WO2007088294A2 - Procede pour adapter un appareil de detection destine a etre couple a une colonne de chromatographie en phase liquide et equipe de moyens permettant la formation et le transfert d'un aerosol - Google Patents

Procede pour adapter un appareil de detection destine a etre couple a une colonne de chromatographie en phase liquide et equipe de moyens permettant la formation et le transfert d'un aerosol Download PDF

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Michel Dreux
Davy Guillarme
Jean-Luc Veuthey
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    • G01N2030/8447—Nebulising, aerosol formation or ionisation
    • G01N2030/847—Nebulising, aerosol formation or ionisation by pneumatic means

Definitions

  • Detection apparatus for coupling to a liquid chromatography column and having means for forming and transferring an aerosol
  • the present invention relates to a detector for coupling to a liquid chromatography column and equipped with detection means and means for the formation of an aerosol and its transfer to these detection means.
  • the means for forming an aerosol of such a detector essentially comprise a nebulizer in which, on the one hand, a sample consisting of a mobile phase containing compounds to be analyzed which have been dissolved in it and secondly, is introduced. a nebulizing gas.
  • the means for transferring the aerosol are essentially constituted by an evaporation chamber corresponding generally to a heated tube in which the mobile phase is evaporated in order to keep only microparticles of the compounds to be analyzed.
  • Table 1 shows that on small diameter chromatography columns and for low mobile phase flow rates, much lower concentrations can be detected.
  • FIG. 1 illustrates the variations in the chromatographic efficiency expressed by the height equivalent to a theoretical plate H as a function of the linear velocity u of the mobile phase in the column, for 4 different temperatures (25 ° C., 75 ° C.). C, 125 ° C, 175 ° C).
  • CNLSD Condensation Nucleation Light Scattering Detector
  • MS Mass Spectrometry
  • CLND Chemiluminescent Nitrogen Dectector
  • SFC supercritical fluid chromatography
  • CCC liquid chromatographic separation methods
  • the object of the present invention is to adapt the detectors of the abovementioned type intended to be coupled to a liquid chromatography column with high temperature rapid micro-chromatography, by optimizing them so as to eliminate or at least reduce peak expansion phenomena, and therefore loss of chromatographic efficiency during the transfer of the sample between the output of the chromatography column and the detection means.
  • the invention it was possible to determine the main origin of these phenomena by carrying out tests on particular detectors, namely evaporative light scattering detectors (ELSD) marketed by SEDERE under the name SEDEX.
  • ELSD evaporative light scattering detectors
  • Such detectors are equipped with a nebulizing chamber associated with the nebulizer and mounted upstream of the evaporation chamber.
  • the nebulizer is a Ventrali concentric nebulizer in which the nebulizing gas arrives tangentially through a concentric nozzle so as to coaxially envelop the sample stream to be analyzed.
  • the nebulizing chamber acts as a filter to obtain a narrow distribution of the diameter of the droplets of the aerosol formed in the nebulizer: in fact, the largest droplets that are located outside the jet and are slower than the smaller droplets at the middle part of it are removed by condensation on the walls of the spray chamber and then removed and removed with a siphon; as a result, the central part of the jet is practically the only one to be transferred to the evaporation chamber through a median orifice. In practice, it is essential not to transfer all of the sample leaving the chromatography column to the detection means that would otherwise be very quickly polluted because the larger aerosol droplets must be eliminated as far as they are concerned. more difficult to evaporate. These are detrimental to the signal-to-noise ratio since they increase the background noise.
  • the nebuliser chamber forms with the nebuliser a removable assembly that can be dismounted and dismounted in just a few minutes and is completely accessible so as to allow the device to be optimized according to the type of chromatography.
  • these detectors can be equipped with three different nebulization chambers that can be changed very easily and very quickly depending on the needs and models, to namely a conventional fogging chamber, a conventional double-envelope nebulization chamber adapted to supercritical chromatography and a nebulization chamber adapted to combinatorial chemistry.
  • Several nebulizers can equip these nebulization chambers to be adapted to the most diverse flow rates (5 .mu.l / min to 5 ml / min) so as to optimize the signal / noise ratio which is very dependent on the flow rate of the mobile phase.
  • the largest droplets of the aerosol formed by the nebulizer are generally also eliminated, but in another "frozen" part of the device which is neither visible nor accessible without modification.
  • the optimization at the nebulization level is generally carried out using conventional parameters that constitute the flow rates of gases and liquids.
  • the loss of efficiency is essentially at the level of the nebulization chamber whose geometry is unsuitable for low mobile phase flow rates, therefore at half chromatography.
  • the object of the invention is thus to propose a detector intended to be coupled to a liquid chromatography column capable of being adapted to any type of chromatography, in particular to high-speed and high-temperature micro-chromatography and enabling the translation thereof. in the efficiency of the peaks that it delivers a faithful image of the chromatographic efficiency.
