FR2881227A1 - Mass spectrometer calibrating method for motor vehicle, involves establishing linear relation of constants or gradients to create curves of ratios of masses of sulfur dioxide and oxygen ions in function of sulfur dioxide concentration - Google Patents

Mass spectrometer calibrating method for motor vehicle, involves establishing linear relation of constants or gradients to create curves of ratios of masses of sulfur dioxide and oxygen ions in function of sulfur dioxide concentration Download PDF

Info

Publication number
FR2881227A1
FR2881227A1 FR0550217A FR0550217A FR2881227A1 FR 2881227 A1 FR2881227 A1 FR 2881227A1 FR 0550217 A FR0550217 A FR 0550217A FR 0550217 A FR0550217 A FR 0550217A FR 2881227 A1 FR2881227 A1 FR 2881227A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
sulfur dioxide
oxygen
mass spectrometer
concentration
ratio
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.)
Granted
Application number
FR0550217A
Other languages
French (fr)
Other versions
FR2881227B1 (en
Inventor
Sebastien Messe
Alain Blanc
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.)
PSA Automobiles SA
Original Assignee
Peugeot Citroen Automobiles SA
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 Peugeot Citroen Automobiles SA filed Critical Peugeot Citroen Automobiles SA
Priority to FR0550217A priority Critical patent/FR2881227B1/en
Publication of FR2881227A1 publication Critical patent/FR2881227A1/en
Application granted granted Critical
Publication of FR2881227B1 publication Critical patent/FR2881227B1/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/0009Calibration of the apparatus

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)

Abstract

The method involves measuring ratios, between masses of ions of sulfur dioxide and oxygen, on respective gas check samples to obtain constants or gradients. A linear relation representing the evolution of constants or gradients with respect to oxygen rates is established to establish calibrating curves providing the evolution of dimensionless ratios of the masses in function of sulfur dioxide concentration, for a given oxygen rate. Independent claims are also included for the following: (A) a method for evaluating oil consumption of an engine by tracing sulfur dioxide using a mass spectrometer (B) a device for calibrating a mass spectrometer.

Description

PROCEDE D'ETALONNAGE D'UN SPECTROMETRE DE MASSE, DISPOSITIF POUR SA MISEMETHOD FOR CALIBRATING A MASS SPECTROMETER, DEVICE FOR IMPLEMENTING IT

EN UVRE ET, APPLICATION AU TRAÇAGE DU DIOXYDE DE SOUFRE DANS L'EVALUATION DE LA CONSOMMATION D'HUILE D'UN  IN THE EVENT OF AND APPLICATION TO THE TRACING OF SULFUR DIOXIDE IN THE EVALUATION OF THE OIL CONSUMPTION OF A

MOTEUR.ENGINE.

La présente invention concerne un procédé d'étalonnage d'un spectromètre de masse, et un dispositif de spectrométrie de masse pour la mise en oeuvre du procédé, ainsi que l'application du procédé et du dispositif au traçage du dioxyde de soufre dans l'évaluation de la consommation d'huile d'un moteur.  The present invention relates to a method of calibrating a mass spectrometer, and a mass spectrometry device for carrying out the method, as well as to the application of the method and the device to the tracing of sulfur dioxide in the evaluation of the oil consumption of an engine.

La spectrométrie de masse trouve ses applications dans les domaines les plus variés, tels l'analyse des gaz, l'analyse structurale des composés organiques, l'analyse qualitative et quantitative de mélanges, ou l'analyse (lu degré d'abondance d'isotopes ou encore l'analyse d'impuretés, de profils de concentration, etc. Un spectromètre de masse est un appareil d'analyse physico-chimique, qui permet l'étude des ions ou des molécules chargées formés à partir d'un échantillon dans des conditions appropriées.  Mass spectrometry has applications in the most varied fields, such as gas analysis, structural analysis of organic compounds, qualitative and quantitative analysis of mixtures, or analysis of the degree of abundance. isotopes or the analysis of impurities, concentration profiles, etc. A mass spectrometer is a physico-chemical analysis device, which allows the study of ions or charged molecules formed from a sample in appropriate conditions.

Un spectromètre de masse comprend quatre éléments essentiels: - un système de prélèvement et de transport de l'échantillon vers la source d'ions; une source d'ions qui produit des ions à partir de la source à analyser, les accélère et en forme un faisceau; - un analyseur qui, au moyen de combinaisons variées de champs électriques et magnétiques, sépare les espèces ioniques en faisceaux distincts qu'il filtre, selon le rapport m/e de leur masse m à leur charge e; - un détecteur qui met en évidence la présence d'ions et informe sur leur abondance.  A mass spectrometer consists of four essential elements: - a sample collection and transport system from the sample to the ion source; an ion source that produces ions from the source to be analyzed, accelerates them and forms a beam; an analyzer which, by means of various combinations of electric and magnetic fields, separates the ionic species into distinct beams which it filters, according to the ratio m / e of their mass m to their charge e; - a detector that highlights the presence of ions and informs about their abundance.

De manière générale, on introduit l'échantillon (molécules, atomes) sous forme gazeuse dans la source d'ions ou chambre à ionisation. Les gaz de l'échantillon sont ionisés par impact d'électrons. Les atomes sont ainsi chargés électriquement en ions positifs ou négatifs, à savoir cations ou anions, qui peuvent, contrairement aux particules électriquement neutres, être mises en mouvement par un champ électrique et déviées par un champ magnétique.  In general, the sample (molecules, atoms) in gaseous form is introduced into the ion source or ionization chamber. The gases in the sample are ionized by electron impact. The atoms are thus electrically charged with positive or negative ions, namely cations or anions, which, unlike the electrically neutral particles, can be set in motion by an electric field and deflected by a magnetic field.

Les ions sont accélérés par une différence de potentiel créée par un champ électrique. Leur vitesse dépend de la masse, de la charge et de la 10 tension.  The ions are accelerated by a potential difference created by an electric field. Their speed depends on the mass, the load and the voltage.

