FR2886871A1 - Nebuliseur a debit nanometrique d'un effluent liquide et installation de nebulisation comportant un tel nebuliseur - Google Patents

Abstract

Nébuliseur à débit nanométrique d'un effluent liquide dans un gaz de nébulisation comportant au moins, disposés sensiblement de révolution, un tube capillaire (6) d'admission de l'effluent liquide et une aiguille (9) de nébulisation comportant un canal central (9b) alimenté en effluent liquide par le tube capillaire (6), une chambre (4a) d'admission du gaz de nébulisation alimentant un ajutage d'expulsion du gaz de nébulisation, l'aiguille de nébulisation traversant la chambre (4a) d'admission et l'ajutage (4b) d'expulsion du gaz de nébulisation (9), l'aiguille de nébulisation (9) comportant un orifice de sortie de l'effluent liquide dont le diamètre d'ouverture (Phia) est inférieur à 20 mum, le rapport du diamètre de l'ouverture de sortie de l'ajutage (4b) d'expulsion du gaz de nébulisation et de l'orifice de sortie (Phi0) de l'aiguille de nébulisation étant supérieur à 10.Le nébuliseur à débit nanométrique et l'installation de nébulisation, objets de l'invention, trouvent application à la spectrométrie de masse d'éléments traces contenus en milieu intracellulaire ou microbiologique par exemple.

Description

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NÉBULISEUR À DÉBIT NANOMÉTRIOUE D'UN EFFLUENT LIQUIDE ET INSTALLATION DE NÉBULISATION COMPORTANT UN TEL NÉBULISEUR L'invention concerne un nébuliseur à débit nanométrique d'un effluent liquide, dans un gaz de nébulisation, et à une installation de nébulisation comportant un tel nébuliseur.

La spectrométrie de masse à torche à plasma à couplage inductif, désignée ICP_MS pour Inductive Coupling Plasma Mass Spectrometry en anglais est, à l'heure actuelle, la principale technique utilisée pour l'analyse d'éléments à l'état de traces, ainsi que la technique de détection préférée en chromatographie en phase liquide pour la spéciation. La spéciation s'entend du dosage de la forme chimique exacte sous laquelle un élément se trouve dans un échantillon d'analyse.

Les avantages principaux de l'ICP_MS comprennent: - une très haute sensibilité ; l'indépendance de l'intensité du signal détecté vis-à-vis de la structure moléculaire générant ce dernier; l'absence de la suppression par absorption du signal détecté par les sels de la phase mobile chromatographique, ce qui est, au contraire, le problème principal en spectrométrie de masse par ionisation de type "electrospray" en anglais.

Les caractéristiques précitées font de l'ICP_MS une technique potentiellement attractive pour le dosage des composés traces dans des microvolumes d'échantillons biologiques tels que, par exemple, le contenu des cellules individuelles, vacuoles, ou les "spots", points ou bandes de gel obtenus par électrophorèse sur gel, après séparation par le biais de la chromatographie à débits nanométriques, inférieurs à 500 nl/min pour des colonnes HPLC, chromatographie liquide à haute performance, ou High Performance Liquid Chromatography en anglais, de diamètre interne inférieur ou égal à 100 m.

Le problème majeur souffert par cette technique est toutefois le manque rédhibitoire d'interface opérationnelle, capable d'introduire, sans aucune dilution, l'effluent liquide, à analyser, à des débits inférieurs à 1 l/min de manière efficace, 2886871 2 c'est-à-dire avec un transport à 100 % dans la torche plasma. Il faut noter en particulier que l'introduction d'un diluant a pour effet de réduire fortement la dynamique du signal et la sensibilité de la mesure.

Les nébuliseurs standard ICP fonctionnent, à l'heure actuelle, à des débits de l'ordre de 1 ml/min. Il existe des nébuliseurs permettant de nébuliser des effluents liquides à des débits de plusieurs l/min, mais aucun de ces derniers ne permet de nébuliser des effluents à des débits nanométriques.

A titre d'exemple non limitatif un nébuliseur de ce type a été décrit par la demande de brevet EP 1 081 487. Bien que conçu pour fournir la nébulisation d'un effluent liquide dans une large gamme de débit, le débit minimum d'effluent liquide atteint n'est pas inférieur à 5 à 7 gl/min. Mettant en oeuvre plusieurs flux élémentaires, le nébuliseur précité fait en outre appel à un gaz de nébulisation en régime d'écoulement supersonique, ce qui, en raison de turbulences introduites, n'autorise pas l'obtention d'une stabilité optimale du processus et du débit de nébulisation.

Le brevet US 5,752,663 décrit un nébuliseur faisant appel à un gaz de nébulisation en régime d'écoulement laminaire dans lequel la paroi latérale externe du tube interne est biseautée pour réduire les turbulences dans le gaz de nébulisation et obtenir ainsi la formation de gouttelettes d'effluent liquide, ou aérosol, de dimension semblable, dimension présentant peu de dispersion. Si la faible dispersion de dimension des gouttes apparaît satisfaisante, le nébuliseur précité ne permet pas d'atteindre une nébulisation stable d'effluent liquide à faible débit, inférieur à 1 gl/min, en raison des dimensions hors tout de l'ensemble et de la transition abrupte du tube externe, au voisinage de l'orifice de sortie de l'effluent liquide, siège de turbulences même en régime laminaire.

