FR2873812A1 - Volatile organic compounds e.g. organic amide, sampling device for e.g. solid phase micro-extraction syringe, has tube defining volume between end parts, in which air flow is maintained constant and homogeneous, in direction and speed - Google Patents
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Abstract
Description
2873812 12873812 1
DISPOSITIF DE PRELEVEMENT DE COMPOSES VOLATILS DEVICE FOR SAMPLING VOLATILE COMPOUNDS
DOMAINE TECHNIQUETECHNICAL AREA
L'invention concerne un dispositif de prélèvement de composés volatils, par exemple organiques. The invention relates to a device for sampling volatile compounds, for example organic compounds.
En particulier, l'invention se rapporte à la circulation contrôlée d'air afin d'en extraire certains contaminants, notamment organiques, et de déterminer leur composition. In particular, the invention relates to the controlled circulation of air in order to extract certain contaminants, in particular organic contaminants, and to determine their composition.
Le dispositif selon l'invention est particulièrement adapté pour la micro extraction sur phase solide, ou pour être associé à un dispositif portable de chromatographie en phase gazeuse. The device according to the invention is particularly suitable for micro solid phase extraction, or to be associated with a portable gas chromatography device.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Dans l'industrie des semi-conducteurs, la contamination provient en grande partie des espèces gazeuses présentes dans l'air des salles blanches; elle peut conduire à une dégradation des performances des procédés ou de la qualité des circuits intégrés réalisés. Un exemple est la contamination due aux composés organiques comme l'amide organique (N-méthyl-2-pyrrolidone) mais de nombreux autres composés organiques sont connus pour générer des problèmes de condensation, par exemple sur les optiques dans les salles de photolithographie, mais aussi pour générer des défauts dans les circuits intégrés: défauts électriques, courts-circuits, phénomènes de délamination des couches successives. De plus, la taille de gravure devenant de plus en plus petite, la contamination est d'autant plus critique. De plus des teneurs de contaminants de plus en plus faibles sont exigées, de l'ordre du ppb en volume voire inférieure. STATE OF THE PRIOR ART In the semiconductor industry, the contamination comes largely from the gaseous species present in the air of the clean rooms; it can lead to a degradation of the performances of the processes or the quality of the integrated circuits realized. An example is contamination due to organic compounds such as organic amide (N-methyl-2-pyrrolidone) but many other organic compounds are known to generate condensation problems, for example on optics in photolithography rooms, but also to generate defects in integrated circuits: electrical faults, short circuits, delamination phenomena of successive layers. In addition, the engraving size becoming smaller and smaller, the contamination is all the more critical. In addition, lower levels of contaminants are required, of the order of ppb in volume or lower.
Pour minimiser les risques et surveiller la fabrication, il est donc nécessaire d'analyser ces contaminants susceptibles d'être présents dans l'air des salles blanches électroniques à l'état de traces. Or les détecteurs de composés organiques volatils en continu ont une limite de détection de l'ordre de 0,1 ppm en volume, très supérieure aux exigences du domaine des semi-conducteurs où les concentrations tolérées sont inférieures à 1 ppb en volume. To minimize the risks and monitor manufacturing, it is therefore necessary to analyze these contaminants that may be present in the air of the electronic clean rooms in trace amounts. Now the detectors of volatile organic compounds continuously have a detection limit of the order of 0.1 ppm by volume, much higher than the requirements of the field of semiconductors where the tolerated concentrations are less than 1 ppb by volume.
Les concentrations faibles des contaminants imposent en général un prélèvement des composés associé à une méthode de préconcentration afin d'atteindre les limites de détection requises pour les analyses dans ce domaine. Ainsi, la plupart des équipements nécessitent de nombreuses heures de collecte avant de pouvoir analyser les échantillons; à cet inconvénient de durée s'ajoute le risque de perte de l'échantillon. Low contaminant concentrations typically require compound removal with a preconcentration method to achieve the detection limits required for assays in this area. For example, most equipment requires many hours of collection before samples can be analyzed; to this disadvantage of duration is added the risk of loss of the sample.