Les ions pénètrent dans l'analyseur occupé par un champ magnétique afin d'être séparés. Leur trajectoire est déviée sous l'action de la force due au champ magnétique. Ils décrivent une trajectoire circulaire dont le rayon dépend de la masse de l'ion, et heurtent en fin de trajectoire une pellicule photographique sur laquelle ils laissent une trace.  The ions enter the analyzer occupied by a magnetic field in order to be separated. Their trajectory is deflected under the action of the force due to the magnetic field. They describe a circular trajectory whose radius depends on the mass of the ion, and strike at the end of the trajectory a photographic film on which they leave a trace.

L' étalonnage est une étape fondamentale préalable à toute mesure expérimentale. Il s'agit de déterminer la relation existant entre les indications du spectromètre de masse et les valeurs de la grandeur à mesurer, par comparaison avec un étalon, qui est un échantillon de gaz dont on connaît parfaitement les valeurs à mesurer. L'étalonnage permet de prendre en compte dans la mesure les conditions d'essais (température ambiante, hygrométrie, etc.). Le gaz étalon, dont on connaît parfaitement la concentration des différentes espèces qui le constituent, est désigné SPAN .  Calibration is a fundamental step prior to any experimental measurement. It is a matter of determining the relation between the indications of the mass spectrometer and the values of the quantity to be measured, by comparison with a standard, which is a gas sample whose values to be measured are perfectly known. The calibration makes it possible to take into account in the measurement the test conditions (ambient temperature, hygrometry, etc.). The standard gas, the concentration of which is well known, is called SPAN.

De manière générale, connue en soi de l'art antérieur, un tel étalonnage requiert un ensemble complet de manipulations et de nombreuses mesures. Des dilutions de N2, SO2 et 02 issues de bouteilles étalons sont effectuées afin de voir quelle est l'évolution respective du nombre de coups par seconde de SO2 et de 02 mesurés par le spectromètre de masse en fonction de la concentration en 02. On fait varier les débits de gaz de trois bouteilles étalons (SO2, 02, N2) en conservant un débit total constant. Le débit d'02 est constant pour travailler à iso concentration de 02. Le spectromètre de masse mesure ensuite le nombre de coups par seconde de S02 et 02. On établit une première série de courbes du nombre de coups par seconde de S02 en fonction de la concentration, mesurée en ppm (par ppm , on désigne dans le présent texte l'unité de proportion partie par million ) de S02, chaque courbe étant établie pour une concentration de 02 donnée. On établit une seconde série de courbes du nombre de coups par seconde de 02 en fonction de la concentration, mesurée en ppm, de S02, chaque courbe étant établie pour une concentration de 02 donnée.  In general, known per se from the prior art, such a calibration requires a complete set of manipulations and many measurements. Dilutions of N2, SO2 and O2 from standard bottles are carried out in order to see what is the respective evolution of the number of strokes per second of SO2 and O2 measured by the mass spectrometer as a function of the concentration in O2. vary the gas flow rates of three standard bottles (SO2, 02, N2) while maintaining a constant total flow rate. The flow rate of 02 is constant to work at iso concentration of 02. The mass spectrometer then measures the number of strokes per second of S02 and 02. We establish a first series of curves of the number of strokes per second of SO 2 as a function of the concentration, measured in ppm (ppm, in the present text refers to the proportion unit-per-million units) of SO 2, each curve being set for a given concentration of O 2. A second series of curves of the number of strokes per second of O 2 is established as a function of the concentration, measured in ppm, of SO 2, each curve being established for a given concentration of O 2.

D'une part, une telle procédure réalisée à chaque début de nouvelle mesure ou expérience est d'une relative complexité, et augmente 15 considérablement la durée du protocole d'étalonnage.  On the one hand, such a procedure performed at the beginning of each new measurement or experiment is of a relative complexity, and considerably increases the duration of the calibration protocol.

D'autre part, les deux séries de courbes obtenues ne présentent pas un parallélisme, qui faciliterait l'extrapolation, et donc l'étalonnage.  On the other hand, the two series of curves obtained do not have a parallelism, which would facilitate the extrapolation, and thus the calibration.

Mais surtout, il apparaît que sur des mélanges composés de dioxyde de soufre (SO2) dilués sur des taux d'oxygène (02) plus ou moins importants la réponse du spectromètre évolue en fonction du taux d'oxygène présent.  But above all, it appears that in mixtures composed of sulfur dioxide (SO2) diluted with oxygen levels (02) more or less important the response of the spectrometer evolves according to the level of oxygen present.

De même il apparaît que la réponse de 02 est fortement dépendante de la présence de SO2.  Similarly, it appears that the response of 02 is strongly dependent on the presence of SO2.

C'est un phénomène d'interaction S02/O2.  This is an S02 / O2 interaction phenomenon.

Ce phénomène est imputé à une réaction d'échange de charges entre S02 et 02 au sein même de l'analyseur de la forme: SO2+ + 02 S02 + 02+ S02 + 02+ -i S02+ + 02 On a donc: [S02+l=f([02l) [02+1=f ([S02]) A titre d'exemple, lors d'une mesure de consommation d'huile en mécanique automobile, toute mesure de SO2 (traçage de consommation d'essence, dépollution, ...) par spectrométrie de masse en présence d'02 sera confrontée à cette difficulté.  This phenomenon is attributed to a charge exchange reaction between SO2 and O2 within the analyzer of the form: SO2 + + 02 SO2 + 02+ SO2 + 02+ -i SO2 + + 02 We have: [SO2 + For example, when measuring oil consumption in automobile mechanics, any measurement of SO2 (fuel consumption depollution, ...) by mass spectrometry in the presence of 02 will face this difficulty.

