EP1888250A2 - Nebuliseur a debit nanometrique d'un effluent liquide et installation de nebulisation comportant un tel nebuliseur. - Google Patents

Nebuliseur a debit nanometrique d'un effluent liquide et installation de nebulisation comportant un tel nebuliseur.

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Publication number
EP1888250A2
EP1888250A2 EP06764717A EP06764717A EP1888250A2 EP 1888250 A2 EP1888250 A2 EP 1888250A2 EP 06764717 A EP06764717 A EP 06764717A EP 06764717 A EP06764717 A EP 06764717A EP 1888250 A2 EP1888250 A2 EP 1888250A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
nebulizing
liquid effluent
needle
nebulizer
flow
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06764717A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Dirk SCHAUMLÖFFEL
Pierre Giusti
Joanna Szpunar
Ryszard Lobinski
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite de Pau et des Pays de lAdour
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite de Pau et des Pays de lAdour
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Universite de Pau et des Pays de lAdour filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP1888250A2 publication Critical patent/EP1888250A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/02—Spray pistols; Apparatus for discharge
    • B05B7/06—Spray pistols; Apparatus for discharge with at least one outlet orifice surrounding another approximately in the same plane
    • B05B7/062—Spray pistols; Apparatus for discharge with at least one outlet orifice surrounding another approximately in the same plane with only one liquid outlet and at least one gas outlet
    • B05B7/066—Spray pistols; Apparatus for discharge with at least one outlet orifice surrounding another approximately in the same plane with only one liquid outlet and at least one gas outlet with an inner liquid outlet surrounded by at least one annular gas outlet

Definitions

  • the invention relates to a nanoscale nebulizer of a liquid effluent, in a nebulizing gas, and to a nebulization installation comprising such a nebulizer.
  • ICPJVIS Inductively Coupled Plasma Torch Mass Spectrometry
  • ICP_MS The main benefits of ICP_MS include:
  • HCP_MS a potentially attractive technique for the assay of trace compounds in microvolumes of biological samples such as, for example, the contents of individual cells, vacuoles, or "spots", gel spots or bands obtained by gel electrophoresis, after separation by means of chromatography at nanometric rates, less than 500 nl / min for HPLC columns, high performance liquid chromatography, or High Performance Liquid Chromatography in English, with an internal diameter less than or equal to 100 ⁇ m .
  • Standard ICP nebulizers currently operate at flow rates of the order of 1 ml / min.
  • nebulizers for nebulizing liquid effluents at flow rates of several ⁇ l / min, but none of them allows to nebulize effluent at nanometric rates.
  • a nebulizer of this type has been described by the patent application EP 1 081 487. Although designed to provide the nebulization of a liquid effluent over a wide range of flow rates, the minimum flow rate of effluent reached liquid is not less than 5 to 7 ⁇ l / min. Using several elementary streams, the nebulizer mentioned above also uses a supersonic flow gas nebulization gas, which, because of introduced turbulence, does not allow the obtaining of optimum stability of the process and the nebulization flow.
  • No. 5,752,663 discloses a nebulizer using a nebulization gas in a laminar flow regime in which the outer side wall of the inner tube is beveled to reduce turbulence in the nebulizing gas and thus obtain the formation of effluent droplets liquid, or aerosol, of similar size, dimension having little dispersion.
  • the aforementioned nebulizer does not make it possible to reach a stable nebulization of low flow liquid effluent, less than 1 ⁇ l / min, because of the overall dimensions of the assembly and of the abrupt transition of the outer tube, in the vicinity of the outlet orifice of the liquid effluent, seat turbulence even in laminar regime.
  • the object of the invention is to overcome the drawbacks of the prior art liquid effluent nebulizers, in order to allow the implementation of an operational interface allowing the conduct of speciation operations of microbiological or intracellular media, to Liquid effluent flow rates well below 1 ⁇ l / min, in the absence of any dilution.
  • Another object of the present invention is, in particular, the implementation of a nanoscale liquid effluent nebulizer for continuously delivering a nebulizer of this effluent over a wide range of flow rates, comprised between ten nanoliters per minute. minute and a thousand nanoliters per minute, under conditions of stability, continuity and outstanding linearity, the upper limit of the flow being able to reach without limitation a few microliters.
  • Another object of the present invention is the implementation of a liquid effluent nebulization installation, by successive liquid effluent volume elements, by sampling this effluent, the liquid effluent samples of an elementary volume. of 10 ni or less constituting these volume elements that can be delivered in a repetitive, selective and time-controlled manner, for complex selective speciation operations in the field of biology for example due to the conditions of stability, remarkable continuity and linearity of the aforementioned liquid effluent nebulizer nanometric flow, object of the invention.
  • the nanoscale nebulizer of a liquid effluent in a nebulizing gas which is the subject of the invention, is remarkable in that it comprises, at least, disposed substantially of revolution, a capillary tube for admission of this liquid effluent and a Nebulizing needle comprising a central channel supplied with liquid effluent by this capillary tube, an inlet chamber of the nebulizing gas supplying a nozzle for expulsion of this nebulizing gas.
  • the nebulization needle passes through the inlet chamber and the expulsion nozzle of the nebulizing gas and comprises an outlet orifice of the liquid effluent whose opening diameter is less than 20 microns.
  • the ratio of the diameter of the outlet opening of the expulsion nozzle of the nebulizing gas and the outlet orifice of the liquid effluent of the nebulizing needle is greater than 10.
  • the subject of the invention is also a liquid effluent nebulization installation by successive volume elements that is remarkable in that it comprises at least, in cascade, a calibrated flow generator of at least one liquid effluent at a substantially continuous flow rate. less than 1 ⁇ l / min, a controlled valve - AT -
  • this nanoscale nebulizer receiving at least one volume element of at least one liquid effluent via a pipe connecting the controlled valve and delivering at least one nebulized liquid effluent volume element.
  • the nanoscale nebulizer and the nebulization system find application to mass spectrometry of trace elements contained, for example, in an intracellular or microbiological medium.
  • Figure la represents, for illustrative purposes, a sectional view along a longitudinal section plane of symmetry of a nanoscale nebulizer according to the subject of the present invention
  • FIG. 1b represents, by way of illustration, a detailed implementation of the connection of the capillary inlet tube of the liquid effluent and of the nebulization needle of the nanoscale nebulizer of the invention shown in FIG.
  • FIG. 1C represents, by way of nonlimiting example, a detail of implementation of the outlet orifice of the expulsion nozzle of the nebulizing gas and the nebulizing needle of the nanoscale nebulizer object of the invention shown in Figure la;
  • FIG. 2 represents a mounting of a nebulizer and an inductive plasma torch allowing the execution of mass spectrometric analysis of nebulized samples
  • FIG. 3 represents, by way of illustration, various curves of intensity of the detected signal in number of strokes per second respectively of the signal stability in% RSD, Relative Standard Deviation in English for relative standard deviation, as a function of the nanoliter flow rate per minute of liquid effluent delivered by a nebulizer nanometer flow object of the invention, for elements such as lithium, yttrium, cesium and thallium, in an assembly as shown in Figure 2;
  • FIG. 4 represents, for illustrative purposes, a nebulization installation incorporating a nanoscale nebulizer according to the subject of the invention
  • FIG. 5a represents, by way of illustration, liquid effluent detection chronograms containing 600 femtograms of selenium in the form of selenomethionine eluted by 30% of acetonitrile in water in isocratic mode at 300 nl / min and the repetition successive injections of 1 picogram of selenium in the form of selenomethionine contained in 10 ni of this liquid effluent
  • FIG. 5b represents, by way of illustration, the detection limit corresponding, by definition, to the concentration of selenomethionine equivalent to a peak whose height or intensity in counts per second is substantially three times greater than the standard deviation of the noise of background ;
  • FIG. 5 c represents, by way of illustration, the area of the detection peaks obtained as a function of the nebulized concentration obtained for an isocratic flow rate of liquid effluent H 2 O (70%) / CH 3 CN (30%) fixed at 300 nl / min, injecting 10 ni of a standard of selenomethionine at different concentrations;
  • FIG. 5d shows a chromatogram of the intensity of the number of strokes as a function of time in seconds obtained by means of the nebulization installation, object of the invention, coupled to an ICP_MS torch on an analysis sample formed by an elementary volume of 10 nor of a tryptic digestate of selenium protein.
  • a nanoscale nebulizer of a liquid effluent in a nebulizing gas will now be described in connection with Figures la to Ic.
