévation agrandie, en partie en coupe, montrant une partie de la table munie d'une bouteille de prélèvement sous un tube de décharge, la table étant à la position abaissée;
la fig. 6 est une vue agrandie similaire à la fig. 5, la table étant à la position levée;
la fig. 7 est une vue en élévation montrant une partie de la table, un bras de levier en position contre la table tournante, et les commutateurs actionnés par le bras de levier;
la fig. 8 est une vue en plan agrandie d'une partie de la table, montrant l'une des fentes qui y sont ménagées
la fig. 9 est une vue en coupe transversale de la structure représentée sur la fig. 8, prise suivant la ligne 9-9;
la fig. 10 est une vue en coupe transversale de la structure représentée sur la fig. 8, prise suivant la ligne 10-10 ;
la fig. 11 est une vue en perspective agrandie d'une pince destinée à être insérée dans une rainure de la table;
la fig. 12 est une vue en coupe transversale agrandie de l'extrémité du tube de décharge qui est représenté sur les fig. 5 et 6 ;
la fig. 13 est une vue latérale d'une partie de la structure représentée sur la fig. 12 prise suivant la ligne 13-13, et
la fig. 14 est un schéma de principe, en partie en rectangles, illustrant le fonctionnement de l'appareil.
En se référant maintenant au dessin, notamment aux fig. 1 à 3, l'appareil de prélèvement d'échantillons comprend un châssis principal 1 1 sur lequel est supporté un arbre de commande 12 vertical de la table au moyen d'un carter de palier 13. L'arbre d'entraînement 12 de la table est capable d'un mouvement de rotation et d'un mouvement linéaire vertical comme décrit plus en détail ci-après.
A l'extrémité inférieure de l'arbre de commande 12 de la table est maintenue horizontalement à l'aide d'un écrou de retenue 15 une table collectrice circulaire 14 montée concentriquement sur l'arbre de commande 12 pour tourner et effectuer un mouvement linéaire vertical avec l'arbre de commande. La table collectrice 14 est construite et conçue de manière à supporter une série de bouteilles de prélèvement, de la manière décrite en détail ci-après.
L'arbre de commande 12 est entraîné par une roue dentée 16 qui porte des dents à sa périphérie externe et qui est munie d'une rainure de clavette verticale 17 sur sa périphérie interne pour coopérer avec une clavette 18 sur l'arbre de commande 12. L'énergie est transmise à la roue dentée 16 à partir d'un moteur 19 au moyen d'un arbre d'entraînement 21 muni à son extrémité d'un pignon 22 qui engrène avec les dents de la périphérie externe de la roue 16.
L'arbre de commande 12 qui se meut verticalement sous l'action du déplacement de la clavette 18 dans la rainure de clavette 17 est repoussé continuellement vers le haut par un ressort 23 hélicoïdal de rappel de la table dont la partie inférieure s'appuie sur la surface supérieure de la roue dentée 16 et dont la partie supérieure s'appuie sur une rondelle 24 maintenue contre l'extrémité supérieure de l'arbre 12 à l'aide d'une bague élastique 25. Une vis de réglage 26 est vissée dans un alésage taraudé dans l'extrémité supérieure de l'arbre de commande 12 et est verrouillée en position par un écrou de serrage 27.
Une rondelle antifriction en Teflon par exemple est insérée entre la surface inférieure de la roue dentée 16 et la surface supérieure du palier 13 pour permettre une rotation facile de l'arbre de commande 12.
Une console 31 placée sur le châssis 1 1 s'étend au-dessus de l'extrémité supérieure de l'arbre 12 et à l'aide d'un goujon 33 supporte de façon articulée une extrémité d'une tige de levier 32 qui s'étend en travers du dessus de la vis 26 de l'arbre 12. Près de l'extrémité opposée de la tige de levier 32 par rapport à l'axe 33 un noyau plongeur de solénoïde 34 est supporté de façon articulée à l'aide d'une biellette 35 et d'axes 36 et 36'. Un solénoïde 37 entourant le noyau plongeur 36 est fixé au châssis 11. Entre les axes 33 et 36' une partie de bouton 38 de la tige de levier 32 vient en contact avec la surface supérieure de la vis 26 en vue d'appliquer une force dirigée vers le bas à l'arbre 12.