  • such a detector which comprises detection means as well as means for forming an aerosol comprising a nebulizer and means for transferring this aerosol to the detection means is characterized in that the means for transferring the aerosol towards the detection means comprise at least two essentially cylindrical removable nebulization chambers associated with the nebulizer, namely a conventional nebulization chamber adapted to conventional chromatography and a modified nebulization chamber having a geometry adapted to micro chromatography at high speed and high temperature.
  • Such a detector may advantageously be constituted by an evaporative light scattering detector (ELSD) but may also correspond without departing from the scope of the invention to any detector located downstream of a liquid chromatography column including steps nebulization that is to say transformation into an aerosol of the mobile phase leaving the chromatography column, vaporization of the aerosol and its detection.
  • ELSD evaporative light scattering detector
  • a modified nebulization chamber adapted to micro chromatography can not be used above determined flow rates because, following turbulence, the results become non-reproducible. It is therefore essential that the detector according to the invention can have, depending on the type of chromatography, several different nebulization chambers that can be changed easily and quickly as needed.
  • the modified spray chamber must of course generally behave as a filtering means for removing the largest aerosol droplets so as to obtain a narrow distribution of the droplets transferred to the detection means.
  • this filtering means can remove up to about 80% of the sample leaving the chromatography column.
  • the most influential parameters are the diameter of the nebulization chamber, the length of this chamber and its curvature, that is to say the angle of the path of the aerosol droplets. between the entrance and the exit of this room.
  • the diameter of the modified nebulization chamber is smaller than the diameter of the conventional nebulization chamber.
  • the modified spray chamber can thus advantageously be about twice as narrow as the conventional spray chamber.
  • the length of the modified nebulization chamber is less than the length of the conventional nebulization chamber.
  • the modified spray chamber can thus advantageously be about twice as short as the conventional spray chamber.
  • the geometry of the modified nebulization chamber is chosen so that the path of the aerosol droplets between the inlet and the outlet of this chamber is at an angle of approximately 90 °.
  • the geometry of the modified nebulization chamber is chosen so that the path of the aerosol droplets between the inlet and the outlet of this chamber makes an angle of about 120 °.
  • the configuration of the nebulization chambers thus tested was as follows: conventional configuration: original nebulization chamber without any modification,
  • 90 ° spray chamber made to measure twice as narrow as the conventional spray chamber, the angle of curvature of this chamber being maintained at 90 °
  • - narrow, short configuration 90 °: spray chamber made to measure twice as narrow and twice as short as the conventional spray chamber, the angle of curvature of this chamber being maintained at 90 °
  • nebulization chamber made to measure twice as narrow and twice as short as the conventional nebulization chamber, the curvature of this nebulization chamber having been modified to be equal to 120 °,
  • a short, narrow 120 ° nebulization chamber was also tested by increasing the nebulization pressure by 3 to 5 bar.
  • FIG. 2 represents, for each of the nebulization chambers tested, the variation of the number of theoretical plates N remaining as a function of the internal diameter (LD) of the column. It follows from this figure that:
  • the short, narrow 120 ° configuration nebulization chamber seems the most appropriate for maintaining sufficient efficiency with micro-chromatography assembly and especially with a high-speed micro-chromatography assembly.
  • FIGS. 3 and 4 show, respectively, for the conventional nebulization chamber and the modified narrow nebulization chambers, short, 90 ° and narrow, short 120 ° the variations of the chromatographic background noise (noise) and the height of the peak Chromatographic ((Height) mV) as a function of the internal diameter (LD) of the column ce for a fast chromatography flow rate, ie equal to 3 times the conventional flow rate.
  • the conventional fogging chamber provides in all cases the most intense signal but also the highest background noise.
  • the modified nebulization chambers make it possible to reduce the background noise but also cause a decrease in the signal.
  • the nebulization pressure has a significant role in the efficiency measured at the level of the detection means, the residual efficiency being all the greater as the pressure (or the flow rate) of the Nebulizing gas is high.
  • This increase in efficiency can be interpreted as the flow of nebulizing gas by the fact that the transfer rate of the compounds to be analyzed towards the detection means increases.
  • the modified nebulization chamber is equipped at the outlet of its means for injecting an additional gas flow into the aerosol.
  • the modified nebulization chamber comprises a narrowing at its outlet and the auxiliary gas flow is an annular flow injected into the aerosol at this level.
  • the conventional fogging chamber was narrowed at its outlet so that it could enter the evaporation tube at this level and an aerosol flow was injected into the aerosol by orifice thus created around the narrowed portion of the nebulizing chamber.
  • the height of the signal is then higher, which tends to show that the quantity of aerosol sent to the detection means increases with the compression in the nebulization cell because it leaves more product than in the absence of compression.

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Abstract

Appareil de détection destiné à être couplé à une colonne de chromatographie en phase liquide et équipé de moyens de détection ainsi que de moyens permettant la formation d'un aérosol et de moyens permettant le transfert de cet aérosol vers les moyens de détection, les moyens de formation de l'aérosol comportant un nébuliseur dans lequel on introduit d'une part un échantillon constitué par une phase mobile renfermant des composés à analyser qui ont été dissous dans celle-ci et d'autre part un gaz de nébulisation permettant de transformer l'échantillon en un aérosol, caractérisé en ce que les moyens de transfert de l'aérosol vers les moyens de détection comportent au moins deux chambres de nébulisation amovibles essentiellement cylindriques associées au nébuliseur, à savoir une chambre de nébulisation conventionnelle adaptée à la chromatographie classique et une chambre de nébulisation modifiée ayant une géométrie adaptée à la micro chromatographie à grande vitesse et haute température.