  • Figures la to Ic In the figure there is shown in section along a longitudinal symmetry section plane a nanoscale nebulizer of a liquid effluent in a nebulization gas according to the subject of the present invention.
  • the nebulizer which is the subject of the invention comprises a male part 1 which is intended to be engaged in a female part 2, the male part 1 and the female part being assembled in a sealed manner via O-rings 3.
  • the female part 2 comprises an inlet pipe for a nebulizing gas which may for example be constituted by an inert gas such as argon or the like.
  • the inlet pipe of the nebulizing gas 4 opens into a fogging gas admission chamber, denoted 4a, the fogging gas inlet chamber comprises a nozzle for expulsion of the nebulizing gas.
  • the expulsion nozzle of the nebulizing gas bearing reference 4b is provided with an orifice 4c, a detail of which is shown in FIG.
  • the male portion 1 is equipped with a capillary tube 6 maintained for example in position in a bore of the male part 1 by means of a flexible sleeve 7, such as a Teflon sleeve for example.
  • a flexible sleeve 7 such as a Teflon sleeve for example.
  • the flexible sleeve 7 and finally the capillary tube 6 can then be maintained as shown for illustrative purposes, in Figure la by means of a drilled screw 8 for example.
  • the male part 1 comprises, as shown in the above-mentioned figure, a nebulizing needle 9 comprising a central channel 9b illustrated in detail in FIG. 1b and 1c, this central channel being supplied with liquid effluent by the capillary tube 6.
  • the inlet chamber of the nebulizing gas 4a feeds the expulsion nozzle of the nebulizing gas 4b.
  • the nebulizing needle 9 passes through the inlet chamber 4a and the expulsion nozzle of the nebulizing gas 4b.
  • the nebulizing needle comprises an outlet orifice 9a of the liquid effluent whose opening diameter is less than 20 ⁇ m, this diameter being denoted by sur a on the figure Ic.
  • the ratio of the diameter ⁇ o of the outlet opening of the expulsion nozzle of the nebulizing gas and the diameter ⁇ a of the outlet orifice of the nebulizing needle is advantageously greater than 10 is 10 ⁇ o / ⁇ a .
  • the specific arrangement of the nanoscale nebulizer of a liquid effluent in a nebulizing gas, object of the present invention allows to create the conditions of optimal flow of the nebulizing gas beyond the outlet 4c of the expulsion nozzle of the nebulizing gas and to cause an optimal contact between the liquid effluent delivered by the orifice ⁇ a of the nebulizing needle 9 as will be described hereinafter with reference to FIG.
  • outlet orifice 4c of the expulsion nozzle of the nebulizing gas and the end of the nebulizing needle 9 form a Venturi profile nozzle operating substantially in a steady state. subsonic flow.
  • the end of the nebulizing needle 9 with the outlet diameter of the liquid effluent orifice ⁇ has passes through the gas ejection nozzle nebulization 4b and is placed au beyond the zone of maximum speed of expulsion of the gas, in the flow direction of the nebulizing gas.
  • the channel 9b of the needle 9 may advantageously have a decreasing diameter towards the end bearing the outlet orifice, to accelerate the ejection speed of the effluent, without, however, unacceptably increasing the pressure and the losses. upstream loads.
  • the zone of maximum expulsion speed of the gas is situated substantially at the level of the maximum strangulation of the gas expulsion nozzle 4b and in particular at the level of the zone of aperture corresponding to the opening diameter ⁇ o previously described and shown in Figure Ic.
  • the relative arrangement of the nebulizing needle 9 and in particular of the opening opening of the channel 9b of the latter beyond the maximum expulsion zone of the nebulization gas, as shown in FIG. allows the liquid effluent to be delivered into the central zone of the nebulizing gas flow substantially in the absence of turbulence and in a substantially laminar flow zone.
  • the interaction between the liquid effluent delivered in the aforementioned laminar flow of the evolved nebulization gas flow allows a physical interaction between the liquid effluent and the nebulizing gas causing the creation of a nebulizer, c that is, a dispersion of the liquid effluent in very fine droplets.
  • the capillary tube 6 and the nebulizing needle 9 are aligned and centered on the longitudinal axis of symmetry of the nebulizer materialized in Figure la by the capillary tube 6 and the nebulizing needle 9.
  • the central channel 6a of the capillary tube 6 as shown in FIG. 1b and the central channel 9b of the nebulizing needle 9 are furthermore aligned and have the same diameter at least equal to twice the diameter of the opening of the outlet orifice 9a of the nebulizing needle 9.
  • the capillary tube 6 and the nebulizing needle 9 are mounted in the male portion 1 substantially symmetrical with respect to the longitudinal axis of the nebulizer.
  • the male part has for this purpose, a longitudinal bore la provided with a radial seat Ib allowing the supporting and maintaining the capillary tube 6 and the nebulizing needle 9.
  • the radial seat Ib has a central opening Ic allowing the engagement of the capillary tube 6 and the nebulizing needle 9 and the abutment of the central channel of these.
  • the capillary tube 6 may advantageously be a fused silica capillary tube, the capillary 6 being then held in the male part 1 of the nebulizer and in particular in the bore 1a of the latter by means of the flexible sleeve 7 such as a sleeve Teflon for example and the pierced screw 8, which may advantageously be made of a plastic material such as polyetheretherketone fiber still referred to as PEEK.
  • the nebulizing needle 9 is preferably made of the same material as the capillary tube 6 and in particular fused silica.
  • the aforementioned needle can then be of the same type as that used in the context of the "nanoelectrospray" technology in ESIJVIS.
  • the nebulizing needle 9 may advantageously also be held in position in the bore 1a of the male part 1 by means of a sleeve 10 of flexible material such as Teflon and by means of a PEEK drilled screw. represented in the drawing.
  • this hole may consist of a hole 600 microns long and 300 microns in diameter, for example, drilled in the aforementioned radial seat.
  • the outlet orifice 4c of the nebulizing expulsion nozzle 4b is formed and comprises a crown of machining material with a high tolerance, this ring bearing the reference 11.
  • the outlet orifice of the nebulizing gas may, by way of non-limiting example, be formed by an industrial sapphire ring through which the nebulizing needle is introduced.
  • the diameter of the outlet orifice of the nozzle for expelling the nebulizing gas, diameter ⁇ o can then be taken to be equal, in a ratio of 26 to 260 ⁇ m.
  • the nebulizing needle is positioned in the center of the flow, particularly as regards the outlet orifice of the latter.
  • the distal end of the nebulizing needle and in particular the external wall thereof has a bevelled profile to form with the flared wall of the expulsion orifice of the nebulization gas the Venturi nozzle mentioned previously in FIG. the description.
  • the angle of inclination of the bevelled wall in the plane of FIG. 1c relative to the longitudinal axis of the nebulizing needle 9 and the central channel 9b thereof can then be taken to be equal to a value between 10 and 30 degrees.
  • FIG. 2 shows a mounting of a nebulizer and an inductive plasma torch allowing the execution of mass spectrometric analysis of nebulized samples.
  • A denotes a nebulizer according to the subject of the present invention as described above in connection with Figures 1a to Ic and B advantageously designates a removable nebulization chamber, which can be detached from the nebuliser A itself but constitutes an integral part of it, under the following conditions.
  • the nebulizing chamber B is reduced in order to to minimize the dead volumes which have a considerable influence on the reaction time of all the devices in the case of transient signals.
  • the nebulizing chamber can be removable and is then sealingly connected to the female part 2 of the nebulizer shown in FIG. 1a, the sealing during assembly being ensured by means of the O-rings 5 shown in FIG. 5a above.
  • the nebulizing chamber comprises a nebulization space formed for example by a Pyrex glass tube further comprising a tapered tube for connecting the nebulization space and a plasma torch in which the plasma is created to perform the analysis by mass spectrometry.
  • the plasma torch carries the reference C in FIG.
  • FIG. 3 Various indications and test reports will now be given in connection with FIG. 3 for a nanoscale nebulizer according to the subject of the present invention previously described in connection with FIG. 1a, 1b and 1c, installed in an assembly such as as shown in Figure 2.
  • the nebulizer which is the subject of the invention, was tested for a flow rate range of between 50 nl / min and 450 nl / min with a nebulization gas flow rate consisting of argon at a flow rate of 1.1 min.
  • the liquid effluent nebulization installation which is the subject of the invention, is remarkable in that it comprises at least in cascade a calibrated flow generator G of at least one effluent liquid at a substantially continuous flow rate less than 1 .mu.l / min and a controlled valve V receiving the calibrated flow of liquid effluent and for delivering by temporal sampling control of this calibrated stream at least one volume element of this liquid effluent.