Lors de l'excitation du solénoïde 37 le noyau plongeur 34 est attiré vers le bas et contraint le bouton 38 de la tige de levier 32 à pousser l'arbre de commande 12 verticalement vers le bas en comprimant le ressort 23. Lors de la désexcitation du solénoïde 37, le plongeur 34 est libéré et le ressort de rappel 23 contraint l'arbre de commande 12 à remonter verticalement.
Dans le but d'assurer un déplacement régulier et progressif du bras de levier 32 un amortisseur pneumatique 41 est monté sur le châssis 1 1 et est muni d'un piston pneumatique 42 qui est fixé par une bielle 43 et un étrier 44 à l'extrémité de la tige du levier 32 opposée à l'extrémité fixée à la console 31. Une vis de réglage 45 de l'échappement est prévue pour régler le débit de l'air entrant et sortant de l'amortisseur pneumatique 41. Un ressort à lame 46 plat est fixé à la console 31 et vient en contact avec la surface supérieure de la tige de levier 32 au cours de son mouvement vers le haut pour contribuer à amortir le mouvement vers le haut de l'arbre 12 quand il atteint l'extrémité de sa course.
La table collectrice 14 représentée sur les fig. 1, 4 et 8 à 10 est munie d'une série de fentes radiales 51 régulièrement espacées à la périphérie. Les fentes 51 sont de longueur égale et à la partie la plus interne de chacune des fentes 51 un évidement annulaire 52 est pratiqué dans la surface supérieure de la table 14 pour maintenir une bouteille de prélèvement.
Une rondelle 53 en matériau élastique tel que par exemple du caoutchouc est fixée par de la colle par exemple dans le fond de l'évidement 52 pour recevoir de façon amortie les bouteilles sur la table 14.
Les bords supérieurs des fentes 51 sont biseautés comme en 54 pour coopérer avec les galets de mise en position qui sont décrits en détail ci-après.
Les bords des fentes 51 à la périphérie de la table 14 sont biseautés aussi pour obtenir une encoche de synchronisation à la partie initiale de chacune des fentes 51 pour recevoir un galet de synchronisation. Dans chaque fente une rainure horizontale 56 (voir fig. 10) s'étend radialement vers l'intérieur à partir de la périphérie de la table 14 jusqu'à une région adjacente à l'évidement 52 et est destinée à recevoir une pince du type décrit ci-dessous pour assurer la synchronisation convenable du cycle de fonctionnement.
La fig. 1 1 est une vue en perspective d'une pince mince 57 de dégagement qui comporte une fente centrale 58 s'étendant sensiblement suivant la longueur d'une partie de corps principal horizontale 59 et des dents verticales 60 à sa face avant. La pince 57 est insérée dans la rainure 56 de l'une des fentes 51 et est maintenue en place par élasticité de sorte que les dents avant 60 sont mises en position sensiblement à la périphérie de la table 14 pour obturer effectivement l'encoche de la partie initiale de la fente 51.
Une pince de rappel 57' (voir fig. 4) est construite de la même manière que la pince de dégagement 57 mais est munie d'une partie de corps principal 59' plus longue de sorte que les dents avant 60' s'étendent radialement vers l'extérieur à partir de la périphérie de la table 14 pour actionner l'appareil associé à l'appareil de prélèvement d'échantillons et achever un cycle de l'appareil de prélèvement et en com mencer un autre, comme exposé plus en détail ci-dessous.