L'invention a pour objet de remédier aux inconvénients des nébuliseurs d'effluents liquides de l'art antérieur, afin de permettre la mise en oeuvre d'une interface opérationnelle autorisant la conduite d'opérations de spéciation de milieux microbiologiques ou intracellulaires, à des niveaux de débit d'effluent liquide largement inférieurs à 1 l/min, en l'absence de toute dilution.

2886871 3 Un autre objet de la présente invention est, en particulier, la mise en oeuvre d'un nébuliseur d'effluent liquide à débit nanométrique permettant de délivrer en continu, un nébulisat de cet effluent sur une large plage de débits, comprise entre dix nanolitres par minute et mille nanolitres par minute environ, dans des conditions de stabilité, de continuité et de linéarité remarquables, la limite supérieur du débit pouvant atteindre sans limitation quelques microlitres.

Un autre objet de la présente invention est la mise en oeuvre d'une installation de nébulisation d'effluents liquides, par éléments de volume d'effluent liquide successifs, par échantillonnage de cet effluent, les échantillons d'effluent liquide d'un volume élémentaire de 10 nl ou inférieur constitutifs de ces éléments de volume pouvant être délivrés de manière répétitive, sélective et contrôlée dans le temps, en vue d'opérations de spéciation sélective complexes dans le domaine de la biologie par exemple en raison des conditions de stabilité, de continuité et de linéarité remarquables précitées du nébuliseur d'effluent liquide à débit nanométrique, objet de l'invention.

Le nébuliseur à débit nanométrique d'un effluent liquide dans un gaz de nébulisation, objet de l'invention, est remarquable en ce qu'il comporte au moins, disposés sensiblement de révolution, un tube capillaire d'admission de cet effluent liquide et une aiguille de nébulisation comportant un canal central alimenté en effluent liquide par ce tube capillaire, une chambre d'admission du gaz de nébulisation alimentant un ajutage d'expulsion de ce gaz de nébulisation. L'aiguille de nébulisation traverse la chambre d'admission et l'ajutage d'expulsion du gaz de nébulisation et comporte un orifice de sortie de l'effluent liquide dont le diamètre d'ouverture est inférieur à 20 m. Le rapport du diamètre de l'ouverture de sortie de l'ajutage d'expulsion du gaz de nébulisation et de l'orifice de sortie de l'effluent liquide de l'aiguille de nébulisation est supérieur à 10.

L'invention a également pour objet une installation de nébulisation d'effluents liquides par éléments de volumes successifs remarquable en ce qu'elle comporte au moins, en cascade, un générateur de flux calibré d'au moins un effluent liquide à un débit sensiblement continu inférieur à 1 gl/min, une vanne commandée 2886871 4 recevant le flux calibré de cet effluent liquide et permettant de délivrer par commande d'échantillonnage temporel de ce flux calibré au moins un élément de volume de cet effluent liquide et un nébuliseur à débit nanométrique, conforme à l'objet de l'invention, ce nébuliseur à débit nanométrique recevant au moins un élément de volume d'au moins un effluent liquide par l'intermédiaire d'une canalisation de raccordement à la vanne commandée et délivrant au moins un élément de volume d'effluent liquide nébulisé.

Le nébuliseur à débit nanométrique et l'installation de nébulisation, objets de l'invention, trouvent application à la spectrométrie de masse d'éléments traces contenus par exemple en milieu intracellulaire ou microbiologique.

Ils seront décrits en détail ci-après en relation avec les dessins, dans lesquels: - la figure 1 a représente, à titre illustratif, une vue en coupe selon un plan de coupe longitudinal de symétrie d'un nébuliseur à débit nanométrique conforme à l'objet de la présente invention; la figure lb représente, à titre illustratif, un détail de mise en oeuvre du raccordement du tube capillaire d'admission de l'effluent liquide et de l'aiguille de nébulisation du nébuliseur à débit nanométrique objet de l'invention représenté en figure la; la figure 1c représente, à titre d'exemple non limitatif, un détail de mise en oeuvre de l'orifice de sortie de l'ajutage d'expulsion du gaz de nébulisation et de l'aiguille de nébulisation du nébuliseur à débit nanométrique objet de l'invention représenté en figure la; - la figure 2 représente un montage d'un nébuliseur et d'une torche à plasma inductive permettant l'exécution d'analyse par spectrométrie de masse d'échantillons nébulisés; la figure 3 représente, à titre illustratif, différentes courbes d'intensité du signal détecté en nombre de coups par seconde respectivement de la stabilité du signal en % RSD, Relative Standard Deviation en anglais pour écart type relatif, en fonction du débit en nanolitre par minute d'effluent liquide délivré par un nébuliseur 2886871 5 à débit nanométrique objet de l'invention, pour les éléments tels que le lithium, l'yttrium, le césium et le thallium, dans un montage tel que représenté en figure 2; la figure 4 représente, à titre illustratif, une installation de nébulisation incorporant un nébuliseur à débit nanométrique conforme à l'objet de l'invention; la figure 5a représente, à titre illustratif, des chronogrammes de détection d'un effluent liquide contenant 600 femtogrammes de sélénium sous forme de sélénométhionine éluée par 30 % d'acétonitrile dans l'eau en mode isocratique à 300 nl/min et la répétion d'injections successives de 1 picogramme de sélénium sous forme de sélénométhionine contenu dans 10 nl de cet effluent liquide; la figure 5b représente, à titre illustratif, la limite de détection correspondant, par définition, à la concentration de sélénométhionine équivalente à un pic dont la hauteur ou intensité en coups par seconde est sensiblement trois fois supérieure à l'écart type du bruit de fond; - la figure 5c représente, à titre illustratif, l'aire des pics de détection obtenus en fonction de la concentration nébulisée obtenue pour un débit isocratique d'effluent liquide H2O(70 %)/CH3CN(30 %) fixé à 300 nl/min, en injectant 10 nl d'un standard de sélénométhionine à différentes concentrations; la figure 5d représente un chromatogramme intensité en nombre de coups en fonction du temps en seconde obtenu grâce à l'installation de nébulisation, objet de l'invention, couplée à une torche ICP_MS sur un échantillon d'analyse formé par un volume élémentaire de 10 nl d'un digestat tryptique de protéine séléniée.