Pour de tels composés sous forme de traces, une technique a été développée concernant la micro extraction sur phase solide (SPME, pour Solid Phase MicroExtraction ). Elle consiste en l'adsorption des composés organiques volatils sur un matériau poreux composé d'une fine couche adsorbante: voir par exemple WO 99/26063 ou US 2002/0150504. En un temps court, de l'ordre de 10 min, une quantité suffisante de composé peut être prélevée par extraction dans un matériau poreux, habituellement sous forme de fibre localisée à l'intérieur d'une seringue. Une désorption est ensuite réalisée, et l'analyse en tant que telle est effectuée. En particulier, la SPME peut être associée à la chromatographie en phase gazeuse, par exemple suivie d'une détection de type spectrométrie de masse (GC/MS) pour l'identification des composés. For such compounds in the form of traces, a technique has been developed concerning solid phase micro extraction (SPME, for Solid Phase MicroExtraction). It consists in the adsorption of the volatile organic compounds on a porous material composed of a thin adsorbent layer: see for example WO 99/26063 or US 2002/0150504. In a short time, of the order of 10 min, a sufficient amount of compound can be removed by extraction in a porous material, usually in the form of fiber located inside a syringe. Desorption is then performed, and the analysis as such is performed. In particular, SPME may be associated with gas chromatography, for example followed by mass spectrometry (GC / MS) type detection for the identification of compounds.
Il s'avère cependant que cette technique ne donne pas de résultats fiables au niveau quantitatif; en particulier, des essais réalisés dans des conditions réelles de prélèvement en salle blanche ont montré des variations des teneurs pouvant aller jusqu'à 100 % sur des prélèvements effectués sur deux fibres SPME utilisées de manière simultanée exposées directement à l'air de la salle blanche en flux présumé unidirectionnel. However, it turns out that this technique does not give reliable results at the quantitative level; in particular, tests carried out under actual clean-room sampling conditions showed variations of up to 100% in samples taken from two SPME fibers used simultaneously exposed directly to the air in the clean room. in supposed unidirectional flow.
De fait, différents paramètres doivent être optimisés et contrôlés pour permettre la validation de l'échantillonnage par SPME, ou plus généralement par adsorption sur matériau poreux, comme méthode possible pour une analyse quantitative des contaminants organiques volatils en salle blanche. In fact, different parameters need to be optimized and controlled to allow the validation of sampling by SPME, or more generally by adsorption on porous material, as a possible method for a quantitative analysis of volatile organic contaminants in a clean room.
EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention a pour principal objectif de permettre une utilisation des techniques d'adsorption pour une quantification en palliant certains des problèmes existants. DISCLOSURE OF THE INVENTION The main objective of the invention is to allow the use of adsorption techniques for quantification by overcoming some of the existing problems.
Plus généralement, l'invention concerne un dispositif de prélèvement qui permet une extraction en phase solide de manière reproductible. More generally, the invention relates to a sampling device that allows a solid phase extraction in a reproducible manner.
En particulier, le dispositif de prélèvement permet de contrôler le flux parvenant à un matériau d'extraction tant en vitesse qu'en régime. In particular, the sampling device makes it possible to control the flow reaching an extraction material both in speed and in speed.
Dans un mode préféré de réalisation, le dispositif selon l'invention peut être associé de façon répétée à un système d'extraction en phase solide, sous forme de seringue SPME par exemple. Notamment, la direction du flux est perpendiculaire à l'orientation de la matrice d'adsorption. Le dispositif de prélèvement comporte alors de préférence un tube cylindrique ouvert à une extrémité et relié à une pompe à l'autre extrémité. Avantageusement, plusieurs systèmes d'extraction peuvent être associés pour des extractions simultanées. In a preferred embodiment, the device according to the invention may be repeatedly associated with a solid phase extraction system, in the form of an SPME syringe, for example. In particular, the flow direction is perpendicular to the orientation of the adsorption matrix. The sampling device then preferably comprises a cylindrical tube open at one end and connected to a pump at the other end. Advantageously, several extraction systems can be associated for simultaneous extractions.
Dans un autre mode préféré de réalisation, le dispositif selon l'invention est associé à un dispositif de désorption intégré, et par exemple à un système portable d'analyse en chromatographie. Dans ce cas, avantageusement, le dispositif de prélèvement comporte un réservoir dans lequel l'entrée et la sortie de gaz se font par l'intermédiaire de membranes poreuses qui égalisent le flux de gaz. De préférence, l'entrée d'air se fait par un système de conduites munies d'orifices calibrés pour assurer un débit uniforme entre chacun d'eux. In another preferred embodiment, the device according to the invention is associated with an integrated desorption device, and for example a portable chromatography analysis system. In this case, advantageously, the sampling device comprises a reservoir in which the inlet and the gas outlet are through porous membranes which equalize the gas flow. Preferably, the air inlet is through a system of pipes provided with calibrated orifices to ensure a uniform flow between each of them.
Le dispositif selon l'invention est particulièrement adapté pour une utilisation en salle blanche. Notamment, la vitesse du flux est ajustée et contrôlée pour être de l'ordre de 0,4 m/s par exemple. The device according to the invention is particularly suitable for use in a clean room. In particular, the speed of the flow is adjusted and controlled to be of the order of 0.4 m / s for example.