Dans certaines des fentes radiales 51 sont insérées des bouteilles de prélèvement 61 (voir fig. 5 et 6) qui ont une chambre supérieure 62, une chambre inférieure 63 et un passage de communication 64 assurant le transfert du fluide entre le fond de la chambre supérieure 62 et le haut de la chambre inférieure 63. Un tube d'admission 65 en alignement vertical muni d'une lèvre 66 s'étendant radialement vers l'extérieur à son extrémité supérieure et d'un col 60 s'étendant à partir du haut de la bouteille 61, débouche dans la chambre supérieure et dans le passage 64 dans la chambre inférieure 63 pour assurer la communication entre la chambre 63 et l'extérieur de la bouteille 61. Un bouchon étanche 67 en caoutchouc, par exemple, est fourni sur le dessus du tube d'admission 65.
Un tube d'évacuation 68 sort de la chambre supérieure en formant un angle avec le tube d'admission pour assurer la communication entre le haut de la chambre supérieure et l'extérieur de la bouteille 61. Un capuchon d'évent 69, en caoutchouc par exemple, qui comporte un orifice 71 d'évacuation de la pression découpé transversalement est fourni sur l'extrémité externe du tube d'évacuation 68 et, dans les conditions normales, l'orifice d'évacuation de la pression 71 est fermé. Toutefois, la pression horizontale, appliquée sur le côté du capuchon d'évent 69 ouvre l'orifice d'évacuation 71 pour permettre au gaz porteur de s'échapper de la chambre supérieure 62. La chambre supérieure 62 est remplie d'un matériau épurateur tel que, par exemple, de la laine de verre.
Un ressort hélicoïdal 72 est prévu sur le col 60 de la bouteille et exerce une pression sur une rondelle 73 pour repousser la rondelle 73 dans la direction de la lèvre 66 de la bouteille de prélèvement. La bouteille 61 est supportée sur la table 14 en comprimant le ressort 72, en glissant le col 60 dans l'une des fentes 51 jusqu'à ce que la lèvre 66 vienne en position dans l'évidement annulaire 52 et en relâchant le ressort 72 de façon que la bouteille soit maintenue de façon élastique sur la table 14.
Un tube de décharge 74 de matériau qui est constitué par l'extrémité de la colonne du chromatographe, indiqué d'une manière générale par 74 comporte une partie coudée 75 avec une partie d'extrémité dirigée vers le bas sur l'extrémité de laquelle une pointe d'aiguille 76 est maintenue à l'aide d'un bouchon d'étanchéité 77 en matériau résistant à la chaleur tel que, par exemple du Teflon (voir fig. 12). La surface inférieure du bouchon d'étanchéité 77 est effilée vers le bas pour créer un joint avec le bouchon d'étanchéité 67 de la bouteille, et l'extrémité de la pointe d'aiguille 76 est munie d'une rainure 78 en forme de V (voir fig. 12 et 13) pour percer les bouchons de bouteille 67 sans engendrer de surpression.
En se référant maintenant aux fig. 1, 4 et 5, le déplacement de la table est commandé par un bras de levier 81 qui est supporté sur l'extrémité inférieure d'un arbre vertical 82 monté de façon rotative dans un manchon de palier 83 sur le châssis 11. A l'extrémité libre du bras de levier 81 est monté de façon articulée sur un axe 80 un galet 84 en alignement vertical qui roule sur la périphérie de la table 1 et dans l'encoche ou partie initiale des fentes 51 lorsque la table tourne. Un levier de commutation 86 est fixé sur l'extrémité supérieure de l'arbre 82 pour actionner deux commutateurs 87 et 88 tels que, par exemple, des microcommutateurs selon la position du bras de levier 81. Chacun des microcommutateurs 87 et 88 possède un bras de commutation 89 qui est fixé de façon réglable au levier 86 par une vis de réglage 91 et un écrou de blocage 92.
Le commutateur 87 arrête la table 14 quand le galet 84 roule dans la partie initiale des fentes 51, tandis que le commutateur 88 effectue la fin d'un cycle de prélèvement et l'amorçage d'un nouveau cycle de prélèvement. Le fonctionnement de ces deux commutateurs est décrit dans l'exemple exposé en détail ci-après en liaison avec la fig. 14.