Description

Appareil de détection destiné à être couplé à une colonne de chromato- graphie en phase liquide et équipé de moyens permettant la formation et le transfert d'un aérosol »
La présente invention a pour objet un détecteur destiné à être couplé à une colonne de chromatographie en phase liquide et équipé de moyens de détection ainsi que de moyens permettant la formation d'un aérosol et son transfert vers ces moyens de détection.
Les moyens de formation d'un aérosol d'un tel détecteur comportent essentiellement un nébuliseur dans lequel on introduit d'une part un échantillon constitué par une phase mobile renfermant des composés à analyser qui ont été dissous dans celle-ci et d'autre part un gaz de nébulisation.
Les moyens de transfert de l'aérosol sont quant à eux essentiellement constitués par une chambre d'évaporation correspondant en règle générale à un tube chauffé dans laquelle on évapore la phase mobile afin de ne conserver que des micro particules des composés à analyser.
Il est à noter que l'étape intermédiaire de transformation du liquide sortant de la colonne de chromatographie en un aérosol est quasi obligatoire dans la mesure où un aérosol est plus facile à transporter et à évaporer qu'un liquide.
Depuis quelques années les méthodes séparatives et en particulier la chromatographie en phase liquide ont donné lieu à plusieurs axes de développement.
La chromatographie conventionnelle selon laquelle on utilise des colonnes ayant un diamètre interne de l'ordre de 4 mm et des débits importants de l'ordre de 1 000 μl/mn est en particulier de plus en plus souvent remplacée par la micro chromatographie selon laquelle on utilise des débits de l'ordre de 200 μl/mn, voire la chromatographie capillaire pour laquelle les débits sont de l'ordre de 4 μl/mn et même la nano chromatographie pour laquelle les débits sont inférieurs à 1 μl/mn.
Lors de la mise en œuvre de ces techniques le diamètre des colonnes doit bien entendu être diminué en conséquence.
Cette miniaturisation présente de nombreux avantages parmi lesquels on peut notamment citer la diminution de la quantité de solvants organiques utilisés compte tenu des plus faibles débits.
De plus, plus le débit de liquide porteur (phase mobile) est faible, plus la concentration en produit à détecter est importante d'après la théorie de la chromatographie. II en résulte que l'utilisation de faibles débits devrait classiquement être avantageuse.
Cette situation est illustrée par le tableau classique ci- dessous.
Figure imgf000003_0001
Tableau 1
II résulte de ce tableau que si pour une colonne ayant un diamètre interne de 4,6 mm et un débit de phase mobile de 1 000 μl/mn, on peut détecter en sortie de colonne une concentration C de composés à analyser, avec une colonne ayant un diamètre interne de 0,3 mm et un débit de phase mobile de 4 μl/mn, on peut détecter une concentration 235 fois supérieure de ces composés.
Ceci signifie que si l'on injecte la même quantité de composés à analyser, plus le diamètre interne de la colonne et le débit de phase mobile sont faibles, plus la hauteur des pics chromatographiques est im- portante, donc plus ces composés sont faciles à détecter.
En d'autres termes, le tableau 1 montre que sur des colonnes de chromatographie de faible diamètre et pour des faibles débits de phase mobile, on peut détecter des concentrations beaucoup plus faibles.
Toutefois, à côté de cette notion de sensibilité, il est néces- saire de prendre en considération la notion d'efficacité chromatographique qui est matérialisée par différents paramètres dont la largeur d'un pic chromatographique à mi-hauteur (W1/.) ou le nombre N de plateaux théo- riques pouvant être obtenu ou le nombre H correspondant à la hauteur équivalente à un plateau théorique.
Ces paramètres indiquent la qualité de la chromatographie.
La figure 1 illustre les variations de l'efficacité chromato- graphique exprimée par la hauteur équivalente à un plateau théorique H en fonction de la vitesse linéaire u de la phase mobile dans la colonne, ce pour 4 températures différentes (25°C, 75°C, 125°C, 175°C).
Il est à noter qu'il est toujours avantageux de travailler à proximité du minimum de ces courbes vu que plus la hauteur équivalente à un plateau théorique H est faible, meilleure est l'efficacité N.
Or, la courbe à 25°C montre que l'efficacité décroît très brusquement avec la vitesse linéaire de la phase mobile dans la colonne.
Au contraire, sur la courbe à 175°C, cette efficacité ne varie que très faiblement lorsque la vitesse linéaire de la phase mobile aug- mente.