Le but de la présente invention est de mettre en oeuvre un nouveau procédé d'étalonnage d'un spectromètre de masse qui, d'une part, tienne compte et résolve cette difficulté de mesure et d'interprétation due à l'interaction entre S02 et 02 au niveau du système de détection, et, d'autre part, ne nécessite pas, à chaque début de nouvelle expérience, de réaliser l'ensemble des faisceaux de courbes mentionnés précédemment. Par conséquent, il s'agit de fournir un nouveau procédé d'étalonnage qui permette d[e tirer la relation liant la concentration de SO2 et le taux de 02, et ce afin de limiter la complexité et surtout la durée du protocole d'étalonnage.  The aim of the present invention is to implement a new calibration method of a mass spectrometer which, on the one hand, takes into account and resolves this difficulty of measurement and interpretation due to the interaction between S02 and 02 at the level of the detection system, and, secondly, does not require, at each beginning of new experience, to achieve all of the previously mentioned curves beams. Therefore, it is a question of providing a new calibration method which makes it possible to draw the relation linking the concentration of SO2 and the rate of 02, in order to limit the complexity and especially the duration of the calibration protocol .

De manière plus précise, le but de la présente invention est de fournir un procédé sûr qui permette d'estimer la concentration de SO2 quelque soit le taux d'oxygène présent et de réaliser ensuite la correction nécessaire à la mesure du SO2 pour prendre en compte l'influence de l'O2.  More precisely, the object of the present invention is to provide a safe method which makes it possible to estimate the concentration of SO2 whatever the oxygen content present and then to carry out the correction necessary for the measurement of SO 2 to take into account the influence of O2.

Pour atteindre ce but, le procédé selon la présente invention comporte lies étapes suivantes: - on effectue, sur un premier échantillon étalon de gaz, une première mesure par ledit spectromètre de masse du rapport adimensionnel entre les masses d'ions de dioxyde de soufre et d'oxygène par unité de temps, ce qui permet d'obtenir une première constante ou pente (Pl) de la relation linéaire entre ledit rapport et la concentration de dioxyde de soufre, pour un taux d'oxygène connu dans ledit premier échantillon étalon, - on effectue, sur un second échantillon étalon de gaz ayant un taux d'oxygène différent dudit premier échantillon étalon, une seconde mesure par ledit spectromètre de masse du rapport adimensionnel entre les masses d'ions de dioxyde de soufre et d'oxygène par unité de temps, ce qui permet d'obtenir une seconde constante ou pente (P2) de la relation linéaire entre ledit rapport et la concentration de dioxyde de soufre, - on établit, en conséquence, la relation linéaire représentative de l'évolution de ladite constante ou pente par rapport au taux d'oxygène, ce qui permet d'établir sans mesure additionnelle le faisceau de courbes d'étalonnage donnant chacune l'évolution du rapport adimensionnel des masses d'ions de dioxyde de soufre et d'oxygène par unité de temps en fiDnction de la concentration de dioxyde de soufre pour un taux d'oxygène donné.  To achieve this goal, the method according to the present invention comprises the following steps: - is carried out, on a first gas standard sample, a first measurement by said mass spectrometer of the dimensionless ratio between the sulfur dioxide ion masses and oxygen per unit of time, which makes it possible to obtain a first constant or slope (P1) of the linear relationship between said ratio and the concentration of sulfur dioxide, for a known oxygen level in said first standard sample, a second measurement by said mass spectrometer of the adimensional ratio between the masses of sulfur dioxide and oxygen ions per unit is carried out on a second standard sample of gas having an oxygen content different from said first standard sample; of time, which makes it possible to obtain a second constant or slope (P2) of the linear relationship between said ratio and the concentration of sulfur dioxide, it is established, accordingly, the linear relation representative of the evolution of said constant or slope with respect to the oxygen level, which makes it possible to establish, without additional measurement, the set of calibration curves each giving the evolution of the dimensionless ratio of the masses of ions of sulfur dioxide and oxygen per unit of time in order to determine the concentration of sulfur dioxide for a given oxygen level.

En variante, le procédé peut comporter, de plus, une ou plusieurs mesure(s) supplémentaire(s) par ledit spectromètre de masse de gaz échantillon(s) étalon(s) ayant un taux d'oxygène différent des taux d'oxygène desdites première et seconde mesures, ladite (ou lesdites) mesure(s) supplémentaire(s) mesurant le rapport adimensionnel entre les masses d'ions de dioxyde de soufre et d'oxygène par unité de temps, ce qui permet d'obtenir une (ou plusieurs) autre(s) constante(s) ou pente(s) de la relation linéaire entre ledit rapport et la concentration de dioxyde de soufre.  Alternatively, the method may comprise, in addition, one or more measurement (s) additional (s) by said standard gas sample gas spectrometer (s) having an oxygen level different from the oxygen levels of said first and second measurements, said (or more) additional measurement (s) measuring the dimensionless ratio between the sulfur dioxide and oxygen ion masses per unit of time, which makes it possible to obtain one (or more) several other constant (s) or slope (s) of the linear relationship between said ratio and the concentration of sulfur dioxide.

L'invention s'applique particulièrement bien à l'évaluation de la consommation d'huile d'un moteur par traçage du dioxyde de soufre, au moyen d'un spectromètre de masse. Dans cette application, le procédé comporte les étapes suivantes: - on étalonne le spectromètre de masse selon le procédé exprimé ci-dessus, de manière à obtenir le faisceau de droites donnant l'évolution du rapport adimensionnel entre la masse d'ions par unité de temps de dioxyde de soufre et la masse d'ions par unité de temps d'oxygène en fonction du nombre de la concentration de dioxyde de soufre pour un taux d'oxygène donné, - on mesure, par spectrométrie de masse, le nombre de coups/secondes de dioxyde de soufre, - on mesure, également par spectrométrie de masse, le nombre de coups/secondes d'oxygène, - on détermine le ratio entre le nombre de coups par secondes de dioxyde de soufre et le nombre de coups par secondes d'oxygène, - on mesure le taux d'oxygène, au moyen d'une sonde à oxygène, - on détermine la bonne droite parmi ledit faisceau de droites, en fonction du taux d'oxygène mesuré, - on obtient alors la concentration de dioxyde de soufre.  The invention is particularly applicable to the evaluation of the oil consumption of a motor by tracing sulfur dioxide, by means of a mass spectrometer. In this application, the process comprises the following steps: - the mass spectrometer is calibrated according to the method expressed above, so as to obtain the straight line beam giving the evolution of the dimensionless ratio between the mass of ions per unit of sulfur dioxide time and mass of ions per unit of oxygen time as a function of the number of sulfur dioxide concentration for a given oxygen level, - mass spectrometry is used to measure the number of strokes. Sulfur dioxide / second, the number of counts / seconds of oxygen is also measured by mass spectrometry, the ratio of the number of strokes per second of sulfur dioxide to the number of strokes per second is determined. of oxygen, the oxygen level is measured by means of an oxygen probe, the right line is determined among the said right bundle, as a function of the measured oxygen level, the concentration of sulphur dioxide.