De préférence, le dispositif selon l'invention est associé à des moyens de mesure, de pression et/ou de température et/ou d'hygrométrie. Preferably, the device according to the invention is associated with measuring means, pressure and / or temperature and / or hygrometry.
Le dispositif selon l'invention peut être portable afin de permettre des analyses en différents sites ou différentes localisations au sein d'un même site. The device according to the invention can be portable in order to allow analyzes at different sites or different locations within the same site.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Les figures annexées permettront de mieux comprendre l'invention, mais ne sont données qu'à titre indicatif et ne sont nullement restrictives. The appended figures will better understand the invention, but are given for information only and are not restrictive.
La figure 1 représente schématiquement une seringue avec une fibre SPME telle que commercialisée. Figure 1 schematically shows a syringe with a SPME fiber as marketed.
La figure 2 représente un mode de réalisation préféré de l'invention. Figure 2 shows a preferred embodiment of the invention.
La figure 3a montre l'utilisation d'un autre mode de réalisation préféré du dispositif de l'invention, schématisé en figure 3b, dont un détail est montré en figure 3c. FIG. 3a shows the use of another preferred embodiment of the device of the invention, schematized in FIG. 3b, a detail of which is shown in FIG. 3c.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS La micro extraction en phase solide (SPME) consiste en l'adsorption de composés volatils, notamment organiques, sur un matériau poreux, par exemple dans une seringue d'échantillonnage commercialisée et schématisée en figure 1. Une seringue 1 permet de maintenir une fibre adsorbante 2 protégée de l'air ambiant et de la sortir pour prélèvement. Le déplacement de la fibre 2 est souvent effectué avec l'aide d'un système de contrôle, par exemple par l'intermédiaire d'un ressort 3. La fibre 2 est composée d'un coeur 4, habituellement en silice, entouré sur une partie, par exemple sur une longueur de 1 cm, d'un film 5 adsorbant pour atteindre environ 100 pm de diamètre de l'ensemble formé par le coeur 4 et le film 5. Suivant les espèces que l'on désire extraire, le film 5, par exemple d'épaisseur 0,75 pm, peut être composé de particules 6 de CarboxenTM de l'ordre de 2 à 10 pm de diamètre dans un polymère 7 en polydimethylsiloxane (PDMS). DETAILED DESCRIPTION OF PARTICULAR EMBODIMENTS Solid phase microextraction (SPME) consists in the adsorption of volatile compounds, in particular organic compounds, onto a porous material, for example in a sampling syringe marketed and shown schematically in FIG. 1. A syringe 1 makes it possible to maintain an adsorbent fiber 2 protected from the ambient air and to take it out for sampling. The displacement of the fiber 2 is often carried out with the aid of a control system, for example by means of a spring 3. The fiber 2 is composed of a core 4, usually made of silica, surrounded on a part, for example over a length of 1 cm, of an adsorbent film to reach about 100 μm in diameter of the assembly formed by the core 4 and the film 5. Depending on the species that it is desired to extract, the film 5, for example with a thickness of 0.75 μm, may be composed of Carboxen ™ particles 6 of the order of 2 to 10 μm in diameter in a polymer 7 made of polydimethylsiloxane (PDMS).
Cette méthode a connu un développement récent dans l'industrie du semiconducteur en étant couplée à la chromatographie gazeuse par spectrométrie de masse (GC/MS) pour analyser les contaminants organiques en salle blanche. This method has been recently developed in the semiconductor industry by being coupled with gas chromatography mass spectrometry (GC / MS) to analyze organic contaminants in the clean room.
Cependant, il s'avère que la reproductibilité des analyses dépend de divers paramètres. On a ainsi trouvé que la pression et la température ambiantes agissaient sur le coefficient d'adsorption du composé sur le film 5. However, it turns out that the reproducibility of the analyzes depends on various parameters. It was thus found that the ambient pressure and the temperature acted on the adsorption coefficient of the compound on the film 5.
Cependant, les conditions habituelles en salle blanche, où la température est quasi-uniforme et les variations de pression très faibles, peuvent être considérées comme suffisamment reproductibles et stables; à défaut, la température peut être normalisée à 20 C par exemple. However, the usual conditions in the clean room, where the temperature is almost uniform and the variations of pressure very low, can be considered sufficiently reproducible and stable; otherwise, the temperature may be normalized to 20 C for example.