Un nébuliseur à débit nanométrique d'un effluent liquide dans un gaz de nébulisation, conforme à l'objet de la présente invention, sera maintenant décrit en liaison avec les figures l a à 1 c.

Sur la figure 1 a on a représenté en coupe selon un plan de coupe de symétrie longitudinal un nébuliseur à débit nanométrique d'un effluent liquide dans un gaz de nébulisation conforme à l'objet de la présente invention.

En référence à la figure précitée, on indique que l'ensemble des éléments constitutifs du nébuliseur, objet de l'invention, est constitué d'éléments disposés sensiblement de révolution.

2886871 6 En référence à la figure 1 a précitée, le nébuliseur objet de l'invention comprend une partie mâle 1 laquelle est destinée à être engagée dans une partie femelle 2, la partie mâle 1 et la partie femelle étant assemblées de manière étanche par l'intermédiaire de joints toriques 3.

La partie femelle 2 comporte une canalisation d'admission d'un gaz de nébulisation lequel peut par exemple être constitué par un gaz inerte tel que l'argon ou autre. La canalisation d'admission du gaz de nébulisation 4 débouche dans une chambre d'admission du gaz de nébulisation, notée 4a, la chambre d'admission du gaz de nébulisation comporte un ajutage d'expulsion du gaz de nébulisation.

L'ajutage d'expulsion du gaz de nébulisation portant la référence 4b est muni d'un orifice 4c dont un détail est représenté en figure l c.

En outre, on observera sur la figure la que la paroi latérale externe de la partie femelle 2 au voisinage de l'extrémité de cette dernière et en particulier du côté de l'orifice d'expulsion du gaz de nébulisation 4c est équipée de joints d'étanchéité 5 dont la fonction sera explicitée ultérieurement dans la description.

Ainsi qu'on l'observera en outre sur la figure 1 a, la partie mâle 1 est équipée d'un tube capillaire 6 maintenu par exemple en position dans un alésage de la partie mâle 1 par l'intermédiaire d'un manchon souple 7, tel qu'un manchon en Téflon par exemple.

Le manchon souple 7 et en définitive le tube capillaire 6 peuvent alors être maintenus ainsi que représenté à titre illustratif, sur la figure la par l'intermédiaire d'une vis percée 8 par exemple.

En outre la partie mâle 1 comporte, ainsi que représenté sur la figure 1 a précitée, une aiguille de nébulisation 9 comportant un canal central 9b illustré en détail figure lb et 1 c, ce canal central étant alimenté en effluent liquide par le tube capillaire 6.

En référence à la figure la on indique que la chambre d'admission du gaz de nébulisation 4a alimente l'ajutage d'expulsion du gaz de nébulisation 4b. L'aiguille de nébulisation 9 traverse la chambre d'admission 4a et l'ajutage d'expulsion du gaz de nébulisation 4b.

2886871 7 Ainsi qu'on l'a en outre représenté en figure 1c, l'aiguille de nébulisation comporte un orifice de sortie 9a de l'effluent liquide dont le diamètre d'ouverture est inférieur à 20 m, ce diamètre étant noté (Da sur la figure 1c.

En outre, pour un diamètre d'ouverture de sortie de l'ajutage d'expulsion du gaz de nébulisation diamètre noté co tel que représenté en figure 1c, on indique que conformément à un aspect particulièrement remarquable du nébuliseur à débit nanométrique d'un effluent liquide, objet de l'invention, le rapport du diamètre to de l'ouverture de sortie de l'ajutage d'expulsion du gaz de nébulisation et du diamètre (Da de l'orifice de sortie de l'aiguille de nébulisation est avantageusement supérieur à 10 soit 10<Do/(DaÉ Par le choix des rapports de dimensions précitées, des diamètres de l'ouverture de sortie de l'ajutage d'expulsion du gaz de nébulisation et de l'orifice de sortie de l'aiguille de nébulisation, et par une alimentation de la chambre d'admission du gaz de nébulisation 4a figure la à une pression convenable et de l'ajutage d'expulsion du gaz de nébulisation 4b figure 1 a, l'agencement spécifique du nébuliseur à débit nanométrique d'un effluent liquide dans un gaz de nébulisation, objet de la présente invention, permet de créer les conditions d'écoulement optimal du gaz de nébulisation au-delà de l'orifice de sortie 4c de l'ajutage d'expulsion du gaz de nébulisation et de provoquer un contact optimal entre l'effluent liquide délivré par l'orifice 1 a de l'aiguille de nébulisation 9 ainsi qu'il sera décrit ci-après en liaison avec la figure 1c.