  • a nebulizer with nanoscale flow A is connected to the controlled valve V and receives at least one volume element of at least one liquid effluent via a connecting pipe to the controlled valve and delivers at least one volume element of nebulized liquid effluent.
  • Each liquid effluent volume element is integrated with a concentration gradient in the continuous flow of eluent.
  • the calibrated flow generator G of at least one liquid effluent comprises at least one high-pressure pump P that is selectively fed by a plurality of separate liquid effluents, the high-pressure pump pressure delivering a substantially continuous flow at high pressure and at a given flow rate of one of the liquid effluents.
  • the pump P can be connected to a plurality of effluent tanks T 1 and T 2 , each effluent can be selected selectively.
  • the generator G may comprise a liquid effluent flow reducer R enabling a reduced flow to flow from the substantially continuous flow delivered by the pump P in a given flow ratio of the liquid effluent.
  • the liquid effluent flow reducer was a flow reducer to bring the flow rate of 100 ⁇ l / min. mentioned above at the value of 0.3 ⁇ l / min.
  • a flow calibrator C then makes it possible to deliver from the reduced flow of the liquid effluent a calibrated flow of liquid effluent whose flow rate does not exceed 0.5 ⁇ l / min.
  • the flow calibrator C is not essential for lower flows.
  • each liquid effluent volume element may advantageously represent a volume of 10 nl.
  • the use of the aforementioned controlled valve and a liquid chromatography column of 75 ⁇ m internal diameter, the aforementioned column for connecting the controlled valve V nebulizer A then allows to use and characterize the nebulizer to Nanometric flow object of the invention, in the case of a regime and a transient signal.
  • This transient signal can result from the detection of a volume element transmitted by the controlled valve V.
  • FIGS. 5a to 5d make it possible, in particular, to highlight the signals detected in the form of peaks represented in FIG. 5a in particular.
  • FIG. 5a represents the detected signal in the form of a peak profile corresponding to 600 femtograms of selenium in the form of selenomethionine eluted by 30% of acetonitrile in water in isocratic mode with a flow of nebulisate of 300 nl / min. and the reproduction of 1 picogram injections of such a liquid effluent, by means of a nebulization installation as represented in FIG. 4.
  • the peaks obtained represented in FIG. 5a are substantially symmetrical, these peaks being represented in intensity of strokes per second c / s on the ordinate axis, respectively in time in second on the abscissa axis and have a typical Gaussian profile.
  • the reproducibility of the analysis can be characterized by the relative difference in the areas of the peaks of a series of successive injections of the same sample as represented in the same figure 5a. With reference to the aforementioned figure, this difference does not exceed 5% despite a background noise of the signal having a relative standard deviation of 3.5%.
  • FIG. 5b makes it possible to evaluate the sensitivity limit for the selenium of a nebulization installation as represented in FIG. 4.
  • the limit of detection sensitivity corresponds, by definition, to the concentration equivalent to a detection peak whose height would be three times, for example, the standard deviation of the background noise, as represented in FIG. 5b.
  • the ordinate axis is graduated in intensity I of the signal detected in counts per second c / s and the abscissa in selenium concentration in nanograms per gram.
  • the curve shown in FIG. 5c was obtained for an isometric flow rate H 2 O (70%) / CH 3 CN (30%) set at 300 rpm, by injecting 10 ⁇ l of a selenomethionine standard at different concentrations. It is indicated that the volume of 10 ni above corresponds to a volume element of liquid effluent injected through the installation implemented in accordance with the installation object of the invention shown in FIG. 4.
  • R 2 0.9994 exhibiting a linearity defect as low as 6 ⁇ 10 -4 demonstrates the particularly remarkable linearity of the response of the nebulization installation according to the subject of the present invention, as represented in FIG. 4 and the precision which makes it follows.
  • FIG. 5d represents a chromatogram making it possible to test the actual results on a real sample of 10 ⁇ l of a tryptic digestate of selenium protein, analyzed by means of a nebulization installation, as represented in FIG. 4, coupled to an inductive plasma torch of mass spectrometry.
  • the gradient of acetonitrile in the water used was as follows:
  • the procedure for carrying out the analysis of the selenium protein digestate shown in FIG. 5d is obtained by implementing a method for analyzing trace elements in a sample.
  • method of liquid effluent analysis by inductively coupled plasma torch mass spectrometry particularly remarkable in that it consists in generating from a continuous flow of liquid effluent a nebulisate of liquid effluent to be analyzed at a flow rate between 10 nl / min and 600 nl / min then to introduce the nebulisat constituting the analysis sample in an inductively coupled plasma torch to perform the mass spectrometric analysis of the aforementioned analysis sample.
  • the method consists in sampling the continuous flow of liquid effluents by liquid effluent volume elements of volume substantially equal to 10. or.
  • the nebulizer with a nanometric flow rate of a nebulization installation comprising such a nebulizer and the analysis method according to the subject of the present invention make it possible to obtain a better resolution, a saving of samples and of eluent due to the decrease. dimensions of the entire nebulization installation as well as a very significant decrease in the analysis time due to the introduction of sub-microliter nebulisate flow rate per minute into the inductive plasma torch.

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Abstract

Nébuliseur à débit nanométrique d'un effluent liquide dans un gaz de nébulisation comportant au moins, disposés sensiblement de révolution, un tube capillaire (6) d'admission de l'effluent liquide et une aiguille (9) de nébulisation comportant un canal central (9b) alimenté en effluent liquide par le tube capillaire (6), une chambre (4a) d'admission du gaz de nébulisation alimentant un ajutage d'expulsion du gaz de nébulisation, l'aiguille de nébulisation traversant la chambre (4a) d'admission et l'ajutage (4b) d'expulsion du gaz de nébulisation (9), l'aiguille de nébulisation (9) comportant un orifice de sortie de l'effluent liquide dont le diamètre d'ouverture (Φa) est inférieur à 20 µm, le rapport du diamètre de l'ouverture de sortie de l'ajutage (4b) d'expulsion du gaz de nébulisation et de l'orifice de sortie (Φo) de l'aiguille de nébulisation étant supérieur à 10. Le nébuliseur à débit nanométrique et l'installation de nébulisation, objets de l'invention, trouvent application à la spectrométrie de masse d'éléments traces contenus en milieu intracellulaire ou microbiologique par exemple.

Description

NEBULISEUR A DEBIT NANOMETRIOUE D'UN EFFLUENT LIQUIDE ET INSTALLATION DE NEBULISATION COMPORTANT UN TEL NEBULISEUR
L'invention concerne un nébuliseur à débit nanométrique d'un effluent liquide, dans un gaz de nébulisation, et à une installation de nébulisation comportant un tel nébuliseur.
La spectrométrie de masse à torche à plasma à couplage inductif, désignée ICPJVIS pour Inductive Coupling Plasmajvlass Spectrometry en anglais est, à l'heure actuelle, la principale technique utilisée pour l'analyse d'éléments à l'état de traces, ainsi que la technique de détection préférée en chromatographie en phase liquide pour la spéciation. La spéciation s'entend du dosage de la forme chimique exacte sous laquelle un élément se trouve dans un échantillon d'analyse.
Les avantages principaux de l'ICP_MS comprennent :
- une très haute sensibilité ; - l'indépendance de l'intensité du signal détecté vis-à-vis de la structure moléculaire générant ce dernier ;
- l'absence de la suppression par absorption du signal détecté par les sels de la phase mobile chromatographique, ce qui est, au contraire, le problème principal en spectrométrie de masse par ionisation de type "electrospray" en anglais. Les caractéristiques précitées font de HCP_MS une technique potentiellement attractive pour le dosage des composés traces dans des microvolumes d'échantillons biologiques tels que, par exemple, le contenu des cellules individuelles, vacuoles, ou les "spots", points ou bandes de gel obtenus par électrophorèse sur gel, après séparation par le biais de la chromatographie à débits nanométriques, inférieurs à 500 nl/min pour des colonnes HPLC, chromatographie liquide à haute performance, ou High Performance Liquid Chromatography en anglais, de diamètre interne inférieur ou égal à 100 μm.
Le problème majeur souffert par cette technique est toutefois le manque rédhibitoire d'interface opérationnelle, capable d'introduire, sans aucune dilution, l'effluent liquide, à analyser, à des débits inférieurs à 1 μl/min de manière efficace, c'est-à-dire avec un transport à 100 % dans la torche plasma. Il faut noter en particulier que l'introduction d'un diluant a pour effet de réduire fortement la dynamique du signal et la sensibilité de la mesure.