En se référant maintenant aux fig. 2 à 4, il est prévu une paire de galets 95 de repérage ou de mise en position, chacun des galets étant maintenu de façon rotative dans l'extrémité inférieure à encoche d'un arbre 96 de support de galet en alignement vertical.
Les arbres 96 sont supportés sur le châssis 1 1 de part et d'autre de l'arbre de commande 12 à une distance telle que les galets 95 sont placés sur les bords supérieurs biseautés 54 des fentes 51. Quand la table 14 est levée à sa position élevée pour insérer la pointe 76 du tube de décharge 74 dans la bouteille de prélèvement, ces galets 95 viennent en prise avec les bords biseautés 54 pour assurer la mise en position convenable du tube d'admission 65 en dessous de la pointe d'aiguille 76 du tube de décharge 74.
On va décrire maintenant le fonctionnement de l'appareil en se référant au fonctionnement d'un chromatographe à gaz typique du type bien connu dans la technique.
En se référant maintenant à la fig. 14, qui illustre schématiquement le fonctionnement de l'appareil, un chromatographe à gaz indiqué d'une manière générale en A pour fonctiolmer en combinaison avec un appareil B de prélèvement d'échantillon comprend une seringue 101 de prélèvement d'échantillon destinée à fournir une quantité précise d'échantillon à une colonne 102 de chromatographe contenue dans un four 103 qui est muni d'une porte d'échappement 104. La matière qui se trouve dans la colonne 102 est dirigée au moyen d'un détecteur 105 d'un type non destructif bien connu et ensuite par l'intermédiaire du tube de décharge 74 dans les bouteilles de prélèvement de l'appareil de prélèvement. La sortie du détecteur 105 est fournie à un enregistreur 106 du type, par exemple, de graphique à bande.
Une source d'alimentation 107 dans le chromatographe, outre la fourniture d'énergie aux autres parties du chromatographe fournit de l'énergie électrique à l'enregistreur 106, au moteur 19 de commande de la table, au solénoïde 37, à une commande 108 de recyclage et aux commutateurs 87 et 88 qui sont connectés à leur tour à des relais 109 et 110 respectivement. Le relais 109, étant excité, ouvre un contact 111 normalement fermé dans la ligne d'alimentation du moteur 19 et du solénoïde 37, tandis que le relais 110 à l'état excité ferme un contact 112 normalement ouvert dans la ligne d'alimentation de la commande 108 de recyclage.
L'enregistreur 106 est muni d'un disjoncteur 113 destiné à fermer le relais 114 chaque fois que le stylet 1 06a de l'enregistreur franchit un seuil déterminé, ce disjoncteur 113 étant réglable en vue de choisir le seuil auquel on désire recueillir ou jeter le matériau provenant du tube de décharge 74. Lors de la fermeture ou de l'excitation, le relais 114 ferme un contact normalement ouvert dans la ligne entre le contact 111 et le moteur 19 et le solénoïde 37. Quand le commutateur 87 est fermé, le relais 109 ouvre le contact 111 pour désexciter le contact 115, et le commutateur 88 en se fermant provoque la fermeture du contact 112 pour fournir de l'énergie à la commande 111 de recyclage.
Le contact 112 est ouvert en réponse à un signal issu d'une minuterie (non représentée) quand les stades nécessaires à l'amor çage d'un nouveau cycle ont été parcourus.
A titre d'exemple, on va décrire maintenant le fonctionnement du chromatographe à gaz et de l'appareil de prélèvement d'échantillon quand il est employé pour recueillir les constituants d'un échantillon de 1 mi contenant des n-alkanes de C6 à C14.
L'échantillon est introduit dans la colonne 102 du chromatographe par la seringue 101, et au bout d'un certain laps de temps, le passage des constituants est décelé par le détecteur 105 et la courbe de l'enregistreur représentée est produite. Initialement, le bras de levier 81 est mis à la position levée à l'encoche de la table indiquée en C, et lorsque le stylet 106a de l'enregistreur franchit le disjoncteur à seuil 113 à la position D du graphique, le relais 114 ferme le contact 115 qui relie le solénoïde 37 et le moteur 19 de commande de la table à la source d'alimentation 107.