En référence à la figure 1c précitée, on indique que l'orifice 4c de sortie de l'ajutage d'expulsion du gaz de nébulisation et l'extrémité de l'aiguille de nébulisation 9 forment une tuyère à profil de Venturi opérant sensiblement en régime d'écoulement subsonique.

Ce but est atteint par le fait que l'extrémité de l'aiguille de nébulisation 9 comportant l'orifice de sortie de l'effluent liquide de diamètre 1 a traverse l'ajutage d'expulsion du gaz de nébulisation 4b et est placée au-delà de la zone de vitesse maximale d'expulsion du gaz, dans la direction d'écoulement du gaz de nébulisation.

2886871 8 En outre le canal 9b de l'aiguille 9 peut avantageusement présenter un diamètre décroissant vers l'extrémité portant l'orifice de sortie, pour accélérer la vitesse d'éjection de l'effluent, sans toutefois augmenter de façon rédhibitoire la pression et les pertes de charges en amont.

En référence à la figure 1 c, on indique que la zone de vitesse maximale d'expulsion du gaz est située sensiblement au niveau de l'étrangement maximum de l'ajutage d'expulsion du gaz 4b et en particulier au niveau de la zone d'ouverture correspondant au diamètre d'ouverture (Do précédemment décrit et représenté sur la figure 1c.

L'agencement relatif de l'aiguille de nébulisation 9 et en particulier de l'orifice d'ouverture du canal 9b de cette dernière au-delà de la zone de vitesse maximale d'expulsion du gaz de nébulisation, ainsi que représenté en figure 1c permet de délivrer l'effluent liquide dans la zone centrale du flux de gaz de nébulisation sensiblement en l'absence de turbulences et dans une zone d'écoulement sensiblement laminaire. De ce fait, l'interaction entre l'effluent liquide délivré dans l'écoulement laminaire précité du flux de gaz de nébulisation expulsé, permet une interaction physique entre l'effluent liquide et le gaz de nébulisation provoquant la création d'un nébulisat, c'est-à-dire d'une dispersion de l'effluent liquide en très fines gouttelettes.

De préférence, ainsi que représenté en particulier aux figures la, lb, le tube capillaire 6 et l'aiguille de nébulisation 9 sont alignés et centrés sur l'axe longitudinal de symétrie du nébuliseur matérialisé sur la figure 1 a par le tube capillaire 6 et l'aiguille de nébulisation 9. Le canal central 6a du tube capillaire 6 tel que représenté en figure lb et le canal central 9b de l'aiguille de nébulisation 9 sont en outre alignés et présentent un même diamètre au moins égal à deux fois le diamètre d'ouverture de l'orifice de sortie 9a de l'aiguille de nébulisation 9.

En référence à la figure lb, on indique en outre que le tube capillaire 6 et l'aiguille de nébulisation 9 sont montés dans la partie mâle 1 sensiblement symétriques par rapport à l'axe longitudinal du nébuliseur. La partie mâle comporte dans ce but, un alésage longitudinal la muni d'un siège radial lb permettant le 2886871 9 support et le maintien du tube capillaire 6 et de l'aiguille de nébulisation 9. Le siège radial lb comporte un orifice central 1c permettant l'engagement du tube capillaire 6 et de l'aiguille de nébulisation 9 et la mise en aboutement du canal central de ces derniers.

Le tube capillaire 6 peut être avantageusement un tube capillaire en silice fondue le capillaire 6 étant alors maintenu dans la partie mâle 1 du nébuliseur et en particulier dans l'alésage la de ce dernier par l'intermédiaire du manchon souple 7 tel qu'un manchon en Téflon par exemple et de la vis percée 8, laquelle peut avantageusement être en un matériau plastique tel que la fibre de polyétheréthercétone encore désignée PEEK.

L'aiguille de nébulisation 9 est de préférence constituée en un même matériau que le tube capillaire 6 et en particulier en silice fondue. L'aiguille précitée peut alors être du même type que celle utilisée dans le cadre de la technologie "nanoélectrospray" en ESI MS. L'aiguille de nébulisation 9 peut avantageusement être également maintenue en position dans l'alésage la de la partie mâle 1 au moyen d'un manchon 10 en matériau souple tel quel le Téflon et par l'intermédiaire d'une vis percée en PEEK non représentée au dessin.

En référence à la figure lb, on indique que la jonction et la connexion du canal central du capillaire 6 et de l'aiguille de nébulisation 9 est alors exécutée en l'absence de tout volume mort grâce à l'orifice 1c ménagé dans le siège radial, cet orifice pouvant consister en un trou de 600 m de long et de 300 gm de diamètre par exemple, percé dans le siège radial précité.

En référence à la figure lb, on pourra observer que les manchons en matériau souple 7 et 10, en particulier en Téflon, prennent appui respectivement sur les faces opposées du siège radial lb. Enfin, en référence à la figure 1c, on indique que l'orifice de sortie 4c de l'ajutage d'expulsion de nébulisation 4b est formé et comporte une couronne en matériau à usinage à haute tolérance, cette couronne portant la référence 11. L'orifice de sortie du gaz de nébulisation peut à titre d'exemple non limitatif être alors formé par une couronne en saphir industriel à travers laquelle l'aiguille de nébulisation est 2886871 -10introduite. La mise en oeuvre d'une couronne en matériau à usinage à haute tolérance permet alors d'obtenir un orifice de sortie du gaz de nébulisation de dimensions très précises et de degré de rugosité très faible, ce qui permet de minimiser la formation de turbulences dans la zone de contact entre le gaz de nébulisation expulsé et l'effluent liquide délivré par l'orifice de sortie de l'aiguille de nébulisation.