Par ailleurs, l'adsorption compétitive sur les fibres 2 peut modifier les résultats. En particulier, il est préférable, pour obtenir le meilleur du film 5, que le temps de prélèvement soit compris entre 5 et 15 min. En effet, des phénomènes de coadsorption peuvent survenir et engendrer une compétition entre les différents composés volatils envers la fibre; une adsorption quantitatve des espèces désirées devient alors impossible au bout d'un certain temps, et les durées citées ci-dessus ont été optimisées pour les composés d'intérêt dans le cas de la contamination en salle blanche. Moreover, the competitive adsorption on the fibers 2 can modify the results. In particular, it is preferable, in order to obtain the best of the film 5, that the sampling time is between 5 and 15 min. Indeed, coadsorption phenomena can occur and cause competition between the various volatile compounds towards the fiber; Quantitative adsorption of the desired species then becomes impossible after a certain time, and the durations mentioned above have been optimized for the compounds of interest in the case of contamination in the clean room.
Il s'avère aussi que la vitesse du flux d'air parvenant sur la fibre 2, en particulier pour les vitesses faibles (c'est-à-dire inférieures à 1 m/s) a une influence. Ainsi, la variation d'adsorption du décane sur une fibre CarboxenTM/PDMS telle que définie ci-dessus peut atteindre 10 % entre 0,3 et 0,4 m/s (voir par exemple Koziel et coll., Anal Chem 2000, 72). It has also been found that the speed of the air flow coming on the fiber 2, in particular for the low speeds (that is to say less than 1 m / s) has an influence. Thus, the adsorption variation of decane on a CarboxenTM / PDMS fiber as defined above can reach 10% between 0.3 and 0.4 m / s (see for example Koziel et al., Anal Chem 2000, 72). ).
De même, tel que schématisé sur la figure 1, un flux perpendiculaire à la fibre 2, de type A, donne de meilleurs résultats qu'un flux parallèle, de type B: il est probable que, lors de l'échantillonnage parallèle B, la concentration en composé soit différente entre les points de contact initiaux et finaux entre flux et film 5, ce qui empêche une exploitation totale des performances de la fibre 2. En effet, la fibre utilisée dans un flux parallèle B semble agir plus comme colonne chromatographique que comme réservoir de piégeage pour les composés volatils. Similarly, as shown diagrammatically in FIG. 1, a stream perpendicular to fiber 2, of type A, gives better results than a parallel stream, of type B: it is probable that, during parallel sampling B, the concentration of compound is different between the initial and final contact points between flux and film 5, which prevents a total exploitation of the performance of the fiber 2. In fact, the fiber used in a parallel flow B seems to act more like a chromatographic column only as a trapping reservoir for volatile compounds.
II serait possible de s'affranchir de ces fluctuations en effectuant le prélèvement dans un échantillon d'air contenu dans un volume fermé, tel que montré dans le document WO 99/26063. Cette méthode présente le premier inconvénient que la quantité prélevée est plus faible qu'en mode dynamique car il n'y a pas de renouvellement de l'atmosphère autour de la fibre. Deuxièmement, un prélèvement entraîne obligatoirement un appauvrissement de l'air ce qui élimine la possibilité d'un second prélèvement avec le même échantillon initial et donc toute reproductibilité. It would be possible to overcome these fluctuations by sampling from an air sample contained in a closed volume, as shown in WO 99/26063. This method has the first disadvantage that the quantity withdrawn is lower than in dynamic mode because there is no renewal of the atmosphere around the fiber. Secondly, a sample necessarily entails a depletion of the air which eliminates the possibility of a second sampling with the same initial sample and therefore any reproducibility.
II s'avère donc que, pour une bonne reproductibilité, et donc une possible quantification, un prélèvement dynamique est mis en oeuvre, dans un procédé conforme à l'invention; il a de plus été trouvé que l'adsorption en mode dynamique permet l'obtention de limites de détection plus faibles qu'en mode statique. L'adsorption y est de préférence effectuée par un flux perpendiculaire à la matrice adsorbante, sous une température constante, que l'on peut par exemple normaliser à 20 C, durant une durée de l'ordre de 8 minutes, et avec une vitesse constante de l'air circulant. It therefore turns out that, for good reproducibility, and therefore possible quantification, a dynamic sample is used in a process according to the invention; it has furthermore been found that adsorption in dynamic mode makes it possible to obtain lower detection limits than in static mode. The adsorption is preferably carried out by a flow perpendicular to the adsorbent matrix, under a constant temperature, which can for example be normalized at 20 ° C., for a duration of the order of 8 minutes, and with a constant speed. circulating air.