Immédiatement, le solénoïde 37 attire son plongeur 34 vers le bas, ce qui oblige la tige 32 du levier à repousser l'arbre de commande 12 et la table 14 vers le bas à la position représentée sur la fig. 2 et à laquelle position le moteur de commande 19 fait tourner la table 14 jusqu'à ce que le levier 81 pénètre dans la partie initiale de la première fente 51 après la position C. En entrant dans cette fente, le bras de levier 81 provoque la rotation de l'arbre 82 du bras de levier et du levier 86 de commutateur, ce qui ferme le commutateur 87, ouvre le contact 111 et désexcite le contact 115, et coupe ainsi l'énergie d'alimentation du solénoïde 37 et du moteur de commande 19.
A la désexcitation du solénoïde 37, le plongeur 34 du solénoïde est libéré et l'arbre 12 d'entraînement de la table remonte avec la table qui lui est fixée sous l'action du ressort 23, la clavette de commande 18 sur l'arbre 12 coulissant dans la rainure de clavette 17 de la roue dentée 16. L'amortisseur pneumatique 41 et le ressort à lame 46 assurent un déplacement vertical régulier de la table 14.
Lorsque la table 14 s'élève à la position représentée sur la fig. 3, les galets 95 s'emboîtent dans les fentes 51 sur leurs rebords biseautés 54, mettant en position de façon précise le tube de décharge 74 dans le centre du tube d'admission 65 de l'une des bouteilles de prélèvement 61. Lors du mouvement vers le haut de la table 14, la pointe d'aiguille 76 du tube de décharge perce le bouchon d'étanchéité 67 de la bouteille et scelle la surface 79 du bouchon d'étanchéité 77 au bouchon d'étanchéité 67 de la bouteille. Le galet 84 qui se trouve dans l'encoche de la fente 51 applique une pression horizontale sur le capuchon d'évent 69 du tube de sortie 68 de la bouteille et ouvre l'orifice 71 d'évacuation de la pression pour laisser passer le gaz porteur.
Dans les conditions illustrées sur la fig. 6, le constituant qui passe dans le tube de décharge 74 est déposé dans la bouteille de prélèvement par l'admission 65 et est recueilli dans la bouteille tandis que le gaz déjà présent dans la bouteille et le gaz porteur s'échappent par l'orifice 71.
Le constituant C6 est déchargé dans la bouteille de prélèvement jusqu'à ce que le stylet de l'enregistreur parvienne à la position E du graphique, auquel moment le disjoncteur à seuil 113 referme le contact 115 et actionne de nouveau le solénoïde 37 et le moteur 19 de commande de la table et fasse avancer la table 14 à sa position suivante. A cette position suivante de la table de prélèvement 14 la fente 51 est laissée ouverte sans que s'y trouve de bouteille de prélèvement, de sorte que la matière qui provient du tube de décharge 74 entre le temps où le stylet de l'enregistreur graphique se meut de la position E du graphique à la position F, est jetée par la fente ouverte 51.
Quand le stylet 106a atteint la position F, le disjoncteur de seuil 113 referme le contact 115 et meut la table à la position de la fente suivante qui, comme représenté sur la fig. 14, contient une bouteille.
Le cycle continue de cette manière jusqu'à ce que le galet 84 du bras de levier atteigne la pince de rappel 57' et que le commutateur 88 se ferme, ce qui oblige le relais 110 à fermer le contact 112 et exciter la commande 108 de recyclage. La table continue à tourner, et le galet 84 passe par les fentes restantes dans lesquelles sont placées des pinces de dérivation jusqu'à ce qu'il revienne à la position de départ dans la fente C.