Pour un orifice de sortie de l'aiguille de nébulisation présentant un diamètre 0a de 10 m, le diamètre de l'orifice de sortie de l'ajutage d'expulsion du gaz de nébulisation, diamètre cl)o, peut alors être pris égal, dans un rapport 26, à 260 m.

De préférence, ainsi que représenté aux figures 1 a et lb, l'aiguille de nébulisation est positionnée au centre de l'écoulement en particulier pour ce qui concerne l'orifice de sortie de cette dernière.

Cette position peut être réglée avantageusement par l'intermédiaire d'un filetage micrométrique équipant d'une part la partie mâle 1 respectivement la partie femelle 2, le filetage micrométrique portant la référence 12 sur la figure la.

Enfin, l'extrémité distale de l'aiguille de nébulisation et en particulier la paroi externe de celle-ci présente un profil biseauté pour former avec la paroi évasée de l'orifice d'expulsion du gaz de nébulisation la tuyère de Venturi mentionnée précédemment dans la description. L'angle d'inclinaison de la paroi biseautée dans le plan de la figure 1c par rapport à l'axe longitudinal de l'aiguille de nébulisation 9 et du canal central 9b de celle-ci peut alors être pris égal à une valeur comprise entre 10 et 30 degrés.

Sur la figure 2 on a représenté un montage d'un nébuliseur et d'une torche à plasma inductive permettant l'exécution d'analyse par spectrométrie de masse d'échantillons nébulisés.

Sur la figure précitée, A désigne un nébuliseur conforme à l'objet de la présente invention tel que décrit précédemment en liaison avec les figures la à le et B désigne avantageusement une chambre de nébulisation amovible, laquelle peut être détachée du nébuliseur A proprement dit mais constitue partie intégrante de ce dernier, dans les conditions ci-après. La chambre de nébulisation B est réduite afin de 2886871 -11- minimiser les volumes morts qui ont une influence considérable sur le temps de réaction de l'ensemble des dispositifs dans le cas de signaux transitoires.

Ainsi, la chambre de nébulisation peut être amovible et est alors enfichable de manière étanche sur la partie femelle 2 du nébuliseur représenté en figure 1 a, l'étanchéité lors de l'assemblage étant assurée par l'intermédiaire des joints toriques 5 représentés sur la figure 5a précitée.

La chambre de nébulisation comprend un espace de nébulisation formé par exemple par un tube de verre en pyrex comportant en outre un tube effilé permettant le raccordement de l'espace de nébulisation et d'une torche à plasma au sein de laquelle est créé le plasma pour exécuter l'analyse par spectrométrie de masse. La torche à plasma porte la référence C sur la figure 2.

Différentes indications et comptes rendus d'essais seront maintenant donnés en liaison avec la figure 3 pour un nébuliseur à débit nanométrique conforme à l'objet de la présente invention précédemment décrit en liaison avec la figure la, lb et 1 c, installé dans un montage tel que représenté en figure 2.

Les résultats et compte rendu d'essais sont donnés en liaison avec la figure 3 dans les conditions ci-après.

Le nébuliseur, objet de l'invention, a été testé pour une gamme de débits comprise entre 50 nl/min et 450 nl/min avec un débit de gaz de nébulisation constitué par de l'argon à un débit de 1,1 1/min.

La figure 3, dans les quatre vignettes constitutives de celle-ci, représente l'intensité du signal détecté par la torche à plasma C, intensité I mesurée en coups par seconde c/s sur l'axe des ordonnées à gauche, et la stabilité du signal de détection obtenu en % RSD sur l'axe des ordonnées à droite, en fonction du débit de nébulisat injecté dans la torche à plasma, les débits étant exprimés en nanolitre par minute, pour 4 éléments tels que le lithium (Z=7), l'yttrium (Z=89), le cérium (Z=140) et le thallium (Z=205) à une concentration de 200 ng/g (nanogramme/gramme) couvrant la gamme de masse des éléments habituellement détectés à l'aide d'une torche à plasma.

- 12 - En référence aux quatre vignettes de la figure 3 précitée, on indique que la stabilité du signal détecté est meilleure que 7 % pour des débits d'effluents de nébulisat compris entre 150 et 450 nl/min.

En outre, pour les quatre éléments précités, on indique que la linéarité représentée par la régression linéaire de l'intensité du signal en coups par seconde en fonction du débit en nanolitre par minutes est meilleure que 4/1000, la linéarité parfaite étant obtenue pour R2=1.

Les essais précités ont montré que, pour la gamme de débit d'essai précédemment mentionnée, le taux d'ions doublement chargés ainsi que le taux d'oxyde obtenu après la nébulisation à débit nanométrique reste très faible.

Les essais précités ont montré que le taux de formation de ces oxydes et de ces ions, en fonction du débit pour le cérium (Z=140) sont meilleur que 0,4 % pour le taux de formation d'oxyde CeO+ et meilleur que 2,0 % pour le taux de formation d'ions doublement chargés Cet+.

On rappelle que les taux d'ions doublement chargés et d'oxydes obtenus après nébulisation précités sont primordiaux pour caractériser un nébuliseur, car les oxydes et les ions doublement chargés sont des éléments typiques d'interférence qu'il est important de minimiser afin d'augmenter l'intensité du signal détecté.