Les nébuliseurs standard ICP fonctionnent, à l'heure actuelle, à des débits de l'ordre de 1 ml/min. Il existe des nébuliseurs permettant de nébuliser des effluents liquides à des débits de plusieurs μl/min, mais aucun de ces derniers ne permet de nébuliser des effluents à des débits nanométriques.
A titre d'exemple non limitatif un nébuliseur de ce type a été décrit par la demande de brevet EP 1 081 487. Bien que conçu pour fournir la nébulisation d'un effluent liquide dans une large gamme de débit, le débit minimum d'effluent liquide atteint n'est pas inférieur à 5 à 7 μl/min. Mettant en œuvre plusieurs flux élémentaires, le nébuliseur précité fait en outre appel à un gaz de nébulisation en régime d'écoulement supersonique, ce qui, en raison de turbulences introduites, n'autorise pas l'obtention d'une stabilité optimale du processus et du débit de nébulisation.
Le brevet US 5,752,663 décrit un nébuliseur faisant appel à un gaz de nébulisation en régime d'écoulement laminaire dans lequel la paroi latérale externe du tube interne est biseautée pour réduire les turbulences dans le gaz de nébulisation et obtenir ainsi la formation de gouttelettes d'effluent liquide, ou aérosol, de dimension semblable, dimension présentant peu de dispersion. Si la faible dispersion de dimension des gouttes apparaît satisfaisante, le nébuliseur précité ne permet pas d'atteindre une nébulisation stable d'effluent liquide à faible débit, inférieur à 1 μl/min, en raison des dimensions hors tout de l'ensemble et de la transition abrupte du tube externe, au voisinage de l'orifice de sortie de l'effluent liquide, siège de turbulences même en régime laminaire.
L'invention a pour objet de remédier aux inconvénients des nébuliseurs d'effluents liquides de l'art antérieur, afin de permettre la mise en œuvre d'une interface opérationnelle autorisant la conduite d'opérations de spéciation de milieux microbiologiques ou intracellulaires, à des niveaux de débit d'effluent liquide largement inférieurs à 1 μl/min, en l'absence de toute dilution. Un autre objet de la présente invention est, en particulier, la mise en œuvre d'un nébuliseur d'effluent liquide à débit nanométrique permettant de délivrer en continu, un nébulisat de cet effluent sur une large plage de débits, comprise entre dix nanolitres par minute et mille nanolitres par minute environ, dans des conditions de stabilité, de continuité et de linéarité remarquables, la limite supérieur du débit pouvant atteindre sans limitation quelques microlitres.
Un autre objet de la présente invention est la mise en œuvre d'une installation de nébulisation d'effluents liquides, par éléments de volume d'effluent liquide successifs, par échantillonnage de cet effluent, les échantillons d'effluent liquide d'un volume élémentaire de 10 ni ou inférieur constitutifs de ces éléments de volume pouvant être délivrés de manière répétitive, sélective et contrôlée dans le temps, en vue d'opérations de spéciation sélective complexes dans le domaine de la biologie par exemple en raison des conditions de stabilité, de continuité et de linéarité remarquables précitées du nébuliseur d'effluent liquide à débit nanométrique, objet de l'invention.
Le nébuliseur à débit nanométrique d'un effluent liquide dans un gaz de nébulisation, objet de l'invention, est remarquable en ce qu'il comporte au moins, disposés sensiblement de révolution, un tube capillaire d'admission de cet effluent liquide et une aiguille de nébulisation comportant un canal central alimenté en effluent liquide par ce tube capillaire, une chambre d'admission du gaz de nébulisation alimentant un ajutage d'expulsion de ce gaz de nébulisation. L'aiguille de nébulisation traverse la chambre d'admission et l'ajutage d'expulsion du gaz de nébulisation et comporte un orifice de sortie de l'effluent liquide dont le diamètre d'ouverture est inférieur à 20 μm. Le rapport du diamètre de l'ouverture de sortie de l'ajutage d'expulsion du gaz de nébulisation et de l'orifice de sortie de l'effluent liquide de l'aiguille de nébulisation est supérieur à 10.
L'invention a également pour objet une installation de nébulisation d'effluents liquides par éléments de volumes successifs remarquable en ce qu'elle comporte au moins, en cascade, un générateur de flux calibré d'au moins un effluent liquide à un débit sensiblement continu inférieur à 1 μl/min, une vanne commandée - A -
recevant le flux calibré de cet effluent liquide et permettant de délivrer par commande d'échantillonnage temporel de ce flux calibré au moins un élément de volume de cet effluent liquide et un nébuliseur à débit nanométrique, conforme à l'objet de l'invention, ce nébuliseur à débit nanométrique recevant au moins un élément de volume d'au moins un effluent liquide par l'intermédiaire d'une canalisation de raccordement à la vanne commandée et délivrant au moins un élément de volume d'effluent liquide nébulisé.
Le nébuliseur à débit nanométrique et l'installation de nébulisation, objets de l'invention, trouvent application à la spectrométrie de masse d'éléments traces contenus par exemple en milieu intracellulaire ou microbiologique.
Ils seront décrits en détail ci-après en relation avec les dessins, dans lesquels :
- la figure la représente, à titre illustratif, une vue en coupe selon un plan de coupe longitudinal de symétrie d'un nébuliseur à débit nanométrique conforme à l'objet de la présente invention ;
- la figure Ib représente, à titre illustratif, un détail de mise en œuvre du raccordement du tube capillaire d'admission de l'effluent liquide et de l'aiguille de nébulisation du nébuliseur à débit nanométrique objet de l'invention représenté en figure la ; — la figure Ic représente, à titre d'exemple non limitatif, un détail de mise en œuvre de l'orifice de sortie de l'ajutage d'expulsion du gaz de nébulisation et de l'aiguille de nébulisation du nébuliseur à débit nanométrique objet de l'invention représenté en figure la ;
- la figure 2 représente un montage d'un nébuliseur et d'une torche à plasma inductive permettant l'exécution d'analyse par spectrométrie de masse d'échantillons nébulisés ;
- la figure 3 représente, à titre illustratif, différentes courbes d'intensité du signal détecté en nombre de coups par seconde respectivement de la stabilité du signal en % RSD, Relative Standard Déviation en anglais pour écart type relatif, en fonction du débit en nanolitre par minute d'effluent liquide délivré par un nébuliseur à débit nanométrique objet de l'invention, pour les éléments tels que le lithium, l'yttrium, le césium et le thallium, dans un montage tel que représenté en figure 2 ;
- la figure 4 représente, à titre illustratif, une installation de nébulisation incorporant un nébuliseur à débit nanométrique conforme à l'objet de l'invention ; - la figure 5a représente, à titre illustratif, des chronogrammes de détection d'un effluent liquide contenant 600 femtogrammes de sélénium sous forme de sélénométhionine éluée par 30 % d'acétonitrile dans l'eau en mode isocratique à 300 nl/min et la répétion d'injections successives de 1 picogramme de sélénium sous forme de sélénométhionine contenu dans 10 ni de cet effluent liquide ; — la figure 5b représente, à titre illustratif, la limite de détection correspondant, par définition, à la concentration de sélénométhionine équivalente à un pic dont la hauteur ou intensité en coups par seconde est sensiblement trois fois supérieure à l'écart type du bruit de fond ;
- la figure 5 c représente, à titre illustratif, l'aire des pics de détection obtenus en fonction de la concentration nébulisée obtenue pour un débit isocratique d'effluent liquide H2O(70 %)/CH3CN(30 %) fixé à 300 nl/min, en injectant 10 ni d'un standard de sélénométhionine à différentes concentrations ;
- la figure 5d représente un chromatograrnme intensité en nombre de coups en fonction du temps en seconde obtenu grâce à l'installation de nébulisation, objet de l'invention, couplée à une torche ICP_MS sur un échantillon d'analyse formé par un volume élémentaire de 10 ni d'un digestat tryptique de protéine séléniée.
Un nébuliseur à débit nanométrique d'un effluent liquide dans un gaz de nébulisation, conforme à l'objet de la présente invention, sera maintenant décrit en liaison avec les figures la à Ic. Sur la figure la on a représenté en coupe selon un plan de coupe de symétrie longitudinal un nébuliseur à débit nanométrique d'un effluent liquide dans un gaz de nébulisation conforme à l'objet de la présente invention.