La commande de recyclage 108 amorce ensuite les stades suivants ; elle ouvre la ligne au disjoncteur ou commutateur à seuil de l'enregistreur pour empêcher le démarrage de la table pendant les premiers stades du processus de recyclage, ouvre la porte du four pour refroidir le four et éteint le dispositif de chauffage du four. La commande du recyclage provoque aussi le remplissage à nouveau de la seringue 101 et amorce une minuterie de refroidissement qui fonctionne jusqu'à ce que le four se soit refroidi à la température convenable pour l'amorçage d'un nouveau cycle. Quand la minuterie de refroidissement a cessé de fonctionner, la porte du four se ferme, le dispositif de chauffage du four s'allume, l'échantillon est injecté dans la colonne 102 et une minuterie de prélèvement est mise en marche.
Après l'arrêt de la minuterie préalable au prélèvement, la ligne d'accès au commutateur de seuil de l'enregistreur est fermée de façon que l'enregistreur soit de nouveau sous la commande du procédé de prélèvement et amorce le mouvement de la table quand le stylet de l'enregistreur franchit le commutateur de seuil de l'enregistreur.
Comme il ressort de l'exposé ci-dessus, des injections dans la colonne et un programme automatique de températures du chromatographe sont possibles. Dans l'exemple particulier donné ci-dessus on fait appel à une colonne de 9,52 mm X 305 cm avec un substrat SE-30 - 30 0/0 sur 60/80 de brique réfractaire et un débit d'hélium de 200 ml/m. Dans des cycles de température programmés de façon répétitive de 70OC à 2000 C, le temps de chaque cycle est de 20 minutes avec un temps de chauffage de la colonne de 8 minutes et un temps de refroidissement de la colonne de 12 minutes.
Chaque pointe y compris la petite pointe C10 est recueillie individuellement en refroidissant les bouteilles de prélèvement à 00 C et fournit des récupérations meilleures que 90 /o ;
Les bouteilles de prélèvement décrites ci-dessus sont extrêmement efficaces et fonctionnent aux températures ambiantes pour les matières bouillant audessus de 1000 C. Des liquides et des gaz sont recueillis à la fois dans les bouteilles ; les gaz passant dans la chambre supérieure 62, se condensent et retournent à la chambre inférieure 63. Typiquement, les échantillons sont retirés des bouteilles, après centrifugation, avec un compte-gouttes étiré en un tube capillaire.
On peut recueillir la partie gaspillée entre deux constituants recueillis en mettant une bouteille dans la fente de position de rejet. Selon une variante, si une pince de dérivation est placée dans deux positions de rejet, la partie jetée est recueillie dans la bouteille qui se trouve entre elles et le constituant suivant est recueilli dans la bouteille suivante;
Toute position peut être sautée en mettant une des pinces de dérivation 57 dans cette fente, et les pinces 57 et 57' peuvent être utilisées d'un certain nombre de manières différentes par un spécialiste pour obtenir différents résultats désirés.
Comme il ressort de la description ci-dessus, la table de prélèvement unique est construite de façon à exécuter un certain nombre de fonctions, ce qui évite la nécessité de fournir d'autres roues de synchronisation complexes. La table 14 fournit les fentes pour commander les stades de minutage du processus de prélèvement pour faire tourner et lever et abaisser la roue et pour, soit maintenir une bouteille soit servir de trou de rejet. Les fentes servent aussi, en combinaison avec les galets de repérage, à mettre les bouteilles en alignement précis avec le tube de décharge.
Naturellement, il n'est pas nécessaire que le moyen de support des bouteilles soit une table circulaire mais il peut être constitué par un mécanisme quelconque pour faire avancer et lever et abaisser les bouteilles et les sceller sur le tube de décharge pendant le prélèvement d'un constituant. La table circulaire, toutefois, offre un certain nombre d'avantages.
Elle fournit une construction ramassée simple qui remplit toutes les fonctions mentionnées ci-dessus et permet un refroidissement facile des bouteilles du fait qu'aucun appareil gênant ne s'étend sous la table.