Si certains paramètres sont faciles à contrôler, il n'en est pas de même pour la vitesse et la direction du flux. En effet, la vitesse de renouvellement de l'air d'une salle blanche a beau être fixée, souvent autour de 0,4 m/s, la présence d'obstacles comme les outils de production génère inévitablement des turbulences. Il est ainsi impossible d'obtenir un prélèvement répétable si la fibre est exposée directement à l'atmosphère. If some parameters are easy to control, it is not the same for the speed and direction of the flow. Indeed, the air renewal rate of a clean room can be fixed, often around 0.4 m / s, the presence of obstacles such as production tools inevitably generates turbulence. It is thus impossible to obtain a repeatable sampling if the fiber is exposed directly to the atmosphere.
L'invention propose un système de prélèvement comprenant un réservoir dans lequel le flux d'air est contrôlé et où le système d'extraction peut être localisé. The invention proposes a sampling system comprising a reservoir in which the airflow is controlled and where the extraction system can be located.
De façon avantageuse, le dispositif de prélèvement selon l'invention est facile à transporter, par exemple de dimensions de l'ordre d'une valise (50 x 50 x 25 cm), de façon à pouvoir être utilisé dans différentes salles blanches d'une même unité de production, ainsi qu'en différents endroits, même peu accessibles, d'une même pièce. Advantageously, the sampling device according to the invention is easy to transport, for example of dimensions of the order of a suitcase (50 x 50 x 25 cm), so as to be used in different clean rooms. the same production unit, as well as in different places, even if they are not very accessible, in the same room.
Dans un premier mode de réalisation, le dispositif permet l'utilisation de seringues SPME standard, et le stockage d'échantillons avant analyse. La configuration du dispositif peut par ailleurs être miniaturisée, comme par exemple dans le deuxième mode de réalisation. In a first embodiment, the device allows the use of standard SPME syringes, and the storage of samples before analysis. The configuration of the device can also be miniaturized, as for example in the second embodiment.
Dans le mode de réalisation schématisé en figure 2, le dispositif 10 comprend un réservoir 12 dans lequel des seringues 1 telles que schématisées sur la figure 1 peuvent par exemple être connectées. Le réservoir 12 est avantageusement sous forme d'un tube en verre de longueur 20 à 50 cm pour un diamètre de l'ordre de 2 à 5 cm: le rapport longueur sur diamètre est déterminé de façon à pouvoir permettre un écoulement laminaire d'un flux gazeux, c'est-à-dire ayant un profil de vitesse plat à l'intérieur du réservoir 12; avantageusement, le rapport longueur sur diamètre est supérieur à 10. In the embodiment shown schematically in Figure 2, the device 10 comprises a reservoir 12 in which syringes 1 as shown schematically in Figure 1 may for example be connected. The reservoir 12 is advantageously in the form of a glass tube of length 20 to 50 cm for a diameter of the order of 2 to 5 cm: the length to diameter ratio is determined so as to allow a laminar flow of a gas flow, that is to say having a flat speed profile inside the tank 12; advantageously, the length to diameter ratio is greater than 10.
L'air circule dans le tube 12 entre une première partie d'extrémité 14 totalement ouverte et un orifice de sortie 16 localisé dans une deuxième partie d'extrémité 18. Dans le volume défini entre la première et la deuxième parties d'extrémités 14, 18, le flux d'air est maintenu constant et homogène, tant en vitesse qu'en direction. A cette fin, un premier conduit 20 relie l'orifice de sortie 16 à une pompe 22. Sur ce premier conduit 20 se trouvent des moyens 24 pour déterminer le débit de gaz s'écoulant dans le tube 12, avantageusement sous forme d'un orifice calibré sur lequel un capteur de pression différentiel permet de recalculer le débit d'air en régime subsonique par la lecture de la pression différentielle. The air flows in the tube 12 between a first fully open end portion 14 and an outlet orifice 16 located in a second end portion 18. In the volume defined between the first and the second end portions 14, 18, the air flow is kept constant and homogeneous, both in speed and direction. For this purpose, a first duct 20 connects the outlet orifice 16 to a pump 22. On this first duct 20 there are means 24 for determining the flow rate of gas flowing in the tube 12, advantageously in the form of a calibrated orifice on which a differential pressure sensor makes it possible to recalculate the air flow in subsonic mode by reading the differential pressure.
De façon préférée, la pompe 22 est par ailleurs reliée par un deuxième conduit 26 directement à l'air ambiant, si possible par l'intermédiaire d'une vanne de régulation 28 qui permet le réglage du débit à l'intérieur du réservoir 12 en partageant le flux d'air total entre celui passant dans le réservoir 12 et celui passant par le conduit 26 sur lequel elle est montée. Preferably, the pump 22 is also connected by a second duct 26 directly to the ambient air, if possible via a control valve 28 which allows the flow rate inside the tank 12 to be regulated. sharing the total air flow between the one passing in the tank 12 and the one passing through the duct 26 on which it is mounted.