Il en résulte qu'à cette température on peut travailler trois à cinq fois plus vite en conservant la même efficacité, alors qu'à faible température, si on augmente la vitesse, on diminue immédiatement l'efficacité de la séparation. En conclusion, les courbes de la figure 1 permettent de mettre en évidence l'intérêt de la chromatographie à haute température et grande vitesse.
Il est toutefois essentiel que les performances, en particulier l'efficacité, obtenues en sortie de colonne soient conservées au cours du transfert de l'échantillon dans le détecteur couplé à celle-ci jusqu'aux moyens de détection, donc qu'il ne se produise pas d'élargissement des pics chromatographiques à ce niveau.
Il est par suite nécessaire d'optimiser ces détecteurs.
Il existe actuellement sur le marché une large gamme de dé- tecteurs de type susmentionné destinés à être couplés à une colonne de chromatographie en phase liquide dans lesquels les moyens de détection peuvent être optiques, électriques ou autres.
Les différences entre les différents types de détection se situent souvent dans la transformation des composés à analyser qui, en so- lution dans les gouttelettes d'aérosol, se retrouvent en phase gazeuse après évaporation, soit - sous forme de particules comme c'est le cas avec le détecteur évaporatif à diffusion de la lumière (Evaporative Light Scattering Detector ou ELSD)
- sous forme de particules dont la taille a été augmentée par nucléation à l'aide d'un réactif adapté comme c'est le cas avec le détecteur à nucléation et diffusion de lumière (Condensation Nucléation Light Scattering Detector ou CNLSD)
- sous forme de particules de solutés chargées électriquement comme c'est le cas avec le détecteur de composés chargés (Charged Aérosol De- tector ou CAD)
- ou encore sous forme d'ions comme c'est le cas avec le détecteur de spectrométrie de masse (Mass Spectrometry ou MS) ou celui à chimi- luminescence à l'azote (ChemiLuminescent Nitrogen Dectector ou CLND)... Lorsqu'ils sont couplés à des colonnes de chromatographie en phase liquide ou en phase supercritique (Supercritical Fluid Chromato- graphy ou SFC) ou autres modes de séparation en phase liquide (Counter Current Chromatography ou CCC...), ces détecteurs ont des performances très variables ; toutefois presque tous fonctionnent mieux pour de faibles débits de phases mobiles que pour des débits plus élevés, et certains comme la MS et le CLND sont même incompatibles avec des débits de 1 ml/min.
Compte tenu de ce qui précède, il serait avantageux d'adapter ces détecteurs de façon à pouvoir effectuer des analyses rapides à haute température sans nuire à l'efficacité chromatographique.
Toutefois, il est aujourd'hui impossible, en chromatographie normale d'augmenter la vitesse linéaire de la phase mobile en travaillant à haute température car on obtiendrait alors des pressions trop importantes qui entraîneraient une dégradation rapide de l'appareillage. Or, les phénomènes d'élargissement des pics qui sont les plus souvent négligeables à débit analytique sur une colonne de chromatographie classique (4,6 mm de diamètre intérieur - débit de 1 ml/mn) deviennent inacceptables quand on réduit le débit de la phase mobile sur des colonnes de plus faible diamètre. Dans ce contexte, la présente invention a pour objet d'adapter les détecteurs du type susmentionné destinés à être couplés à une colonne de chromatographie en phase liquide à la micro chromatographie rapide à haute température, ce en les optimisant de manière à éliminer ou pour le moins à réduire les phénomènes d'élargissement des pics, donc de perte d'efficacité chromatographique au cours du transfert de l'échantillon entre la sortie de la colonne de chromatographie et les moyens de détection. Selon l'invention on a pu déterminer l'origine principale de ces phénomènes en effectuant des tests sur des détecteurs particuliers, à savoir des détecteurs évaporatifs à diffusion de lumière (ELSD) commercialisés par la Société SEDERE sous la dénomination SEDEX.
De tels détecteurs sont équipés d'une chambre de nébulisa- tion associée au nébuliseur et montée en amont de la chambre d'évaporation.
Le nébuliseur est un nébuliseur concentrique de type Ven- turi dans lequel le gaz de nébulisation arrive tangentiellement par une buse concentrique de manière à envelopper coaxialement le flux d'échantillon à analyser.
La chambre de nébulisation fait office de filtre pour permettre d'obtenir une répartition étroite du diamètre des gouttelettes de l'aérosol formé dans le nébuliseur : en effet, les plus grosses gouttelettes qui sont situées à l'extérieur du jet et sont plus lentes que les gouttelettes plus petites se trouvant à la partie médiane de celui-ci sont éliminées par condensation sur les parois de la chambre de nébulisation puis évacuées et éliminées à l'aide d'un siphon ; en conséquence la partie centrale du jet est pratiquement la seule à être transférée vers la chambre d'évaporation par un orifice médian. II est dans la pratique indispensable de ne pas transférer la totalité de l'échantillon sortant de la colonne de chromatographie vers les moyens de détection qui seraient sinon très rapidement pollués car les plus grosses gouttelettes d'aérosol doivent être éliminées dans la mesure où elles sont plus difficiles à évaporer. Ces dernières sont préjudiciables au rapport signal/bruit vu qu'elles augmentent le bruit de fond.