L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, qui comporte: - un spectromètre de masse, - une sonde à oxygène à l'entrée du spectromètre de masse afin de mesurer le taux d'O2.  The invention also relates to a device for implementing the method according to the invention, which comprises: - a mass spectrometer, - an oxygen probe at the input of the mass spectrometer in order to measure the O 2 level.

- au moins un débitmètre au niveau de la chaîne de conditionnement, de manière à contrôler les quantités de gaz échantillon 20 étalon injectées dans le spectromètre de masse.  at least one flow meter at the level of the conditioning line, so as to control the quantities of standard sample gas injected into the mass spectrometer.

De manière préférentielle, ledit débitmètre est positionné en entrée du spectromètre de masse.  Preferably, said flow meter is positioned at the input of the mass spectrometer.

De manière plus préférentielle, lors d'une utilisation pour le traçage du dioxyde de soufre sur un banc d'évaluation de la consommation d'huile d'un moteur, ledit débitmètre est positionné en amont du four utilisé dans l'oxydation du soufre, cette solution ayant l'avantage d'économiser un débitmètre, il sert ainsi aussi à l'injection de l'oxygène en vue de 1"oxydation du soufre et des HC L'invention sera mieux comprise avec la description ci-après d'exemples de réalisation non limitatifs de l'objet de l'invention, accompagnés des dessins dans lesquels: Lai figure 1 est un faisceau de courbes représentant l'évolution du rapport adimensionnel entre le nombre de coups par seconde (masse des ions dans:l'unité de temps) du dioxyde de soufre et le nombre de coups par seconde de l'oxygène, en fonction de la concentration de dioxyde de soufre, chaque courbe étant représentative d'un taux d'oxygène.  More preferably, when used for the tracing of sulfur dioxide on an evaluation bench of the oil consumption of an engine, said flow meter is positioned upstream of the furnace used in the oxidation of sulfur, Since this solution has the advantage of saving a flow meter, it also serves for the injection of oxygen for the oxidation of sulfur and HC. The invention will be better understood with the following description of examples. non-limiting embodiment of the object of the invention, accompanied by the drawings in which: Lai FIG. 1 is a beam of curves representing the evolution of the adimensional ratio between the number of strokes per second (mass of the ions in: the unit time) of the sulfur dioxide and the number of counts per second of the oxygen, depending on the concentration of sulfur dioxide, each curve being representative of an oxygen level.

Lai figure 2 est un graphe de la courbe représentative de l'évolution 10 de la pente ou coefficient directeur des droites de la figure 1 en fonction du taux d'oxygène.  FIG. 2 is a graph of the curve representative of the evolution of the slope or coefficient governing the straight lines of FIG. 1 as a function of the oxygen level.

Lai figure 3 est le graphe de la figure 1, sur lequel figurent les deux points d'étalonnage, désignés 1 et 2.  FIG. 3 is the graph of FIG. 1, in which are shown the two calibration points designated 1 and 2.

Lai figure 4 est un graphe représentant le faisceau de droites qui donnent, chacune pour un taux d'oxygène donné, l'évolution du rapport adimensionnel [coups par secondes S02/ coups par secondes 02] en fonction de la concentration de SO2.  FIG. 4 is a graph representing the beam of straight lines which give, each for a given oxygen level, the evolution of the dimensionless ratio [counts per second S02 / counts per second 02] as a function of the concentration of SO2.

La demanderesse est parvenu à établir le résultat selon lequel l'évolution du rapport adimensionnel [coups par secondes S02/ coups par secondes 02] en fonction du nombre de ppm de SO2 pour une concentration en 02 donnée est régie par une relation linéaire, c'est-à-dire l'équation d'une droite.  The Applicant has succeeded in establishing the result according to which the evolution of the dimensionless ratio [counts per second S02 / counts per second 02] as a function of the number of ppm of SO2 for a given concentration of O2 is governed by a linear relationship, that is that is, the equation of a straight line.

L'ensemble de ces évolutions (en fonction du taux d'O2) décrit, en conséquence, un faisceau de droites, comme cela est représenté sur le dessin 25 de la figure 1.  All of these evolutions (as a function of the O 2 content) describe, consequently, a straight line, as shown in the drawing 25 of FIG.

Sur le dessin de la figure 1, sont représentées, à titre d'exemple de mise en oeuvre du procédé, les droites qui correspondent à cinq valeurs différentes du taux d'oxygène.  In the drawing of Figure 1, are shown, as an example of implementation of the method, the lines which correspond to five different values of the oxygen level.

Pour chaque taux d'oxygène, la Demanderesse a obtenu les valeurs suivantes du coefficient directeur de la droite (ou constante de la relation linéaire que représente la droite) : Taux d' Droite Equation de la 02 droite 0 % dl Y = 0,19498 X % d2 Y = 269, 71068 X % d3 Y = 515, 377753 X % d4 Y = 741,87827 X % d5 Y = 947, 96266 X Y étant l'ordonnée en ppm de dioxyde de soufre, X étant l'abscisse adimensionnelle du rapport entre le nombre de coups par seconde de dioxyde de soufre et le nombre de coups par seconde d'oxygène, mesurés par le spectromètre.  For each oxygen level, the Applicant obtained the following values of the directing coefficient of the straight line (or constant of the linear relation represented by the straight line): Straight Rate Equation of the straight line 0% dl Y = 0.19498 X% d2 Y = 269, 71068 X% d3 Y = 515, 377753 X% d4 Y = 741.87827 X% d5 Y = 947, 96266 XY being the ordinate in ppm of sulfur dioxide, X being the dimensionless abscissa the ratio of the number of strokes per second of sulfur dioxide to the number of counts per second of oxygen measured by the spectrometer.