En référence à la figure précitée, on indique que l'ensemble des éléments constitutifs du nébuliseur, objet de l'invention, est constitué d'éléments disposés sensiblement de révolution. En référence à la figure la précitée, le nébuliseur objet de l'invention comprend une partie mâle 1 laquelle est destinée à être engagée dans une partie femelle 2, la partie mâle 1 et la partie femelle étant assemblées de manière étanche par l'intermédiaire de joints toriques 3. La partie femelle 2 comporte une canalisation d'admission d'un gaz de nébulisation lequel peut par exemple être constitué par un gaz inerte tel que l'argon ou autre. La canalisation d'admission du gaz de nébulisation 4 débouche dans une chambre d'admission du gaz de nébulisation, notée 4a, la chambre d'admission du gaz de nébulisation comporte un ajutage d'expulsion du gaz de nébulisation. L'ajutage d'expulsion du gaz de nébulisation portant la référence 4b est muni d'un orifice 4c dont un détail est représenté en figure Ic.
En outre, on observera sur la figure la que la paroi latérale externe de la partie femelle 2 au voisinage de l'extrémité de cette dernière et en particulier du côté de l'orifice d'expulsion du gaz de nébulisation 4c est équipée de joints d'étanchéité 5 dont la fonction sera explicitée ultérieurement dans la description.
Ainsi qu'on l'observera en outre sur la figure la, la partie mâle 1 est équipée d'un tube capillaire 6 maintenu par exemple en position dans un alésage de la partie mâle 1 par l'intermédiaire d'un manchon souple 7, tel qu'un manchon en Téflon par exemple. Le manchon souple 7 et en définitive le tube capillaire 6 peuvent alors être maintenus ainsi que représenté à titre illustratif, sur la figure la par l'intermédiaire d'une vis percée 8 par exemple.
En outre la partie mâle 1 comporte, ainsi que représenté sur la figure la précitée, une aiguille de nébulisation 9 comportant un canal central 9b illustré en détail figure Ib et Ic, ce canal central étant alimenté en effluent liquide par le tube capillaire 6.
En référence à la figure la on indique que la chambre d'admission du gaz de nébulisation 4a alimente l'ajutage d'expulsion du gaz de nébulisation 4b. L'aiguille de nébulisation 9 traverse la chambre d'admission 4a et l'ajutage d'expulsion du gaz de nébulisation 4b. Ainsi qu'on l'a en outre représenté en figure Ic, l'aiguille de nébulisation comporte un orifice de sortie 9a de l'effluent liquide dont le diamètre d'ouverture est inférieur à 20 μm, ce diamètre étant noté Φa sur la figure Ic.
En outre, pour un diamètre d'ouverture de sortie de l'ajutage d'expulsion du gaz de nébulisation diamètre noté Φo tel que représenté en figure Ic, on indique que conformément à un aspect particulièrement remarquable du nébuliseur à débit nanométrique d'un effluent liquide, objet de l'invention, le rapport du diamètre Φo de l'ouverture de sortie de l'ajutage d'expulsion du gaz de nébulisation et du diamètre Φa de l'orifice de sortie de l'aiguille de nébulisation est avantageusement supérieur à 10 soit 10<Φo/Φa.
Par le choix des rapports de dimensions précitées, des diamètres de l'ouverture de sortie de l'ajutage d'expulsion du gaz de nébulisation et de l'orifice de sortie de l'aiguille de nébulisation, et par une alimentation de la chambre d'admission du gaz de nébulisation 4a figure la à une pression convenable et de l'ajutage d'expulsion du gaz de nébulisation 4b figure la, l'agencement spécifique du nébuliseur à débit nanométrique d'un effluent liquide dans un gaz de nébulisation, objet de la présente invention, permet de créer les conditions d'écoulement optimal du gaz de nébulisation au-delà de l'orifice de sortie 4c de l'ajutage d'expulsion du gaz de nébulisation et de provoquer un contact optimal entre l'effluent liquide délivré par l'orifice Φa de l'aiguille de nébulisation 9 ainsi qu'il sera décrit ci-après en liaison avec la figure Ic.
En référence à la figure Ic précitée, on indique que l'orifice 4c de sortie de l'ajutage d'expulsion du gaz de nébulisation et l'extrémité de l'aiguille de nébulisation 9 forment une tuyère à profil de Venturi opérant sensiblement en régime d'écoulement subsonique.
Ce but est atteint par le fait que l'extrémité de l'aiguille de nébulisation 9 comportant l'orifice de sortie de l'effluent liquide de diamètre Φa traverse l'ajutage d'expulsion du gaz de nébulisation 4b et est placée au-delà de la zone de vitesse maximale d'expulsion du gaz, dans la direction d'écoulement du gaz de nébulisation. En outre le canal 9b de l'aiguille 9 peut avantageusement présenter un diamètre décroissant vers l'extrémité portant l'orifice de sortie, pour accélérer la vitesse d'éjection de l'effluent, sans toutefois augmenter de façon rédhibitoire la pression et les pertes de charges en amont. En référence à la figure Ic, on indique que la zone de vitesse maximale d'expulsion du gaz est située sensiblement au niveau de l'étrangement maximum de l'ajutage d'expulsion du gaz 4b et en particulier au niveau de la zone d'ouverture correspondant au diamètre d'ouverture Φo précédemment décrit et représenté sur la figure Ic. L'agencement relatif de l'aiguille de nébulisation 9 et en particulier de l'orifice d'ouverture du canal 9b de cette dernière au-delà de la zone de vitesse maximale d'expulsion du gaz de nébulisation, ainsi que représenté en figure Ic permet de délivrer l'effluent liquide dans la zone centrale du flux de gaz de nébulisation sensiblement en l'absence de turbulences et dans une zone d'écoulement sensiblement laminaire. De ce fait, l'interaction entre l'effluent liquide délivré dans l'écoulement laminaire précité du flux de gaz de nébulisation expulsé, permet une interaction physique entre l'effluent liquide et le gaz de nébulisation provoquant la création d'un nébulisat, c'est-à-dire d'une dispersion de l'effluent liquide en très fines gouttelettes. De préférence, ainsi que représenté en particulier aux figures la, Ib, le tube capillaire 6 et l'aiguille de nébulisation 9 sont alignés et centrés sur l'axe longitudinal de symétrie du nébuliseur matérialisé sur la figure la par le tube capillaire 6 et l'aiguille de nébulisation 9. Le canal central 6a du tube capillaire 6 tel que représenté en figure Ib et le canal central 9b de l'aiguille de nébulisation 9 sont en outre alignés et présentent un même diamètre au moins égal à deux fois le diamètre d'ouverture de l'orifice de sortie 9a de l'aiguille de nébulisation 9.
En référence à la figure Ib, on indique en outre que le tube capillaire 6 et l'aiguille de nébulisation 9 sont montés dans la partie mâle 1 sensiblement symétriques par rapport à l'axe longitudinal du nébuliseur. La partie mâle comporte dans ce but, un alésage longitudinal la muni d'un siège radial Ib permettant le support et le maintien du tube capillaire 6 et de l'aiguille de nébulisation 9. Le siège radial Ib comporte un orifice central Ic permettant l'engagement du tube capillaire 6 et de l'aiguille de nébulisation 9 et la mise en aboutement du canal central de ces derniers. Le tube capillaire 6 peut être avantageusement un tube capillaire en silice fondue le capillaire 6 étant alors maintenu dans la partie mâle 1 du nébuliseur et en particulier dans l'alésage la de ce dernier par l'intermédiaire du manchon souple 7 tel qu'un manchon en Téflon par exemple et de la vis percée 8, laquelle peut avantageusement être en un matériau plastique tel que la fibre de polyétheréthercétone encore désignée PEEK.
L'aiguille de nébulisation 9 est de préférence constituée en un même matériau que le tube capillaire 6 et en particulier en silice fondue. L'aiguille précitée peut alors être du même type que celle utilisée dans le cadre de la technologie "nanoélectrospray" en ESIJVIS . L'aiguille de nébulisation 9 peut avantageusement être également maintenue en position dans l'alésage la de la partie mâle 1 au moyen d'un manchon 10 en matériau souple tel quel le Téflon et par l'intermédiaire d'une vis percée en PEEK non représentée au dessin.