Dans les détecteurs SEDEX, la chambre de nébulisation forme avec le nébuliseur un ensemble amovible montable et démontable en quelques minutes seulement et d'une totale accessibilité de façon à permettre à l'appareil d'être optimisé en fonction du type de chromatogra- phie.
Aujourd'hui, ces détecteurs peuvent ainsi être équipés de trois chambres de nébulisation différentes qui peuvent être changées très facilement et très rapidement en fonction des besoins et des modèles, à savoir une chambre de nébulisation conventionnelle, une chambre de né- bulisation conventionnelle à double enveloppe adaptée à la chromatogra- phie en phase supercritique et une chambre de nébulisation adaptée à la chimie combinatoire. Plusieurs nébuliseurs peuvent équiper ces chambres de nébulisation pour être adaptés aux débits les plus divers (5 μl/mn à 5 ml/mn) de façon à permettre d'optimiser le rapport signal/bruit qui est très dépendant du débit de la phase mobile.
Il est à noter qu'en dehors de la spectrométrie de masse, aucun des autres détecteurs du type susmentionné actuellement sur le marché n'est équipé d'une chambre de nébulisation similaire.
Dans ces détecteurs, les plus grosses gouttelettes de l'aérosol formé par le nébuliseur sont en règle générale également éliminées, mais, dans une autre partie « figée » de l'appareil qui n'est ni visible ni accessible sans modification.
Tel est plus précisément ainsi le cas chez tous les fabricants de détecteurs évaporatifs à diffusion de lumière (ELSD) mais également pour les autres types de détection qui sont équipés de filtres présentés sous les appellations d« Impactor » (ELSD), de « diffuser » (ELSD), de filtre de diffusion (CNLSD), de filtre de masse (MS, CAD).
Les phénomènes d'élargissement des pics chromatographi- ques observés ne peuvent se situer principalement qu'en aval des nébuliseurs qui sont pratiquement toujours de type pneumatique et peuvent avoir des caractéristiques physiques relativement différentes selon les constructeurs.
En effet, l'optimisation au niveau de la nébulisation est en règle générale réalisée à l'aide des paramètres classiques que constituent les débits des gaz et des liquides.
Certains constructeurs utilisent même comme paramètre supplémentaire le chauffage du nébuliseur.
Conformément à l'invention, on a pu établir que dans le détecteur évaporatif à diffusion de lumière SEDEX, la perte d'efficacité se situe essentiellement au niveau de la chambre de nébulisation dont la géométrie est inadaptée aux faibles débits de phase mobile, donc à la mi- cro chromatographie.
Des tests réalisés sur un détecteur modifié dépourvu de chambre de nébulisation ont en effet permis de mettre clairement en évi- dence que l'on pouvait ainsi obtenir une nette diminution des effets extracolonne défavorables.
L'invention a ainsi pour objet de proposer un détecteur destiné à être couplé à une colonne de chromatographie en phase liquide susceptible d'être adapté à tout type de chromatographie, en particulier à la micro chromatographie à grande vitesse et haute température et permettant de traduire dans l'efficacité des pics qu'il délivre une image fidèle de l'efficacité chromatographique.
Selon l'invention, un tel détecteur qui comporte des moyens de détection ainsi que des moyens de formation d'un aérosol comportant un nébuliseur et des moyens de transfert de cet aérosol vers les moyens de détection est caractérisé en ce que les moyens de transfert de l'aérosol vers les moyens de détection comportent au moins deux chambres de né- bulisation amovibles essentiellement cylindriques associées au nébuliseur, à savoir une chambre de nébulisation conventionnelle adaptée à la chromatographie classique et une chambre de nébulisation modifiée ayant une géométrie adaptée à la micro chromatographie à grande vitesse et haute température.
Un tel détecteur peut avantageusement être constitué par un détecteur évaporatif à diffusion de lumière (ELSD) mais peut également correspondre sans pour cela sortir du cadre de l'invention à tout détecteur situé en aval d'une colonne de chromatographie en phase liquide incluant des étapes de nébulisation c'est-à-dire de transformation en un aérosol de la phase mobile sortant de la colonne de chromatographie, de vaporisation de cet aérosol et de sa détection.
Il est à noter qu'une chambre de nébulisation modifiée adaptée à la micro chromatographie ne peut pas être utilisée au-dessus de débits déterminés car, suite à des turbulences, les résultats deviennent non reproductibles. II est donc essentiel que le détecteur selon l'invention puisse disposer, en fonction du type de chromatographie, de plusieurs chambres de nébulisation différentes pouvant être changées facilement et rapidement selon les besoins.
La chambre de nébulisation modifiée doit bien entendu en règle générale se comporter comme un moyen de filtration permettant d'éliminer les plus grosses gouttelettes d'aérosol de façon à obtenir une répartition étroite des gouttelettes transférées vers les moyens de détection. Dans la pratique, ce moyen de filtration peut éliminer jusqu'à environ 80 % de l'échantillon sortant de la colonne de chromatogra- phie.