On note que le coefficient directeur peut être considéré comme proportionnel au taux d'oxygène présent.  It is noted that the steering coefficient can be considered as proportional to the level of oxygen present.

Les droites passent obligatoirement par le point 0 de croisement des axes des abscisses et des ordonnées.  The lines pass necessarily by the crossing point 0 of the abscissa and ordinate axes.

En reportant le coefficient directeur de chacune de ces droites en fonction du taux d'O2, on arrive à une relation quasiment linéaire.  By plotting the directing coefficient of each of these lines as a function of the O2 rate, we arrive at an almost linear relationship.

Simplement quatre mesures permettent d'évaluer correctement 1"équation de cette droite, représentée sur le dessin de la figure 2, et référencée D. Dans le présent exemple de mise en oeuvre du procédé selon 1"invention, la demanderesse a établi que les points de quatre mesures étaient liés par une équation de courbe voisine d'une droite.  Only four measurements make it possible to correctly evaluate the equation of this straight line, represented in the drawing of FIG. 2, and referenced D. In the present example of implementation of the method according to the invention, the Applicant has established that the points four measures were linked by a curve equation close to a straight line.

Cette droite passe obligatoirement par O. Elle répond, dans le présent exemple, à l'équation suivante: Y= 0,00420 X, dans laquelle X est le taux d'Oxygène, exprimé en %, et Y est la pente, comme indiqué précédemment.  This straight line passes by O. It answers, in the present example, to the following equation: Y = 0.00420 X, in which X is the Oxygen level, expressed in%, and Y is the slope, as indicated previously.

Le tableau ci-dessous donne les coordonnées des quatre points de mesure, à partir desquels est établie la droite D. En abscisses sont représentées les concentrations d'O2, et en ordonnées les pentes ou coefficients directeurs.  The table below gives the coordinates of the four measurement points, from which the straight line D is drawn. On the abscissa the concentrations of O2 are represented, and on the ordinate the slopes or coefficients.

Proportion 02 (%) Pente 0,023 0,044 0,063 0,081 On constate par ailleurs que le coefficient de corrélation vaut 1 lorsqu'on 10 réalise une interpolation polynomiale d'ordre 3.  Proportion 02 (%) Slope 0.023 0.044 0.063 0.081 It is also noted that the correlation coefficient is 1 when a third order polynomial interpolation is carried out.

La procédure d'étalonnage est donc basée sur la détermination de quelques points pris aux extrêmes (concentrations de SO2 les plus élevées) . Dans le cas minimum, un seul point est suffisant.  The calibration procedure is therefore based on the determination of some points taken at the extremes (highest SO2 concentrations). In the minimum case, a single point is sufficient.

On va maintenant décrire un exemple de mise en oeuvre de procédé d'échantillonnage selon l'invention, à titre d'exemple non limitatif de son objet, de manière à en exposer la simplicité et la rapidité par rapport au protocole d'étalonnage de l'art antérieur.  An example embodiment of a sampling method according to the invention will now be described, by way of non-limiting example of its object, in order to explain the simplicity and speed with respect to the calibration protocol of the invention. prior art.

Les points à mesurer sont, par exemple, les deux points suivants, désignés 1 et 2: Mesure du point 1: Echantillon de départ: Dilution SPAN SO2 / 02 comprenant 20% d'O2 et 20ppm de SO2.  The points to be measured are, for example, the following two points, designated 1 and 2: Measure of point 1: Starting sample: SPAN SO2 / 02 dilution comprising 20% O2 and 20 ppm SO2.

On mesure le nombre de coups/seconde de SO2 et de 02. On peut alors positionner le point 1 sur le graphe de la figure 1, ce que montre le dessin de la figure 3. Il s'agit d'une droite passant par l'origine O. La droite Dl est donc définie. On peut calculer la pente Pl de cette droite Dl. On peut alors positionner sur le graphe de la figure 2 le point référencé A, d'ordonnée Pl sur l'axe des ordonnées représentant la pente, et d'abscisse 20 sur l'axe des abscisses en % d'O2.  We measure the number of strokes / second of SO2 and 02. We can then position the point 1 on the graph of Figure 1, which shows the drawing of Figure 3. It is a line through the l origin O. The line D1 is therefore defined. The slope P1 of this line D1 can be calculated. It is then possible to position on the graph of FIG. 2 the point referenced A, of ordinate P1 on the ordinate axis representing the slope, and of abscissa 20 on the abscissa axis in% of O2.

Mesure du point 2: Echantillon de départ: Dilution SPAN SO2 / 02 comprenant 5% d'O2 et 20ppm de SO2.  Measurement of point 2: Starting sample: SPAN SO2 / 02 dilution comprising 5% O2 and 20 ppm SO2.

On mesure le nombre de coups/seconde de SO2 et de 02. On peut alors positionner le point 2 sur le graphe de la figure 1, comme cela est également montré sur le dessin de la figure 3. Il s'agit, comme pour le point 1, d'une droite passant par l'origine O. La droite D2 est donc définie. On peut alors positionner sur le graphe de la figure 2 le point référencé B, d'ordonnée P2 sur l'axe des ordonnées représentant la pente, et d'abscisse 5 sur l'axe des abscisses en % d'O2.  The number of strokes / second of SO2 and of 02 is measured. Point 2 can then be positioned on the graph of FIG. 1, as is also shown in the drawing of FIG. point 1, a line passing through the origin O. The line D2 is defined. It is then possible to position on the graph of FIG. 2 the point referenced B, of ordinate P2 on the ordinate axis representing the slope, and of abscissa 5 on the abscissa axis in% of O2.