Une description plus détaillée d'une installation de nébulisation d'effluents liquides par éléments de volumes successifs, conforme à l'objet de la présente invention sera maintenant donnée en liaison avec la figure 4.

En référence à la figure précitée, on indique que l'installation de nébulisation d'effluents liquides, objet de l'invention, est remarquable en ce qu'elle comporte au moins en cascade un générateur G de flux calibré d'au moins un effluent liquide à un débit sensiblement continu inférieur à 1 l/min et une vanne V commandée recevant le flux calibré d'effluent liquide et permettant de délivrer par commande d'échantillonnage temporel de ce flux calibré au moins un élément de volume de cet effluent liquide. Un nébuliseur à débit nanométrique A, conforme à l'objet de la présente invention, est connecté à la vanne commandée V et reçoit au moins un élément de volume d'au moins un effluent liquide par l'intermédiaire d'une - 13 - canalisation de raccordement à la vanne commandée et délivre au moins un élément de volume d'effluent liquide nébulisé. Chaque élément de volume d'effluent liquide est intégré avec un gradient de concentration dans le flux continu d'éluant.

On comprend, en particulier en référence à la figure 4, que le générateur G de flux calibré d'au moins un effluent liquide comporte au moins une pompe P à haute pression alimentée sélectivement par une pluralité d'effluents liquides distincts, la pompe à haute pression délivrant un flux sensiblement continu à haute pression et à débit déterminé d'un des effluents liquides. Dans ce but, la pompe P peut être reliée à une pluralité de réservoirs d'effluents notés T1 et T2, chaque effluent pouvant être choisi sélectivement. En outre, ainsi que représenté en figure 4, le générateur G peut

comprendre un réducteur de flux R d'effluents liquides permettant de délivrer à partir du flux sensiblement continu délivré par la pompe P un flux réduit dans un rapport de débit déterminé de l'effluent liquide.

Dans un mode de mise en oeuvre non limitatif, pour une pompe P délivrant un débit d'effluent à 100 l/min, le réducteur de flux d'effluent liquide était un réducteur de flux permettant d'amener le débit de 100 gl/min précité à la valeur de 0,3 l/min.

Un calibreur de flux C permet alors de délivrer à partir du flux réduit de l'effluent liquide un flux calibré d'effluent liquide dont le débit n'excède pas 0,5 l/min. Le calibreur de flux C n'est pas indispensable pour des flux inférieurs.

De préférence, et, compte tenu d'un choix judicieux de la vanne commandable V, chaque élément de volume d'effluent liquide peut avantageusement représenter un volume de 10 nl.

Ainsi, l'utilisation de la vanne commandée précitée et d'une colonne de chromatographie liquide de 75 m de diamètre interne, la colonne précitée permettant de raccorder la vanne commandée V au nébuliseur A, permet alors d'utiliser et de caractériser le nébuliseur à débit nanométrique objet de l'invention, dans le cas d'un régime et d'un signal transitoire. Ce signal transitoire peut résulter de la détection d'un élément de volume transmis par la vanne commandée V. - 14 - Les figures 5a à 5d permettent, en particulier, de mettre en évidence les signaux détectés sous forme de pics représentés en figure 5a notamment.

La figure 5a représente le signal détecté sous forme d'un profil de pic correspondant à 600 femtogrammes de sélénium sous forme de sélénométhionine éluée par 30 % d'acétonitrile dans l'eau en mode isocratique avec un débit de nébulisat de 300 nl/min et la reproduction d'injections de 1 picogramme d'un tel effluent liquide, grâce à une installation de nébulisation telle que représentée en figure 4.

Les pics obtenus représentés en figure 5a sont sensiblement symétriques, ces pics étant représentés en intensité de coups par seconde c/s sur l'axe des ordonnées, respectivement en temps en seconde sur l'axe des abscisses et présentent un profil gaussien typique.

L'importance de la finesse des pics provient du lien direct de cette dernière avec le pouvoir de résolution du dispositif analytique constitué par l'installation de nébulisation représentée en figure 4 connectée bien entendu à une torche à plasma inductive. Le pouvoir de résolution rend compte de la capacité de l'installation à séparer deux composés dans un temps donné. Afin de caractériser la largeur des pics à mi-hauteur, soit une largeur de 1,3 secondes représentés en figure 4, cette valeur apparaît la plus pertinente.

Par comparaison et afin de rendre compte du gain du pouvoir séparateur de l'installation de nébulisation, telle que décrite en figure 4, on rappellera simplement qu'en chromatographie liquide classique, c'est-àdire pour des colonnes de 4,6 mm de diamètre interne, la largeur typique des pics à mi-hauteur est de 15 secondes. Un facteur 10 peut ainsi être facilement gagné sur le temps d'analyse grâce à la mise en oeuvre d'une installation conforme à l'objet de la présente invention, telle que représentée en figure 4.

La reproductibilité de l'analyse peut être caractérisée par l'écart relatif sur les aires des pics d'une série d'injections successives d'un même échantillon ainsi que représenté sur la même figure 5a. En référence à la figure précitée, cet écart n'excède pas 5 % malgré un bruit de fond du signal présentant un écart type relatif de 3,5 %.

- 15 - La figure 5b permet d'évaluer la limite de sensibilité pour le sélénium d'une installation de nébulisation telle que représentée en figure 4.

La limite de sensibilité de détection correspond, par définition, à la concentration équivalente à un pic de détection dont la hauteur serait trois fois par exemple l'écart type du bruit de fond, ainsi que représenté sur la figure 5b.