En référence à la figure Ib, on indique que la jonction et la connexion du canal central du capillaire 6 et de l'aiguille de nébulisation 9 est alors exécutée en l'absence de tout volume mort grâce à l'orifice Ic ménagé dans le siège radial, cet orifice pouvant consister en un trou de 600 μm de long et de 300 μm de diamètre par exemple, percé dans le siège radial précité.
En référence à la figure Ib, on pourra observer que les manchons en matériau souple 7 et 10, en particulier en Téflon, prennent appui respectivement sur les faces opposées du siège radial Ib.
Enfin, en référence à la figure Ic, on indique que l'orifice de sortie 4c de l'ajutage d'expulsion de nébulisation 4b est formé et comporte une couronne en matériau à usinage à haute tolérance, cette couronne portant la référence 11. L'orifice de sortie du gaz de nébulisation peut à titre d'exemple non limitatif être alors formé par une couronne en saphir industriel à travers laquelle l'aiguille de nébulisation est introduite. La mise en œuvre d'une couronne en matériau à usinage à haute tolérance permet alors d'obtenir un orifice de sortie du gaz de nébulisation de dimensions très précises et de degré de rugosité très faible, ce qui permet de minimiser la formation de turbulences dans la zone de contact entre le gaz de nébulisation expulsé et l'effluent liquide délivré par l'orifice de sortie de l'aiguille de nébulisation.
Pour un orifice de sortie de l'aiguille de nébulisation présentant un diamètre Φa de 10 μm, le diamètre de l'orifice de sortie de l'ajutage d'expulsion du gaz de nébulisation, diamètre Φo, peut alors être pris égal, dans un rapport 26, à 260 μm.
De préférence, ainsi que représenté aux figures la et Ib, l'aiguille de nébulisation est positionnée au centre de l'écoulement en particulier pour ce qui concerne l'orifice de sortie de cette dernière.
Cette position peut être réglée avantageusement par l'intermédiaire d'un filetage micrométrique équipant d'une part la partie mâle 1 respectivement la partie femelle 2, le filetage micrométrique portant la référence 12 sur la figure la. Enfin, l'extrémité distale de l'aiguille de nébulisation et en particulier la paroi externe de celle-ci présente un profil biseauté pour former avec la paroi évasée de l'orifice d'expulsion du gaz de nébulisation la tuyère de Venturi mentionnée précédemment dans la description. L'angle d'inclinaison de la paroi biseautée dans le plan de la figure Ic par rapport à l'axe longitudinal de l'aiguille de nébulisation 9 et du canal central 9b de celle-ci peut alors être pris égal à une valeur comprise entre 10 et 30 degrés.
Sur la figure 2 on a représenté un montage d'un nébuliseur et d'une torche à plasma inductive permettant l'exécution d'analyse par spectrométrie de masse d'échantillons nébulisés. Sur la figure précitée, A désigne un nébuliseur conforme à l'objet de la présente invention tel que décrit précédemment en liaison avec les figures la à Ic et B désigne avantageusement une chambre de nébulisation amovible, laquelle peut être détachée du nébuliseur A proprement dit mais constitue partie intégrante de ce dernier, dans les conditions ci-après. La chambre de nébulisation B est réduite afin de minimiser les volumes morts qui ont une influence considérable sur le temps de réaction de l'ensemble des dispositifs dans le cas de signaux transitoires.
Ainsi, la chambre de nébulisation peut être amovible et est alors enfichable de manière étanche sur la partie femelle 2 du nébuliseur représenté en figure la, l'étanchéité lors de l'assemblage étant assurée par l'intermédiaire des joints toriques 5 représentés sur la figure 5a précitée.
La chambre de nébulisation comprend un espace de nébulisation formé par exemple par un tube de verre en pyrex comportant en outre un tube effilé permettant le raccordement de l'espace de nébulisation et d'une torche à plasma au sein de laquelle est créé le plasma pour exécuter l'analyse par spectrométrie de masse. La torche à plasma porte la référence C sur la figure 2.
Différentes indications et comptes rendus d'essais seront maintenant donnés en liaison avec la figure 3 pour un nébuliseur à débit nanométrique conforme à l'objet de la présente invention précédemment décrit en liaison avec la figure la, Ib et Ic, installé dans un montage tel que représenté en figure 2.
Les résultats et compte rendu d'essais sont donnés en liaison avec la figure 3 dans les conditions ci-après.
Le nébuliseur, objet de l'invention, a été testé pour une gamme de débits comprise entre 50 nl/min et 450 nl/min avec un débit de gaz de nébulisation constitué par de l'argon à un débit de 1,1 1/min.
La figure 3, dans les quatre vignettes constitutives de celle-ci, représente l'intensité du signal détecté par la torche à plasma C, intensité I mesurée en coups par seconde c/s sur l'axe des ordonnées à gauche, et la stabilité du signal de détection obtenu en % RSD sur l'axe des ordonnées à droite, en fonction du débit de nébulisat injecté dans la torche à plasma, les débits étant exprimés en nanolitre par minute, pour 4 éléments tels que le lithium (Z=I), l'yttrium (Z=89), le cérium (Z= 140) et le thallium (Z=205) à une concentration de 200 ng/g (nanogramme/gramme) couvrant la gamme de masse des éléments habituellement détectés à l'aide d'une torche à plasma. En référence aux quatre vignettes de la figure 3 précitée, on indique que la stabilité du signal détecté est meilleure que 7 % pour des débits d'effluents de nébulisat compris entre 150 et 450 nl/min.
En outre, pour les quatre éléments précités, on indique que la linéarité représentée par la régression linéaire de l'intensité du signal en coups par seconde en fonction du débit en nanolitre par minutes est meilleure que 4/1000, la linéarité parfaite étant obtenue pour R2=l.
Les essais précités ont montré que, pour la gamme de débit d'essai précédemment mentionnée, le taux d'ions doublement chargés ainsi que le taux d'oxyde obtenu après la nébulisation à débit nanométrique reste très faible.
Les essais précités ont montré que le taux de formation de ces oxydes et de ces ions, en fonction du débit pour le cérium (Z=I 40) sont meilleur que 0,4 % pour le taux de formation d'oxyde CeO+ et meilleur que 2,0 % pour le taux de formation d'ions doublement chargés Ce2+. On rappelle que les taux d'ions doublement chargés et d'oxydes obtenus après nébulisation précités sont primordiaux pour caractériser un nébuliseur, car les oxydes et les ions doublement chargés sont des éléments typiques d'interférence qu'il est important de minimiser afin d'augmenter l'intensité du signal détecté.
Une description plus détaillée d'une installation de nébulisation d'effluents liquides par éléments de volumes successifs, conforme à l'objet de la présente invention sera maintenant donnée en liaison avec la figure 4.
En référence à la figure précitée, on indique que l'installation de nébulisation d'effluents liquides, objet de l'invention, est remarquable en ce qu'elle comporte au moins en cascade un générateur G de flux calibré d'au moins un effluent liquide à un débit sensiblement continu inférieur à 1 μl/min et une vanne V commandée recevant le flux calibré d'effluent liquide et permettant de délivrer par commande d'échantillonnage temporel de ce flux calibré au moins un élément de volume de cet effluent liquide. Un nébuliseur à débit nanométrique A, conforme à l'objet de la présente invention, est connecté à la vanne commandée V et reçoit au moins un élément de volume d'au moins un effluent liquide par l'intermédiaire d'une canalisation de raccordement à la vanne commandée et délivre au moins un élément de volume d'effluent liquide nébulisé. Chaque élément de volume d'effluent liquide est intégré avec un gradient de concentration dans le flux continu d'éluant.
On comprend, en particulier en référence à la figure 4, que le générateur G de flux calibré d'au moins un effluent liquide comporte au moins une pompe P à haute pression alimentée sélectivement par une pluralité d'effluents liquides distincts, la pompe à haute pression délivrant un flux sensiblement continu à haute pression et à débit déterminé d'un des effluents liquides. Dans ce but, la pompe P peut être reliée à une pluralité de réservoirs d'effluents notés T1 et T2, chaque effluent pouvant être choisi sélectivement.
En outre, ainsi que représenté en figure 4, le générateur G peut comprendre un réducteur de flux R d'effluents liquides permettant de délivrer à partir du flux sensiblement continu délivré par la pompe P un flux réduit dans un rapport de débit déterminé de l'effluent liquide. Dans un mode de mise en œuvre non limitatif, pour une pompe P délivrant un débit d'effluent à 100 μl/min, le réducteur de flux d'effluent liquide était un réducteur de flux permettant d'amener le débit de 100 μl/min précité à la valeur de 0,3 μl/min.