Deux points suffisent pour tracer la droite D de la figure 2. On peut toutefois effectuer la mesure pour plusieurs points au-delà de deux. La connaissance de cette droite D permet de remonter au faisceau de courbes représenté sur le dessin de la figure 4, qui donne l'évolution du rapport adimensionnel [coups par secondes S02/ coups par secondes 02] en fonction du nombre de ppm de SO2 à iso [021. En effet, pour chaque taux de 02, on peut lire sur la figure 2 un coefficient directeur ou pente de la droite correspondante de la figure 4.  Two points are sufficient to draw the line D of FIG. 2. However, it is possible to measure for several points beyond two. The knowledge of this straight line D makes it possible to go back to the curve beam shown in the drawing of FIG. 4, which gives the evolution of the adimensional ratio [counts per second S02 / counts per second 02] as a function of the number of ppm from SO2 to iso [021. Indeed, for each rate of 02, we can read in Figure 2 a steering coefficient or slope of the corresponding line of Figure 4.

On a représenté, sur le graphe de la figure 4, 10 droites, chacune correspondant à une valeur du taux d'oxygène, de 1% à 10% d'O2.  On the graph of FIG. 4, 10 straight lines, each corresponding to a value of the oxygen content, are represented from 1% to 10% of O 2.

Avec une bouteille étalon à 300 ppm, ce procédé est valable pour les taux de ppm présentés (entre 0 et 20 ppm).  With a 300 ppm standard bottle, this process is valid for the ppm levels presented (between 0 and 20 ppm).

Un des intérêts de cette méthode est de pouvoir étalonner une mesure de SO2 de quelques ppm.  One of the advantages of this method is to be able to calibrate a SO2 measurement of a few ppm.

Comme indiqué précédemment, le procédé ainsi décrit trouve une application particulière donnée ici à titre d'exemple non limitatif de l'objet et des applications de la présente invention. On considère la mesure de SO2 lors d'une mesure de consommation d'huile d'un moteur de véhicule automobile. En phase d'essais moteurs, il est procédé comme suit: - on mesure, par spectrométrie de masse, le nombre de coups/secondes de S02, - on mesure, également par spectrométrie de masse, le nombre de coups/secondes de 02, on détermine le ratio entre le nombre de coups par secondes S02 et le nombre de coups par secondes 02, on mesure le taux d'oxygène, au moyen d'une sonde à oxygène, - on détermination la bonne droite parmi le faisceau de droites de la figure 4, chaque droite correspondant à un taux d'oxygène donné (exprimé en %), - on peut alors évaluer la concentration de SO2 en nombre de ppm de S02.  As indicated above, the method thus described finds a particular application given here by way of non-limiting example of the object and applications of the present invention. The measurement of SO2 is considered during an oil consumption measurement of a motor vehicle engine. In the engine testing phase, the following is carried out as follows: the number of strokes per second of SO.sub.2 is measured by mass spectrometry, the number of strokes per second of 02 is also measured by mass spectrometry, the ratio between the number of strokes per second S02 and the number of strokes per second 02 is determined, the oxygen level is measured by means of an oxygen probe, the right line is determined among the line of strokes. Figure 4, each line corresponding to a given oxygen level (expressed in%), - we can then evaluate the concentration of SO2 in ppm of SO2.

La présente invention concerne également un dispositif de spectrométrie de masse, qui comprend: - un spectromètre de masse, - une sonde à oxygène à l'entrée du spectromètre de masse afin de mesurer le taux d'O2.  The present invention also relates to a mass spectrometry device, which comprises: - a mass spectrometer, - an oxygen probe at the input of the mass spectrometer in order to measure the O 2 level.

- au moins un débitmètre au niveau de la chaîne de conditionnement, ce (ou ces) débitmètre(s) permet(tent) de contrôler les quantités de gaz SPAN étalon injectées dans le spectromètre de masse. Ils peuvent être positionnés à n'importe quel endroit de la chaîne de conditionnement mais préférentiellement: - soit directement en entrée du spectromètre de masse, soit en amont du four, cette solution ayant l'avantage d'économiser un débitmètre, il sert ainsi aussi à l'injection d'O2 en vue de l'oxydation du soufre et des HC.  at least one flow meter at the level of the conditioning line, this (or these) flow meter (s) makes it possible to control the quantities of standard SPAN gas injected into the mass spectrometer. They can be positioned anywhere in the packaging line but preferably: - either directly at the input of the mass spectrometer or upstream of the furnace, this solution having the advantage of saving a flow meter, it also serves with the injection of O2 for the oxidation of sulfur and HC.

Le procédé selon la présente invention permet l'étalonnage du spectromètre de masse pour réaliser une mesure de dioxyde de soufre en prenant en considération le problème de la dépendance réciproque des concentrations de SO2 et 02 à partir d'un nombre réduit de points de mesures.  The method according to the present invention allows calibration of the mass spectrometer to perform a sulfur dioxide measurement by taking into account the problem of mutual dependence of SO2 and O2 concentrations from a reduced number of measurement points.

Plusieurs campagnes de mesures basées sur des dilutions de bouteilles étalon SO2 / 02 / N2 ont permis de montrer les résultats obtenus.  Several measurement campaigns based on dilutions of standard bottles SO2 / 02 / N2 made it possible to show the results obtained.

L'exemple chiffré des mesures est donné à titre d'illustration du procédé, lequel est défini par les revendications annexées.  The numerical example of the measurements is given by way of illustration of the process, which is defined by the appended claims.