La limite de détection relative pour l'installation de nébulisation telle que représentée en figure 4 est de 2,4 ng/g (nanogrammes par grammes). Cela correspond en fait à une limite de détection absolue de 25 femtogrammes soit la limite de sensibilité de détection la plus faible jamais atteinte en couplage chromatographie-liquide ICP-MS pour le sélénium. On rappelle que un femtogramme = 1015 g.

Enfin, la linéarité de la réponse est représentée par la régression linéaire de la figure 5c de l'aire des pics obtenue en fonction de la concentration nanonébulisée. Sur la figure précitée, l'axe des ordonnées est gradué en intensité I du signal détecté en coups par seconde c/s et l'abscisse en concentration en sélénium en nanogramme par gramme. La courbe représentée en figure 5c a été obtenue pour un débit isocratique H2O(70 %)/CH3CN(30 %) fixé à 300 nl/min, en injectant 10 nl d'un standard de sélénométhionine à différentes concentrations. On indique que le volume de 10 nl précités correspond à un élément de volume d'effluent liquide injecté grâce à l'installation mise en oeuvre conformément à l'installation objet de l'invention représentée en figure 4.

En référence à la figure 5c, on peut observer que le coefficient de régression R2=0.9994 présentant un défaut de linéarité aussi faible que 6x10-4 démontre la linéarité particulièrement remarquable de la réponse de l'installation de nébulisation conforme à l'objet de la présente invention, tel que représenté en figure 4 et la précision qui en découle.

La figure 5d représente un chromatogramme permettant de tester les résultats effectifs sur un échantillon réel de 10 nl d'un digestat tryptique de protéine séléniée, analysé grâce à une installation de nébulisation, telle que représentée en figure 4, couplée à une torche à plasma inductive de spectrométrie de masse.

- 16 - Pour réaliser le test précité, le gradient d'acétonitrile dans l'eau utilisé était le Débit: 365 nl/min, 0-1 min 5% B isocratique, 1-9 min 10-22 % B linéaire, 9-16 min 22-45 % B linéaire, 16-18 min 45-90 % B linéaire, 18-20 min 90 % B isocratique, 20-21 min 90-5 % B linéaire.

En référence à la figure 5d, on indique que la séparation obtenue est meilleure qu'en chromatographie classique grâce à la finesse des pics, et que le temps d'analyse total n'est plus que de 30 min, alors que 80 min étaient auparavant nécessaires lors de l'utilisation d'une HPLC classique ICP-MS.

On comprend, en particulier, que le mode opératoire pour exécuter l'analyse du digestat de protéine séléniée représenté en figure 5d est obtenu par la mise en oeuvre d'un procédé d'analyse d'éléments à l'état de trace dans un échantillon d'analyse d'effluents liquides par spectrométrie de masse à torche à plasma à couplage inductif, particulièrement remarquable en ce qu'il consiste à engendrer à partir d'un flux continu d'effluent liquide un nébulisat d'effluent liquide à analyser à un débit compris entre 10 nl/min et 600 nl/min puis à introduire le nébulisat constituant l'échantillon d'analyse dans une torche à plasma à couplage inductif pour effectuer l'analyse par spectrométrie de masse de l'échantillon d'analyse précité.

Bien entendu, ainsi que décrit précédemment relativement au mode opératoire de l'installation de nébulisation en liaison avec la figure 4, le procédé consiste à échantillonner le flux continu d'effluents liquides par éléments de volume d'effluent liquide de volume sensiblement égal à 10 nl.

Le nébuliseur à débit nanométrique d'installation de nébulisation comportant un tel nébuliseur et le procédé d'analyse conforme à l'objet de la présente invention permettent d'obtenir une meilleure résolution, une économie d'échantillons et d'éluant dus à la diminution des dimensions de l'ensemble de l'installation de nébulisation suivant: - 17 - ainsi qu'une diminution très importante du temps d'analyse en raison de l'introduction de débit de nébulisat inférieur au microlitre par minute dans la torche à plasma inductive.

Claims (15)

-18-REVENDICATIONS,

1. Nébuliseur à débit nanométrique d'un effluent liquide dans un gaz de nébulisation, caractérisé en ce qu'il comporte au moins, disposés sensiblement de révolution: un tube capillaire d'admission dudit effluent liquide et une aiguille de nébulisation comportant un canal central alimenté en effluent liquide par ledit tube capillaire; une chambre d'admission dudit gaz de nébulisation alimentant un ajutage d'expulsion dudit gaz de nébulisation, ladite aiguille de nébulisation traversant ladite chambre d'admission et ledit ajutage d'expulsion dudit gaz de nébulisation, ladite aiguille de nébulisation comportant un orifice de sortie dudit effluent liquide dont le diamètre d'ouverture est inférieur à 20 m, le rapport du diamètre de l'ouverture de sortie dudit ajutage d'expulsion du gaz de nébulisation et de l'orifice de sortie de l'aiguille de nébulisation étant supérieur à 10.

2. Nébuliseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'orifice de sortie de l'ajutage d'expulsion du gaz de nébulisation et l'extrémité de ladite aiguille de nébulisation forment une tuyère à profil de Venturi opérant en régime d'écoulement subsonique, l'extrémité de ladite aiguille de nébulisation comportant l'orifice de sortie dudit effluent liquide, traversant ledit ajutage, étant placée au-delà de la zone de vitesse maximale d'expulsion du gaz, dans la direction d'écoulement du gaz de nébulisation, ce qui permet de délivrer ledit effluent dans la zone centrale du flux de gaz de nébulisation, en l'absence de turbulence et en écoulement sensiblement laminaire dudit gaz de nébulisation.