De préférence, la pompe 22 est connectée à un filtre 30 en sortie pour éviter le rejet dans la salle blanche de particules. Preferably, the pump 22 is connected to a filter 30 at the outlet to prevent rejection into the clean room of particles.
La pompe 22 génère un flux tel que la vitesse dans le tube 12 entre les deux parties d'extrémité 14, 18 soit constante. De préférence, pour des expériences en salle blanche et pour que le dispositif 10 soit de taille compatible avec son transport, la vitesse peut par exemple être fixée à 0, 4 m/s environ. The pump 22 generates a flow such that the speed in the tube 12 between the two end portions 14, 18 is constant. Preferably, for experiments in the clean room and for the device 10 to be of a size compatible with its transport, the speed may for example be set at about 0.4 m / s.
Le dispositif 10 peut également comprendre des moyens pour déterminer d'autres paramètres du gaz circulant et au sein duquel les composés extraits sont présents: un hygromètre H, un thermomètre T,... peuvent être localisés sur le premier conduit 20, le deuxième conduit 26 et/ou dans l'atmosphère entourant le dispositif 10. Des moyens 32 permettent de visualiser et/ou d'enregistrer les différents paramètres mesurés. The device 10 can also comprise means for determining other parameters of the circulating gas and in which the extracted compounds are present: a hygrometer H, a thermometer T,... Can be located on the first conduit 20, the second conduit. And / or in the atmosphere surrounding the device 10. Means 32 make it possible to display and / or record the various measured parameters.
Afin de permettre l'extraction des composés, des moyens 34 sont prévus dans les parois du tube 12 délimitant le volume au sein duquel le flux est contrôlé, c'est-à-dire entre les deux parties d'extrémité 14, 18. Ces moyens sont avantageusement composés d'au moins un port 34 étanche, scellé par exemple par un septum 36, qui peut être percé par une seringue 1 telle que celle de la figure 1, tout en conservant son étanchéité. Les ports 34 sont tels que la seringue 1 est dirigée perpendiculairement à l'axe du tube 12, et donc au flux d'air généré dans le dispositif 10. Avantageusement, deux ports 34, 34' diamétralement opposés permettent de réaliser simultanément deux extractions: une telle localisation permet d'assurer que le flux est le même sur chaque fibre 2. Les seringues 1 peuvent être identiques pour vérifier la reproductibilité de la mesure, ou de natures différentes, c'est-à-dire comprenant des adsorbants différents, pour extraire différents composés. Un nombre supérieur de ports 34 peut être choisi, les ports étant alors avantageusement localisés sur une même circonférence perpendiculaire à l'axe du tube 12. Il est souhaitable que le diamètre du tube 12 soit supérieur à deux fois la longueur du film 5 de la fibre 2 de la seringue 1 de façon à éviter tout problème de positionnement. In order to allow the extraction of the compounds, means 34 are provided in the walls of the tube 12 defining the volume within which the flow is controlled, that is to say between the two end portions 14, 18. These means are advantageously composed of at least one sealed port 34, sealed for example by a septum 36, which can be pierced by a syringe 1 such as that of Figure 1, while maintaining its seal. The ports 34 are such that the syringe 1 is directed perpendicularly to the axis of the tube 12, and therefore to the flow of air generated in the device 10. Advantageously, two ports 34, 34 'diametrically opposite allow for two simultaneous extractions: such a location makes it possible to ensure that the flux is the same on each fiber 2. The syringes 1 can be identical to check the reproducibility of the measurement, or of different natures, that is to say comprising different adsorbents, for extract different compounds. A greater number of ports 34 may be chosen, the ports then being advantageously located on the same circumference perpendicular to the axis of the tube 12. It is desirable for the diameter of the tube 12 to be greater than twice the length of the film 5 of the fiber 2 of the syringe 1 so as to avoid any problem of positioning.
Le dispositif 10 peut être utilisé de la façon suivante: on positionne d'abord le dispositif 10 à un endroit où on désire mesurer la contamination. La pompe 22 est ensuite mise en route. On vérifie par l'intermédiaire des moyens de contrôle 32 les différents paramètres, et notamment la stabilisation du débit, grâce au capteur de pression différentiel 24, qui intervient après un délai par exemple de l'ordre de 15 minutes. Des seringues SPME 1 sont mises en place dans les orifices 34. The device 10 can be used as follows: the device 10 is first positioned at a place where it is desired to measure the contamination. The pump 22 is then started. The various parameters, and in particular the stabilization of the flow rate, are verified by means of the control means 32 by means of the differential pressure sensor 24, which intervenes after a delay, for example of the order of 15 minutes. SPME syringes 1 are placed in the orifices 34.