Claims (6)

REVENDICATIONS 1. Procédé d'étalonnage d'un spectromètre de masse, utilisé notamment dans la mesure de la concentration de dioxyde de soufre dans un mélange gazeux soumis à l'influence de la présence d'oxygène dans ses éléments constitutifs, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: - on effectue, sur un premier échantillon étalon de gaz, une première mesure par ledit spectromètre de masse du rapport entre les masses d'ions de dioxyde de soufre et d'oxygène par unité de temps, ce qui permet d'obtenir une première constante ou pente (Pl) de la relation linéaire entre ledit rapport et la concentration de dioxyde de soufre, pour un taux d'oxygène connu dans ledit premier échantillon étalon, - on effectue, sur un second échantillon étalon de gaz ayant un taux d'oxygène différent dudit premier échantillon étalon, une seconde mesure par ledit spectromètre de masse du rapport entre les masses d'ions de dioxyde de soufre et d'oxygène par unité de temps, ce qui permet d'obtenir une seconde constante ou pente (P2) de la relation linéaire entre ledit rapport et:la concentration de dioxyde de soufre, - on établit, en conséquence, la relation linéaire représentative de l'évolution de ladite constante ou pente par rapport au taux d'oxygène, ce qui permet d'établir sans mesure additionnelle le faisceau de courbes d'étalonnage donnant chacune l'évolution du rapport adimensionnel des masses d'ions de dioxyde de soufre et d'oxygène par unité de temps en fonction de la concentration de dioxyde de soufre pour un taux d'oxygène donné.  1. Method for calibrating a mass spectrometer, used in particular for measuring the concentration of sulfur dioxide in a gaseous mixture subjected to the influence of the presence of oxygen in its constituent elements, characterized in that it comprises the following steps: - a first measurement by said mass spectrometer of the ratio between the masses of sulfur dioxide and oxygen ions per unit of time is carried out on a first gas standard sample, which allows to obtain a first constant or slope (P1) of the linear relationship between said ratio and the concentration of sulfur dioxide, for a known oxygen level in said first standard sample, is carried out, on a second sample gas standard having a different oxygen level of said first standard sample, a second measurement by said mass spectrometer of the ratio of the sulfur dioxide and oxygen ion masses per unit of time, which allows to obtain a second constant or slope (P2) of the linear relationship between said ratio and: the concentration of sulfur dioxide, - the linear relationship representative of the evolution of said constant or slope with respect to at the oxygen rate, which makes it possible to establish, without additional measurement, the set of calibration curves each giving the evolution of the dimensionless ratio of the masses of sulfur dioxide and oxygen ions per unit of time as a function of the concentration of sulfur dioxide for a given oxygen level. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte, de plus, une ou plusieurs mesure(s) supplémentaire(s) par ledit spectromètre de masse de gaz échantillon(s) étalon(s) ayant un taux d'oxygène différent des taux d'oxygène desdites première et seconde mesures, ladite (ou lesdites) mesure(s) supplémentaire(s) mesurant le rapport entre les masses d'ions de dioxyde de soufre et d'oxygène par unité de temps, ce qui permet d'obtenir une (ou plusieurs) autre(s) constante(s) ou pente(s) de la relation linéaire entre ledit rapport et la concentration de dioxyde de soufre.  2. Method according to claim 1, characterized in that it comprises, in addition, one or more measurement (s) additional (s) by said gas mass spectrometer sample (s) standard (s) having a rate of oxygen other than the oxygen levels of said first and second measurements, said additional measurement (s) measuring the ratio of the sulfur dioxide and oxygen ion masses per unit of time, which allows to obtain one (or more) other constant (s) or slope (s) of the linear relationship between said ratio and the concentration of sulfur dioxide. 3. Procédé d'évaluation de la consommation d'huile d'un moteur par traçage du dioxyde de soufre, au moyen d'un spectromètre de masse, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: - on étalonne le spectromètre de masse selon le procédé de l'une quelconque des revendications 1 ou 2, de manière à obtenir le faisceau de droites donnant l'évolution du rapport adimensionnel entre la masse d'ions par unité de temps de dioxyde de soufre et la masse d'ions par unité de temps d'oxygène en fonction du nombre de la concentration de dioxyde de soufre pour un taux d'oxygène donné, - on mesure, par spectrométrie de masse, le nombre de 20 coups/secondes de dioxyde de soufre, - on mesure, également par spectrométrie de masse, le nombre de coups/secondes d'oxygène, - on détermine le ratio entre le nombre de coups par secondes de dioxyde de soufre et le nombre de coups par secondes d'oxygène, 25 on mesure le taux d'oxygène, au moyen d'une sonde à oxygène, - on détermine la bonne droite parmi ledit faisceau de droites, en fonction du taux d'oxygène mesuré, on obtient alors la concentration de dioxyde de soufre.  3. A method for evaluating the oil consumption of an engine by tracing sulfur dioxide by means of a mass spectrometer, characterized in that it comprises the following steps: - the mass spectrometer is calibrated according to the method of any one of claims 1 or 2, so as to obtain the straight line beam giving the evolution of the dimensionless ratio between the mass of ions per unit of time of sulfur dioxide and the mass of ions by unit of oxygen time as a function of the number of the sulfur dioxide concentration for a given oxygen level, the number of strokes per second of sulfur dioxide is measured by mass spectrometry; also by mass spectrometry, the number of strokes / seconds of oxygen, the ratio between the number of strokes per second of sulfur dioxide and the number of strokes per second of oxygen is determined, the rate of oxygen, by means of an oxygen sensor, determine the right line among said line of lines, depending on the measured oxygen level, the concentration of sulfur dioxide is then obtained. 4. Dispositif d'étalonnage d'un spectromètre de masse pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, 5 caractérisé en ce qu'il comprend: - un spectromètre de masse, -une sonde à oxygène à l'entrée du spectromètre de masse afin de mesurer le taux d'02.  4. Device for calibrating a mass spectrometer for carrying out the method according to any one of claims 1, 2 or 3, characterized in that it comprises: a mass spectrometer, a probe Oxygen at the entrance of the mass spectrometer to measure the rate of 02. - au moins un débitmètre au niveau de la chaîne de conditionnement, de 10 manière à contrôler les quantités de gaz échantillon étalon injectées dans le spectromètre de masse.  at least one flow meter at the level of the conditioning line, so as to control the quantities of standard sample gas injected into the mass spectrometer. 5. Dispositif d'étalonnage d'un spectromètre de masse selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit débitmètre est positionné en 15 entrée du spectromètre de masse.  5. Calibration device of a mass spectrometer according to claim 4, characterized in that said flow meter is positioned at the input of the mass spectrometer. 6. Dispositif d'étalonnage d'un spectromètre de masse selon la revendication 4, utilisé pour le traçage du dioxyde de soufre sur un banc d'évaluation de la consommation d'huile d'un moteur, caractérisé en ce que ledit débitmètre est positionné en amont du four utilisé dans l'oxydation du soufre.  6. Device for calibrating a mass spectrometer according to claim 4, used for the tracing of sulfur dioxide on an evaluation bench of the oil consumption of an engine, characterized in that said flow meter is positioned. upstream of the furnace used in the oxidation of sulfur.
FR0550217A 2005-01-25 2005-01-25 METHOD FOR CALIBRATING A MASS SPECTROMETER, DEVICE FOR IMPLEMENTING IT, AND APPLICATION TO TRACING SULFUR DIOXIDE IN EVALUATING THE OIL CONSUMPTION OF AN ENGINE Expired - Fee Related FR2881227B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0550217A FR2881227B1 (en) 2005-01-25 2005-01-25 METHOD FOR CALIBRATING A MASS SPECTROMETER, DEVICE FOR IMPLEMENTING IT, AND APPLICATION TO TRACING SULFUR DIOXIDE IN EVALUATING THE OIL CONSUMPTION OF AN ENGINE