3. Nébuliseur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit tube capillaire et ladite aiguille de nébulisation sont alignés et centrés sur l'axe longitudinal de symétrie du nébuliseur, le canal central dudit tube capillaire et de l'aiguille de nébulisation étant alignés et présentant un même diamètre au plus égal à deux fois le diamètre d'ouverture de l'orifice de sortie de ladite aiguille de nébulisation.

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4. Nébuliseur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit tube capillaire et ladite aiguille de nébulisation sont montés dans une partie mâle, sensiblement symétrique par rapport à un axe longitudinal dudit nébuliseur, ladite partie mâle comportant un alésage longitudinal muni d'un siège radial de support et de maintien dudit tube capillaire et de ladite aiguille de nébulisation, ledit siège radial comportant un orifice central permettant l'engagement dudit tube capillaire et de ladite aiguille de nébulisation et la mise en aboutement du canal central de ces derniers.

5. Nébuliseur selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit tube capillaire et ladite aiguille de nébulisation sont maintenus en position centrée dans ledit alésage par l'intermédiaire de manchons en matériau souple prenant appui respectivement sur les faces opposées dudit siège radial.

6. Nébuliseur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le manchon de maintien dudit tube capillaire et ledit tube capillaire sont maintenus dans ledit alésage par l'intermédiaire d'une vis percée.

7. Nébuliseur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ladite chambre d'admission et ledit ajutage d'expulsion dudit gaz de nébulisation sont placés dans une partie femelle, sensiblement symétrique par rapport à l'axe longitudinal de symétrie dudit nébuliseur, ladite partie mâle étant montée dans ladite partie femelle, ladite aiguille de nébulisation traversant ladite chambre d'admission et ledit ajutage d'expulsion dudit gaz de nébulisation.

8. Nébuliseur selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite partie mâle est montée dans ladite partie femelle par l'intermédiaire d'un filetage micrométrique engageant la partie mâle et la partie femelle, ce qui permet de régler par vissage la distance de dépassement de l'orifice de sortie de ladite aiguille de nébulisation, vis-à-vis de l'orifice de sortie dudit ajustage d'expulsion dudit gaz de nébulisation.

9. nébuliseur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'orifice de sortie dudit ajutage d'expulsion de nébulisation comporte une couronne en matériau à usinage à haute tolérance.

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10. Nébuliseur selon l'une des revendications 7 à 9 précédentes, caractérisé en ce que celui-ci comporte en outre une chambre de nébulisation amovible, ladite chambre de nébulisation étant enfichable de manière étanche sur ladite partie femelle et comportant au moins: un espace de nébulisation dont le diamètre interne est sensiblement égal au diamètre externe de ladite partie femelle; un tube de raccordement effilé communiquant avec ledit espace de nébulisation et comportant un embout de raccordement à une torche ICP MS.

11. Installation de nébulisation d'effluents liquides par incréments de volumes successifs, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins en cascade: un générateur de flux calibré d'au moins un effluent liquide à un débit sensiblement continu inférieur à 111l/min; une vanne commandée recevant ledit flux calibré de cet effluent liquide et permettant de délivrer par commande d'échantillonnage temporel ce flux calibré au moins un élément de volume de cet effluent liquide; un nébuliseur à débit nanométrique, selon l'une des revendications 1 à 10, recevant au moins un élément de volume d'au moins un effluent liquide par l'intermédiaire d'une canalisation de raccordement à ladite vanne commandée et délivrant au moins un élément de volume d'effluent liquide nébulisé.

12. Installation selon la revendication 11, caractérisée en ce que ledit générateur de flux calibré d'au moins un effluent liquide comporte au moins: une pompe à haute pression alimentée sélectivement par une pluralité d'effluents liquides distincts, ladite pompe à haute pression délivrant un flux sensiblement continu à haute pression et à débit supérieur à 50 l/min d'un desdits effluents liquides; un réducteur de flux d'effluent liquide permettant de délivrer à partir dudit flux sensiblement continu délivré par la pompe un flux réduit dans un rapport de débit déterminé de cet effluent liquide; un calibreur de flux délivrant à partir du flux réduit dudit effluent liquide inférieur à 0,5 gl/min.

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13. Installation selon la revendication 11 ou 12, caractérisée en ce que chaque élément de volume dudit effluent liquide présente un volume de 10 nl.

14. Procédé d'analyse d'éléments à l'état de traces dans un échantillon d'analyse d'effluent liquide, par spectrométrie de masse à torche à plasma à couplage inductif, caractérisé en ce qu'il consiste au moins à : engendrer, à partir d'un flux continu d'effluent liquide un nébulisat d'effluent liquide à analyser à un débit compris entre 10 nl/min et 600 nl/min; introduire ledit nébulisat constituant l'échantillon d'analyse dans une torche à plasma à couplage inductif pour effectuer l'analyse par spectrométrie de masse de l'échantillon d'analyse.

15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que celui-ci consiste à échantillonner ledit flux continu d'effluent liquide par éléments de volume élémentaire d'effluent liquide de volume sensiblement égal à 10 nl, et constituer un échantillon d'analyse constitué par au moins un nébulisat formé à partir d'au moins un volume élémentaire.