Lorsque la stabilisation est établie, on actionne le ressort 3 pour sortir les fibres 2 et donc mettre en contact le flux d'air avec l'adsorbant 6, 7. When the stabilization is established, the spring 3 is actuated to remove the fibers 2 and thus bring the air flow into contact with the adsorbent 6, 7.
Après le délai d'adsorption, par exemple 8 min, on actionne le ressort 3 pour rentrer et isoler la fibre 2. After the adsorption delay, for example 8 min, the spring 3 is actuated to enter and isolate the fiber 2.
On peut renouveler l'extraction par la mise en place successive d'autres systèmes 1. Les composés adsorbés peuvent ensuite, de façon classique, être analysés, par exemple par chromatographie, après désorption hors de la matrice 6, 7. The extraction can be repeated by the successive introduction of other systems 1. The adsorbed compounds can then, in a conventional manner, be analyzed, for example by chromatography, after desorption out of the matrix 6, 7.
Le dispositif selon l'invention peut faire l'objet d'un autre mode de réalisation, tel que schématisé en figures 3, permettant une adaptation directe sur un équipement analytique comme un chromatographe en phase gazeuse. The device according to the invention may be the subject of another embodiment, as shown diagrammatically in FIGS. 3, allowing direct adaptation to analytical equipment such as a gas chromatograph.
Dans cet autre dispositif 40, le volume du réservoir 42 dans lequel le flux est constant est délimité par deux parties d'extrémité fermées 44, 46. Le prélèvement de l'air ambiant se fait en utilisant de préférence un système Venturi 48, par aspiration par un gaz vecteur qui peut être utilisé également pour l'analyse chromatographique. In this other device 40, the volume of the reservoir 42 in which the flow is constant is delimited by two closed end portions 44, 46. The ambient air is preferably sampled using a Venturi 48 system, by suction by a carrier gas which can also be used for chromatographic analysis.
Le gaz contenant le composé d'intérêt à extraire alimente le dispositif de prélèvement 40 par un jeu de clarinette : l'orifice d'entrée 50 du réservoir 42 est découplé par un système comprenant des conduites 52 qui tapissent une des parois 54 d'extrémité du dispositif 40. Avantageusement, quatre conduites parallèles traversent la paroi 54 du réservoir 42. Ces conduites 52 sont percées d'orifices 56 de sortie de gaz; le diamètre des orifices 56 est déterminé pour que le gaz ait une vitesse identique à chacun: référence est faite au document FR-A-2 713 952 pour plus de précisions sur le dimensionnement. The gas containing the compound of interest to be extracted feeds the sampling device 40 by a set of clarinets: the inlet 50 of the tank 42 is decoupled by a system comprising pipes 52 which line one of the end walls 54 of the device 40. Advantageously, four parallel pipes pass through the wall 54 of the tank 42. These pipes 52 are pierced with orifices 56 of gas outlet; the diameter of the orifices 56 is determined so that the gas has a speed identical to each: reference is made to the document FR-A-2713952 for more details on the dimensioning.
Par exemple, le réservoir 42 peut être de dimensions 3 cm x 3 cm x 3 cm, avec des parois en métal électropoli; l'alimentation peut se faire par un orifice d'entrée 50 de 10 mm de diamètre auquel sont couplées 4 conduites 52 de 2,8 cm de long et percées chacune de 10 orifices 56 d'environ 1 mm de diamètre. For example, the reservoir 42 may be of dimensions 3 cm x 3 cm x 3 cm, with electropolished metal walls; the supply can be made by an inlet port 50 of 10 mm in diameter to which are coupled 4 pipes 52 2.8 cm long and each pierced with 10 orifices 56 of about 1 mm in diameter.