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0550217A FR2881227B1 (en) 2005-01-25 2005-01-25 METHOD FOR CALIBRATING A MASS SPECTROMETER, DEVICE FOR IMPLEMENTING IT, AND APPLICATION TO TRACING SULFUR DIOXIDE IN EVALUATING THE OIL CONSUMPTION OF AN ENGINE

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FR2881227A1 true FR2881227A1 (en) 2006-07-28
FR2881227B1 FR2881227B1 (en) 2007-04-06

Family

ID=35045100

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR0550217A Expired - Fee Related FR2881227B1 (en) 2005-01-25 2005-01-25 METHOD FOR CALIBRATING A MASS SPECTROMETER, DEVICE FOR IMPLEMENTING IT, AND APPLICATION TO TRACING SULFUR DIOXIDE IN EVALUATING THE OIL CONSUMPTION OF AN ENGINE

Country Status (1)

Country Link
FR (1) FR2881227B1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2879140A (en) * 1955-03-18 1959-03-24 Phillips Petroleum Co Fluid blending
US3742213A (en) * 1971-01-28 1973-06-26 Franklin Gno Corp Apparatus and methods for detecting, separating, concentrating and measuring electronegative trace vapors

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2879140A (en) * 1955-03-18 1959-03-24 Phillips Petroleum Co Fluid blending
US3742213A (en) * 1971-01-28 1973-06-26 Franklin Gno Corp Apparatus and methods for detecting, separating, concentrating and measuring electronegative trace vapors

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JOST C ET AL: "Atmospheric pressure chemical ionization mass spectrometry for the detection of tropospheric trace gases: the influence of clustering on sensitivity and precision", INTERNATIONAL JOURNAL OF MASS SPECTROMETRY, ELSEVIER SCIENCE PUBLISHERS, AMSTERDAM, NL, vol. 223-224, 15 January 2003 (2003-01-15), pages 771 - 782, XP004397043, ISSN: 1387-3806 *

Also Published As

Publication number Publication date
FR2881227B1 (en) 2007-04-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ferioli et al. Laser-induced breakdown spectroscopy for on-line engine equivalence ratio measurements
Owens et al. Determination of nitrogen-15 at sub-microgram levels of nitrogen using automated continuous-flow isotope ratio mass spectrometry
US7140230B2 (en) Odor measuring apparatus
US11761887B2 (en) Apparatus and method for quantitative detection of gases
US7902497B2 (en) Method and device for determining the content of lubricating oil in an exhaust gas mixture
FR2966601A1 (en) METHOD FOR MEASURING AND / OR CALIBRATING A GAS SENSOR
US20090140139A1 (en) Systems and methods for analyzing substances using a mass spectrometer
FR2624607A1 (en) CORRELATIONAL GAS ANALYZER
GB2561879A (en) Spectroscopic analysis
Tumbiolo et al. Thermogravimetric calibration of permeation tubes used for the preparation of gas standards for air pollution analysis
CN104880434A (en) Detection device and method for weak absorbing gas in complex environment
FR2881227A1 (en) Mass spectrometer calibrating method for motor vehicle, involves establishing linear relation of constants or gradients to create curves of ratios of masses of sulfur dioxide and oxygen ions in function of sulfur dioxide concentration
Campau et al. Continuous mass spectrometric determination of nitric oxide in automotive exhaust
Franzen et al. Fast monitoring of motor exhaust components by resonant multi-photon ionisation and time-of-flight mass spectrometry
EP4065959B1 (en) Method for characterising compounds of interest in a measuring chamber having a variation in relative humidity
JP4205821B2 (en) Correction method for influence of coexisting gas in gas analysis by infrared absorption method and gas analyzer
Holdship et al. Micro flow injection ICP-MS analysis of high matrix samples: an investigation of its capability to measure trace elements in iron meteorites
RU2783084C1 (en) Method for determining excess concentration of carbon dioxide in atmospheric air
EP0316375B1 (en) Automatic process for validation of the measurements of a chromatograph and system for its implementation
Butler et al. A system for on-line measurement of multicomponent emissions and engine operating parameters
FR2739928A1 (en) METHOD FOR MONITORING AND CONTROLLING THE OPERATION OF AN ANALYZER AND A MANUFACTURING UNIT TO WHICH IT IS CONNECTED
Boesl et al. Fast exhaust gas probe for multicomponent analysis: Scientific/technical principle
WO2019012773A1 (en) Gas analysis device, program for gas analysis device, and gas analysis method
Nagel et al. Resonance ionization and time‐of‐flight mass spectrometry for the analysis of trace substances in complex gas mixtures
Szczurek et al. Assessment of VOCs in air using sensor array under various exposure conditions

Legal Events

Date Code Title Description
ST Notification of lapse

Effective date: 20110930