Un calibreur de flux C permet alors de délivrer à partir du flux réduit de l'effluent liquide un flux calibré d'effluent liquide dont le débit n'excède pas 0,5 μl/min. Le calibreur de flux C n'est pas indispensable pour des flux inférieurs.
De préférence, et, compte tenu d'un choix judicieux de la vanne commandable V, chaque élément de volume d'effluent liquide peut avantageusement représenter un volume de 10 ni. Ainsi, l'utilisation de la vanne commandée précitée et d'une colonne de chromatographie liquide de 75 μm de diamètre interne, la colonne précitée permettant de raccorder la vanne commandée V au nébuliseur A, permet alors d'utiliser et de caractériser le nébuliseur à débit nanométrique objet de l'invention, dans le cas d'un régime et d'un signal transitoire. Ce signal transitoire peut résulter de la détection d'un élément de volume transmis par la vanne commandée V. Les figures 5a à 5d permettent, en particulier, de mettre en évidence les signaux détectés sous forme de pics représentés en figure 5 a notamment.
La figure 5 a représente le signal détecté sous forme d'un profil de pic correspondant à 600 femtogrammes de sélénium sous forme de sélénométhionine éluée par 30 % d'acétonitrile dans l'eau en mode isocratique avec un débit de nébulisat de 300 nl/min et la reproduction d'injections de 1 picogramme d'un tel effluent liquide, grâce à une installation de nébulisation telle que représentée en figure 4.
Les pics obtenus représentés en figure 5 a sont sensiblement symétriques, ces pics étant représentés en intensité de coups par seconde c/s sur l'axe des ordonnées, respectivement en temps en seconde sur l'axe des abscisses et présentent un profil gaussien typique.
L'importance de la finesse des pics provient du lien direct de cette dernière avec le pouvoir de résolution du dispositif analytique constitué par l'installation de nébulisation représentée en figure 4 connectée bien entendu à une torche à plasma inductive. Le pouvoir de résolution rend compte de la capacité de l'installation à séparer deux composés dans un temps donné. Afin de caractériser la largeur des pics à mi-hauteur, soit une largeur de 1,3 secondes représentés en figure 4, cette valeur apparaît la plus pertinente. Par comparaison et afin de rendre compte du gain du pouvoir séparateur de l'installation de nébulisation, telle que décrite en figure 4, on rappellera simplement qu'en chromatographie liquide classique, c'est-à-dire pour des colonnes de 4,6 mm de diamètre interne, la largeur typique des pics à mi-hauteur est de 15 secondes. Un facteur 10 peut ainsi être facilement gagné sur le temps d'analyse grâce à la mise en œuvre d'une installation conforme à l'objet de la présente invention, telle que représentée en figure 4.
La reproductibilité de l'analyse peut être caractérisée par l'écart relatif sur les aires des pics d'une série d'injections successives d'un même échantillon ainsi que représenté sur la même figure 5 a. En référence à la figure précitée, cet écart n'excède pas 5 % malgré un bruit de fond du signal présentant un écart type relatif de 3,5 %. La figure 5b permet d'évaluer la limite de sensibilité pour le sélénium d'une installation de nébulisation telle que représentée en figure 4.
La limite de sensibilité de détection correspond, par définition, à la concentration équivalente à un pic de détection dont la hauteur serait trois fois par exemple l'écart type du bruit de fond, ainsi que représenté sur la figure 5b.
La limite de détection relative pour l'installation de nébulisation telle que représentée en figure 4 est de 2,4 ng/g (nanogrammes par grammes). Cela correspond en fait à une limite de détection absolue de 25 femtogrammes soit la limite de sensibilité de détection la plus faible jamais atteinte en couplage chromatographie- liquide -ICP-MS pour le sélénium. On rappelle que un femtogramme = 10"15 g.
Enfin, la linéarité de la réponse est représentée par la régression linéaire de la figure 5c de l'aire des pics obtenue en fonction de la concentration nanonébulisée.
Sur la figure précitée, l'axe des ordonnées est gradué en intensité I du signal détecté en coups par seconde c/s et l'abscisse en concentration en sélénium en nanogramme par gramme. La courbe représentée en figure 5c a été obtenue pour un débit isocratique H2O(70 %)/CH3CN(30 %) fixé à 300 tri/min, en injectant 10 ni d'un standard de sélénométhionine à différentes concentrations. On indique que le volume de 10 ni précités correspond à un élément de volume d'effluent liquide injecté grâce à l'installation mise en œuvre conformément à l'installation objet de l'invention représentée en figure 4.
En référence à la figure 5c, on peut observer que le coefficient de régression
R2=0.9994 présentant un défaut de linéarité aussi faible que 6x10"4 démontre la linéarité particulièrement remarquable de la réponse de l'installation de nébulisation conforme à l'objet de la présente invention, tel que représenté en figure 4 et la précision qui en découle.
La figure 5d représente un chromatogramme permettant de tester les résultats effectifs sur un échantillon réel de 10 ni d'un digestat tryptique de protéine séléniée, analysé grâce à une installation de nébulisation, telle que représentée en figure 4, couplée à une torche à plasma inductive de spectrométrie de masse. Pour réaliser le test précité, le gradient d'acétonitrile dans l'eau utilisé était le suivant :
Débit : 365 nl/min, 0-1 min 5% B isocratique, 1 -9 min 10-22 % B linéaire,
9-16 min 22-45 % B linéaire, 16-18 min 45-90 % B linéaire, 18-20 min 90 % B isocratique, 20-21 min 90-5 % B linéaire. En référence à la figure 5d, on indique que la séparation obtenue est meilleure qu'en chromatographie classique grâce à la finesse des pics, et que le temps d'analyse total n'est plus que de 30 min, alors que 80 min étaient auparavant nécessaires lors de l'utilisation d'une HPLC classique -ICP-MS.
On comprend, en particulier, que le mode opératoire pour exécuter l'analyse du digestat de protéine séléniée représenté en figure 5d est obtenu par la mise en œuvre d'un procédé d'analyse d'éléments à l'état de trace dans un échantillon d'analyse d'effluents liquides par spectrométrie de masse à torche à plasma à couplage inductif, particulièrement remarquable en ce qu'il consiste à engendrer à partir d'un flux continu d'effluent liquide un nébulisat d'effluent liquide à analyser à un débit compris entre 10 nl/min et 600 nl/min puis à introduire le nébulisat constituant l'échantillon d'analyse dans une torche à plasma à couplage inductif pour effectuer l'analyse par spectrométrie de masse de l'échantillon d'analyse précité.
Bien entendu, ainsi que décrit précédemment relativement au mode opératoire de l'installation de nébulisation en liaison avec la figure 4, le procédé consiste à échantillonner le flux continu d'effluents liquides par éléments de volume d'effluent liquide de volume sensiblement égal à 10 ni.
Le nébuliseur à débit nanométrique d'installation de nébulisation comportant un tel nébuliseur et le procédé d'analyse conforme à l'objet de la présente invention permettent d'obtenir une meilleure résolution, une économie d'échantillons et d'éluant dus à la diminution des dimensions de l'ensemble de l'installation de nébulisation ainsi qu'une diminution très importante du temps d'analyse en raison de l'introduction de débit de nébulisat inférieur au microlitre par minute dans la torche à plasma inductive.

Claims

REVENDICATIONS
1. Nébuliseur à débit nanométrique d'un effluent liquide dans un gaz de nébulisation, caractérisé en ce qu'il comporte au moins, disposés sensiblement de révolution :
- un tube capillaire d'admission dudit effluent liquide et une aiguille de nébulisation comportant un canal central alimenté en effluent liquide par ledit tube capillaire ;
- une chambre d'admission dudit gaz de nébulisation alimentant un ajutage d'expulsion dudit gaz de nébulisation, ladite aiguille de nébulisation traversant ladite chambre d'admission et ledit ajutage d'expulsion dudit gaz de nébulisation, ladite aiguille de nébulisation comportant un orifice de sortie dudit effluent liquide dont le diamètre d'ouverture est inférieur à 20 μm, le rapport du diamètre de l'ouverture de sortie dudit ajutage d'expulsion du gaz de nébulisation et de l'orifice de sortie de l'aiguille de nébulisation étant supérieur à 10.
2. Nébuliseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'orifice de sortie de l'ajutage d'expulsion du gaz de nébulisation et l'extrémité de ladite aiguille de nébulisation forment une tuyère à profil de Venturi opérant en régime d'écoulement subsonique, l'extrémité de ladite aiguille de nébulisation comportant l'orifice de sortie dudit effluent liquide, traversant ledit ajutage, étant placée au-delà de la zone de vitesse maximale d'expulsion du gaz, dans la direction d'écoulement du gaz de nébulisation, ce qui permet de délivrer ledit effluent dans la zone centrale du flux de gaz de nébulisation, en l'absence de turbulence et en écoulement sensiblement laminaire dudit gaz de nébulisation.
3. Nébuliseur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit tube capillaire et ladite aiguille de nébulisation sont alignés et centrés sur l'axe longitudinal de symétrie du nébuliseur, le canal central dudit tube capillaire et de l'aiguille de nébulisation étant alignés et présentant un même diamètre au plus égal à deux fois le diamètre d'ouverture de l'orifice de sortie de ladite aiguille de nébulisation.
4. Nébuliseur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit tube capillaire et ladite aiguille de nébulisation sont montés dans une partie mâle, sensiblement symétrique par rapport à un axe longitudinal dudit nébuliseur, ladite partie mâle comportant un alésage longitudinal muni d'un siège radial de support et de maintien dudit tube capillaire et de ladite aiguille de nébulisation, ledit siège radial comportant un orifice central permettant l'engagement dudit tube capillaire et de ladite aiguille de nébulisation et la mise en aboutement du canal central de ces derniers.
5. Nébuliseur selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit tube capillaire et ladite aiguille de nébulisation sont maintenus en position centrée dans ledit alésage par l'intermédiaire de manchons en matériau souple prenant appui respectivement sur les faces opposées dudit siège radial.
6. Nébuliseur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le manchon de maintien dudit tube capillaire et ledit tube capillaire sont maintenus dans ledit alésage par l'intermédiaire d'une vis percée.
7. Nébuliseur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ladite chambre d'admission et ledit ajutage d'expulsion dudit gaz de nébulisation sont placés dans une partie femelle, sensiblement symétrique par rapport à l'axe longitudinal de symétrie dudit nébuliseur, ladite partie mâle étant montée dans ladite partie femelle, ladite aiguille de nébulisation traversant ladite chambre d'admission et ledit ajutage d'expulsion dudit gaz de nébulisation.
8. Nébuliseur selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite partie mâle est montée dans ladite partie femelle par l'intermédiaire d'un filetage micrométrique engageant la partie mâle et la partie femelle, ce qui permet de régler par vissage la distance de dépassement de l'orifice de sortie de ladite aiguille de nébulisation, vis-à-vis de l'orifice de sortie dudit ajustage d'expulsion dudit gaz de nébulisation.
9. nébuliseur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'orifice de sortie dudit ajutage d'expulsion de nébulisation comporte une couronne en matériau à usinage à haute tolérance.
10. Nébuliseur selon l'une des revendications 7 à 9 précédentes, caractérisé en ce que celui-ci comporte en outre une chambre de nébulisation amovible, ladite chambre de nébulisation étant enfichable de manière étanche sur ladite partie femelle et comportant au moins : — un espace de nébulisation dont le diamètre interne est sensiblement égal au diamètre externe de ladite partie femelle ;
- un tube de raccordement effilé communiquant avec ledit espace de nébulisation et comportant un embout de raccordement à une torche ICP_MS.
11. Installation de nébulisation d'effluents liquides par incréments de volumes successifs, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins en cascade :
- un générateur de flux calibré d'au moins un effluent liquide à un débit sensiblement continu inférieur à 1 μl/min ;
- une vanne commandée recevant ledit flux calibré de cet effluent liquide et permettant de délivrer par commande d'échantillonnage temporel ce flux calibré au moins un élément de volume de cet effluent liquide ;
- un nébuliseur à débit nanométrique, selon l'une des revendications 1 à 10, recevant au moins un élément de volume d'au moins un effluent liquide par l'intermédiaire d'une canalisation de raccordement à ladite vanne commandée et délivrant au moins un élément de volume d'effluent liquide nébulisé.
12. Installation selon la revendication 11, caractérisée en ce que ledit générateur de flux calibré d'au moins un effluent liquide comporte au moins :
- une pompe à haute pression alimentée sélectivement par une pluralité d'effluents liquides distincts, ladite pompe à haute pression délivrant un flux sensiblement continu à haute pression et à débit supérieur à 50 μl/min d'un desdits effluents liquides ;
- un réducteur de flux d'effluent liquide permettant de délivrer à partir dudit flux sensiblement continu délivré par la pompe un flux réduit dans un rapport de débit déterminé de cet effluent liquide ;
- un calibreur de flux délivrant à partir du flux réduit dudit effluent liquide inférieur à 0,5 μl/min.
13. Installation selon la revendication 11 ou 12, caractérisée en ce que chaque élément de volume dudit effluent liquide présente un volume de 10 ni.
14. Procédé d'analyse d'éléments à l'état de traces dans un échantillon d'analyse d'effluent liquide, par spectrométrie de masse à torche à plasma à couplage inductif, caractérisé en ce qu'il consiste au moins à :
- engendrer, à partir d'un flux continu d'effluent liquide un nébulisat d'effluent liquide à analyser à un débit compris entre 10 nl/min et 600 nl/min ;
— introduire ledit nébulisat constituant l'échantillon d'analyse dans une torche à plasma à couplage inductif pour effectuer l'analyse par spectrométrie de masse de l'échantillon d'analyse.
15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que celui-ci consiste à échantillonner ledit flux continu d'effluent liquide par éléments de volume élémentaire d'effluent liquide de volume sensiblement égal à 10 ni, et constituer un échantillon d'analyse constitué par au moins un nébulisat formé à partir d'au moins un volume élémentaire.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012076368A1 (fr) 2010-12-08 2012-06-14 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Procede et dispositif de generation de gouttelettes a spectre granulometrique modulable

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8415619B2 (en) 2009-11-13 2013-04-09 University of Glascgow Methods and systems for mass spectrometry
FR2960798A1 (fr) * 2010-06-07 2011-12-09 Commissariat Energie Atomique Dispositif microfluidique et procede de nebulisation d'un liquide d'interet.
US9117641B2 (en) 2012-10-29 2015-08-25 Perkinelmer Health Sciences, Inc. Direct sample analysis device adapters and methods of using them
CA2889372C (fr) * 2012-10-28 2022-12-06 Perkinelmer Health Sciences, Inc. Adaptateurs pour dispositif d'analyse directe d'echantillons et leurs procedes d'utilisation
KR101692347B1 (ko) * 2015-04-17 2017-01-03 주식회사 에스엠뿌레 분무기 및 분무조절장치
US9855555B2 (en) 2015-05-20 2018-01-02 University Of Maryland Generation and trapping of aqueous droplets in a microfluidic chip with an air continuous phase
CN112823282B (zh) * 2019-08-29 2022-02-15 埃耶士株式会社 金属微粒的分析方法及感应耦合等离子体质量分析方法
CN112353122A (zh) * 2020-10-19 2021-02-12 马倩云 一种新冠病毒消杀系统及其方法
CN114965831A (zh) * 2022-05-19 2022-08-30 厦门大学 色谱与质谱联用的零死体积接口装置及其应用

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4865444A (en) * 1984-04-05 1989-09-12 Mobil Oil Corporation Apparatus and method for determining luminosity of hydrocarbon fuels
US4924097A (en) * 1984-06-22 1990-05-08 Georgia Tech Rss. Corp Monodisperse aerosol generator for use with infrared spectrometry
US5247842A (en) * 1991-09-30 1993-09-28 Tsi Incorporated Electrospray apparatus for producing uniform submicrometer droplets
US5868322A (en) * 1996-01-31 1999-02-09 Hewlett-Packard Company Apparatus for forming liquid droplets having a mechanically fixed inner microtube
US7621266B2 (en) * 2003-01-14 2009-11-24 Boehringer Ingelheim International Gmbh Nozzle-system for a dispenser for fluids consisting of a nozzle and a nozzle-holder and/or screw cap
EP1468748A1 (fr) * 2003-04-15 2004-10-20 Microflow Engineering SA Générateur de gouttelettes de liquide et sa buse

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2006131626A3 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012076368A1 (fr) 2010-12-08 2012-06-14 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Procede et dispositif de generation de gouttelettes a spectre granulometrique modulable
RU2562488C2 (ru) * 2010-12-08 2015-09-10 Коммиссариат А Л'Энержи Атомик Э О Энержи Альтернатив Способ и устройство генерирования капель с модулируемым гранулометрическим спектром

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