Le gaz traverse ensuite une paroi poreuse 58 destinée à créer un effet piston permettant d'obtenir un profil de vitesse identique sur toute la surface de la paroi poreuse 58. Des plaques 60 recouvertes de polymère adsorbant, par exemple de même type que la phase adsorbante qui imprègne les fibres SPME précitées (CarboxenTM, polydimethylsiloxane PDMS, TenaxTM, The gas then passes through a porous wall 58 intended to create a piston effect making it possible to obtain an identical velocity profile over the entire surface of the porous wall 58. Plates 60 coated with adsorbent polymer, for example of the same type as the adsorbent phase which impregnates the aforementioned SPME fibers (CarboxenTM, polydimethylsiloxane PDMS, TenaxTM,
.), vont extraire le composé d'intérêt du gaz. Avantageusement, une deuxième paroi poreuse 62 localisée avant l'orifice de sortie 64 permet d'éviter les turbulences au sein du volume délimité entre la première partie d'extrémité 44 et la deuxième 46...DTD: Les plaques 60 sont de préférence fabriquées de façon à pouvoir être désorbées in situ, c'est-à-dire dans le réservoir 42. Avantageusement, les plaques 60 sont composées de deux couches 66 de matériau adsorbant encadrant un support 68 comprenant un filament chauffant 70, la désorption se fait grâce à une montée rapide en température du filament 70. .), will extract the compound of interest from the gas. Advantageously, a second porous wall 62 located before the outlet orifice 64 makes it possible to avoid turbulence within the volume delimited between the first end portion 44 and the second end 46. DTD: The plates 60 are preferably manufactured so as to be desorbed in situ, that is to say in the tank 42. Advantageously, the plates 60 are composed of two layers 66 of adsorbent material surrounding a support 68 comprising a heating filament 70, the desorption is done through at a rapid rise in temperature of the filament 70.
A la sortie du dispositif de prélèvement 40, une vanne trois voies 72 permet de diriger le gaz: lors de la phase de prélèvement, le gaz de sortie est dirigé à l'atmosphère. Pendant la phase de désorption, la vanne 72 est fermée, tout comme la vanne d'entrée 74 du gaz: le réservoir 42 est isolé. Ensuite, la vanne 72 est ouverte de façon à diriger le composé qui a été extrait puis désorbé et mélangé au gaz vecteur vers un système d'analyse 76, par exemple un GC/MS. Avantageusement, l'ensemble composé du dispositif 40 et du système d'analyse 76 est portable. At the outlet of the sampling device 40, a three-way valve 72 makes it possible to direct the gas: during the sampling phase, the output gas is directed to the atmosphere. During the desorption phase, the valve 72 is closed, just like the inlet valve 74 of the gas: the tank 42 is isolated. Then, the valve 72 is opened to direct the compound that has been extracted and then desorbed and mixed with the carrier gas to an analysis system 76, for example a GC / MS. Advantageously, the set composed of the device 40 and the analysis system 76 is portable.
Cette deuxième technique a l'avantage d'être entièrement automatisable ce qui évite les erreurs humaines. Elle élimine également le problème de la fragilité de la fibre SPME 2 de la figure 1. Enfin, le couplage du dispositif de prélèvement 40 à un système d'analyse 76, par exemple portable, permet de réaliser des analyses sur site sans risques de détérioration des échantillons. This second technique has the advantage of being fully automatable which avoids human errors. It also eliminates the problem of the fragility of the SPME fiber 2 of FIG. 1. Finally, the coupling of the sampling device 40 to an analysis system 76, for example portable, makes it possible to carry out on-site analyzes without risk of deterioration. some samples.
Des expériences ont montré que la variation des teneurs mesurées sur des prélèvements effectués sur deux fibres SPME utilisées de manière simultanée était inférieure à 15 %, à comparer aux 100 % des systèmes testés par fibres SPME exposées directement au flux supposé unidirectionnel. Experiments have shown that the variation of the levels measured on samples taken on two SPME fibers used simultaneously was less than 15%, compared to 100% of the systems tested by SPME fibers exposed directly to the supposed unidirectional flow.
Par exemple, pour la N-méthyl-2-pyrrolidone NMP, composé connu pour être difficilement quantifiable par la méthode classique d'adsorption sur des tubes TenaxTM puisqu'une désorption thermique en deux étapes est nécessaire après le prélèvement, des variations inférieures à 10 % ont été mesurées. Il faut noter que par ailleurs le procédé habituel nécessite en outre un piège cryogénique de refocalisation des composés sur un piège froid, ce qui augmente grandement la possibilité de perte d'échantillon, inconvénient supprimé par la méthode selon l'invention. For example, for N-methyl-2-pyrrolidone NMP, a compound known to be difficult to quantify by the conventional method of adsorption on TenaxTM tubes since a two-stage thermal desorption is necessary after sampling, variations less than 10 % were measured. It should be noted that, moreover, the usual method also requires a cryogenic trap for refocusing the compounds on a cold trap, which greatly increases the possibility of sample loss, a disadvantage eliminated by the method according to the invention.
Bien entendu, il est possible de combiner les modes de réalisation, et par exemple de disposer de plaques 60 amovibles dans le deuxième mode de réalisation. Of course, it is possible to combine the embodiments, and for example to have plates 60 removable in the second embodiment.
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