Selon l'invention, on a étudié différents paramètres physi- ques et géométriques de la chambre de nébulisation de nature à influer sur l'élargissement des pics et la perte d'efficacité par rapport à l'efficacité chromatographique .
On a ainsi pu établir que les paramètres ayant le plus d'influence sont le diamètre de la chambre de nébulisation, la longueur de cette chambre ainsi que sa courbure, c'est-à-dire l'angle du trajet des gouttelettes d'aérosol entre l'entrée et la sortie de cette chambre.
Par suite, selon une autre caractéristique de l'invention, le diamètre de la chambre de nébulisation modifiée est inférieur au diamètre de la chambre de nébulisation conventionnelle. La chambre de nébulisation modifiée peut ainsi avantageusement être environ deux fois plus étroite que la chambre de nébulisation conventionnelle .
Selon une autre caractéristique de l'invention, la longueur de la chambre de nébulisation modifiée est inférieure à la longueur de la chambre de nébulisation conventionnelle.
La chambre de nébulisation modifiée peut avantageusement ainsi être environ deux fois plus courte que la chambre de nébulisation conventionnelle .
Selon une autre caractéristique de l'invention, la géométrie de la chambre de nébulisation modifiée est choisie de sorte que le trajet des gouttelettes d'aérosol entre l'entrée et la sortie de cette chambre fasse un angle d'environ 90°.
Un tel angle correspond en fait à celui du trajet des gouttelettes d'aérosol dans la chambre de nébulisation conventionnelle. Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, la géométrie de la chambre de nébulisation modifiée est choisie de sorte que le trajet des gouttelettes d'aérosol entre l'entrée et la sortie de cette chambre fasse un angle d'environ 120°.
Pour vérifier les avantages du détecteur conforme à l'invention, on a réalisé des tests à partir d'un détecteur évaporatif à diffusion de lumière commercialisé par la Société SEDERE sous l'appellation SEDEX 85 que l'on a équipé de différentes chambres de nébulisation modifiées ou non et que l'on a utilisé dans des conditions chromatographi- ques défavorables afin de pouvoir visualiser au mieux les différences entre les différentes chambres de nébulisation (système miniaturisé - micro chromatographie, un facteur de rétention k faible (égal à 2) et enfin un débit trois fois supérieur au débit classiquement utilisé (chromatographie à grande vitesse)).
On a par ailleurs utilisé comme modèle une colonne de 15 cm, 5 μm devant théoriquement donner 15 000 plateaux.
La configuration des chambres de nébulisation ainsi testées a été la suivante : - configuration conventionnelle : chambre de nébulisation d'origine sans aucune modification,
- configuration étroite, 90° : chambre de nébulisation faite sur mesure deux fois plus étroite que la chambre de nébulisation conventionnelle, l'angle de courbure de cette chambre étant maintenu à 90°, - configuration étroite, courte, 90° : chambre de nébulisation faite sur mesure deux fois plus étroite et deux fois plus courte que la chambre de nébulisation conventionnelle, l'angle de courbure de cette chambre étant maintenu à 90°,
- configuration étroite, courte, 120° : chambre de nébulisation faite sur mesure deux fois plus étroite et deux fois plus courte que la chambre de nébulisation conventionnelle, la courbure de cette chambre de nébulisation ayant été modifiée pour être égale à 120°,
- configuration sans chambre de nébulisation.
On a également effectué un test avec la chambre de nébuli- sation de configuration étroite, courte, 120° en augmentant la pression de nébulisation de 3 à 5 bars.
La figure 2 représente, pour chacune des chambres de nébulisation testées, la variation du nombre de plateaux théoriques N restant en fonction du diamètre interne (LD.) de la colonne. II résulte de cette figure que :
- la chambre de nébulisation conventionnelle permet de travailler avec une perte d'efficacité limitée pour des colonnes classiques de diamètre interne (LD.) compris entre 2, 1 et 4,6 mm mais est incompatible avec les plus petites colonnes (LD. < à 1 mm) lorsque l'on travaille à grande vitesse (N = 3 800 avec une colonne de 500 μm de diamètre),
- le fait de réduire le diamètre de la chambre de nébulisation (configuration étroite, 90°) permet de réduire significativement la perte en efficaci- té en micro chromatographie à grande vitesse (N = 7 000 avec une colonne de 500 μm),
- le fait de réduire simultanément le diamètre et la longueur de la chambre de nébulisation (configuration étroite, courte, 90°) permet d'améliorer fortement les résultats en micro chromatographie à grande vitesse (N = 9 500 avec une colonne de 500 μm),
- le fait de modifier l'angle de courbure de la chambre de nébulisation (configuration étroite, courte, 120°) ne semble avoir qu'une faible influence sur l'efficacité (N = 9 800 avec une colonne de 500 μm), - le fait d'augmenter la pression de nébulisation de 3 à 5 bars (configuration étroite, courte, 120°, 5 bars) améliore notablement la qualité du pic chromatographique (N = 11 800 avec une colonne de 500 μm),
- enfin sans chambre de nébulisation, l'efficacité obtenue est du même ordre de grandeur (N = 12 200 avec une colonne de 500 μm) que celle obtenue avec la meilleure chambre de nébulisation (configuration étroite, courte, 120°, 5 bars).
Il résulte par suite du test ainsi effectué que la chambre de nébulisation de configuration étroite, courte, 120° semble la plus appropriée pour conserver une efficacité suffisante avec un montage de micro chromatographie et à fortiori avec un montage de micro chromatographie à grande vitesse.
Pour confirmer la supériorité d'une chambre de nébulisation ainsi modifiée, on a effectué des tests complémentaires afin de s'assurer que le gain d'efficacité ainsi obtenu par rapport à la chambre de nébulisation conventionnelle ne l'avait pas été au détriment de la sensibilité comme dans le cas de la configuration sans chambre de nébulisation.
Les figures 3 et 4 représentent respectivement, pour la chambre de nébulisation conventionnelle et les chambres de nébulisation modifiées de configuration étroite, courte, 90° et étroite, courte 120° les variations du bruit de fond chromatographique (noise) et de la hauteur du pic chromatographique ((Height) mV) en fonction du diamètre interne (LD.) de la colonne ce pour un débit de chromatographie rapide c'est-à-dire égal à 3 fois le débit conventionnel.
Il résulte de ces figures que la chambre de nébulisation conventionnelle fournit dans tous les cas le signal le plus intense mais aussi le bruit de fond le plus élevé. Les chambres de nébulisation modifiées permettent quant à elles de diminuer le bruit de fond mais provoquent également une diminution du signal.
Globalement, en terme de rapport signal/ bruit, ce dernier ne varie pas significativement avec la géométrie de la chambre de nébulisation et la sensibilité est équivalente entre la chambre de nébulisation conventionnelle et la chambre de nébulisation modifiée de configuration étroite, courte, 120°.
Ces tests ont ainsi permis de démontrer que la chambre de nébulisation modifiée, de configuration étroite, courte, 120° permet de réduire les pertes d'efficacité du pic chromatographique en micro chromato- graphie ou micro chromatographie rapide et ne génère pas de perte significative de sensibilité par rapport à une chambre de nébulisation conventionnelle. Cette chambre de nébulisation modifiée n'apporte en revanche pas de bénéfice notable pour des débits supérieurs à 200 μl/mn pour lesquels la chambre de nébulisation conventionnelle est parfaitement adaptée.
Les tests susmentionnés ont par ailleurs mis en évidence que la pression de nébulisation a un rôle non négligeable dans l'efficacité mesurée au niveau des moyens de détection, l'efficacité résiduelle étant d'autant plus élevée que la pression (ou le débit) du gaz de nébulisation est élevée.
On peut interpréter cette augmentation de l'efficacité avec le débit de gaz de nébulisation par le fait que la vitesse de transfert des composés à analyser vers les moyens de détection augmente.
Or, dans les détecteurs actuels, cette vitesse de transfert est totalement dépendante du débit de gaz imposé par la nébulisation et ne peut pas être modifiée à volonté. Pour remédier à cet inconvénient, on a eu l'idée conformément à l'invention de désolidariser les deux étapes distinctes de formation de l'aérosol et de transfert des composés à analyser vers les moyens de détection.
A cet effet, selon une caractéristique particulièrement avan- tageuse de l'invention, la chambre de nébulisation modifiée est équipée au niveau de sa sortie de moyens permettant d'injecter un flux de gaz annexe dans l'aérosol. Selon une autre caractéristique de l'invention, la chambre de nébulisation modifiée comporte un rétrécissement au niveau de sa sortie et le flux de gaz annexe est un flux annulaire injecté dans l'aérosol à ce niveau. Pour prouver le caractère avantageux d'une telle injection de gaz annexe, on a effectué des tests sur un détecteur évaporatif à diffusion de lumière commercialisé par la Société SEDERE sous la dénomination SEDEX 75, ce en modifiant la géométrie de la chambre de nébulisation d'un tel détecteur. Dans ce détecteur le tube d'évaporation pénètre dans la chambre de nébulisation à la sortie de cette chambre.
Lors de ces tests, on a rétréci la chambre de nébulisation conventionnelle au niveau de sa sortie de sorte qu'elle puisse pénétrer dans le tube d'évaporation à ce niveau et on a injecté dans l'aérosol un flux d'air annexe par l'orifice ainsi crée autour de la partie rétrécie de la chambre de nébulisation.
On a ensuite successivement analysé les caractéristiques du pic chromatographique du glucose avec un détecteur conventionnel et un détecteur ainsi modifié dans lequel on a injecté différents débits d'air annexe par l'orifice annulaire susmentionné, ce dans les conditions chro- matographiques suivantes :
- colonne Kromasil C 18, 50 x 4 mm, 5 μm, 1 ml/mn eau, 20 μl glucose 5 ppm, détecteur Sedex 75 (3,5 bars, 500C, gain 12), nébuliseur 150 μm (1,74 1/mn). Les résultats ainsi obtenus sont rassemblés dans le tableau
2 ci-dessous.
Figure imgf000014_0001
Tableau 2
Ce tableau met sans équivoque en lumière l'intérêt d'optimiser indépendamment le débit de gaz de nébulisation permettant de former l'aérosol et le débit de gaz permettant le transfert de celui-ci vers les moyens de détection pour réduire la perte d'efficacité chromatographi- que.
Il est à noter que dans le cas de la chambre de nébulisation modifiée, si l'on n'injecte pas d'air annexe, le flux provenant de la chambre de nébulisation est tout d'abord comprimé puis dilaté, ce qui nuit à l'efficacité par rapport à la chambre de nébulisation conventionnelle.
En revanche, la hauteur du signal est alors plus élevée ce qui tend à démontrer que la quantité d'aérosol envoyée vers les moyens de détection augmente avec la compression dans la cellule de nébulisation car il sort plus de produit qu'en l'absence de compression.
L'ajout d'un flux d'air annexe en complément du gaz nécessaire à la nébulisation a pour effet possible d'augmenter la vitesse de transfert de l'aérosol vers les moyens de détection optiques donc de réduire les pertes d'efficacité chromatographique en diminuant la diffusion des solutés pendant ce transfert accéléré. Un effet négatif de diminution du signal de lumière diffusée par les solutés est noté et la diminution est d'autant plus importante que la quantité d'air annexe est grande.
On voit par exemple qu'un débit aussi faible que 0,65 1/mn en air annexe ajouté au débit de 1,74 1/mn du nébuliseur permet de di- minuer de plus de 15 % WV2 tout en augmentant la hauteur du signal de 6 %.
Selon que l'utilisateur cherche à privilégier l'intensité du signal, l'efficacité ou la symétrie des pics, il peut choisir en conséquence le débit d'air annexe ajouté.
Ces variations déjà faciles à observer avec des débits de 1 ml/mn seraient en théorie plus importantes à faible débit et l'addition d'un flux de gaz annexe dans l'aérosol présente par suite un intérêt certain. II est à noter que conformément à l'invention, on peut également envisager d'équiper la chambre de nébulisation conventionnelle, tout comme la chambre de nébulisation modifiée d'un rétrécissement permettant d'augmenter la compression de l'aérosol à transporter vers les moyens de détection.

Claims

R E V E N D I C A T I O N S
1°) Procédé permettant d'adapter sélectivement un détecteur destiné à être couplé à une colonne de chromatographie en phase liquide à tout type de chromatographie, allant de la chromatographie conventionnelle pour Ia- quelle les débits sont de l'ordre du ml/mn à la microchromatographie à grande vitesse à température ambiante ou à haute température pour laquelle les débits sont de l'ordre de quelques μl/mn de façon à lui permettre de traduire, dans l'efficacité des pics qu'il délivre, une image fidèle de l'efficacité chromatographique, ce détecteur étant équipé de moyens de détection et de moyens permettant la formation d'un aérosol dans lesquels on introduit d'une part un échantillon constitué par une phase mobile renfermant des composés à analyser qui ont été dissous dans celle-ci et d'autre part un gaz de nébulisation permettant de transformer l'échantillon en un aérosol, ainsi que de moyens permettant le transfert de cet aérosol vers les moyens de détection, caractérisé en ce que
- les moyens de transfert de l'aérosol vers les moyens de détection comportent au moins deux chambres de nébulisation respectivement associées à un nébuliseur constituant des moyens de formation de cet aérosol, pour former un ensemble amovible et accessible, montable et démontable rapidement, ces chambres de nébulisation constituant des moyens de filtration permettant d'éliminer les plus grosses gouttelettes d'aérosol de façon à obtenir une répartition étroite du diamètre des gouttelettes transférées vers les moyens de détection, et - on monte sélectivement sur le détecteur un ensemble nébuliseur/ chambre de nébulisation dont la chambre de nébulisation a une géométrie adaptée au type de séparation chromatographique à effectuer.
2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le détecteur est équipé d'un ensemble nébuliseur/ chambre de nébulisation comportant une chambre de nébulisation conventionnelle ayant une géométrie adaptée à la chromatographie classique et d'un ensemble nébu- liseur/ chambre de nébulisation comportant une chambre de nébulisation modifiée ayant une géométrie adaptée à la microchromatographie, en particulier à la microchromatographie à grande vitesse et haute température. 3°) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le diamètre de la chambre de nébulisation modifiée est inférieur au diamètre de la chambre de nébulisation conventionnelle.
4°) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la chambre de nébulisation modifiée est environ deux fois plus étroite que la chambre de nébulisation conventionnelle.
5°) Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la longueur de la chambre de nébulisation modifiée est inférieure à la longueur de la chambre de nébulisation conventionnelle.
6°) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la chambre de nébulisation modifiée est environ deux fois plus courte que la chambre de nébulisation conventionnelle.
7°) Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que la géométrie de la chambre de nébulisation modifiée est choisie de sorte que le trajet des gouttelettes d'aérosol entre l'entrée et la sortie de cette chambre fasse un angle d'environ 90°.
8°) Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que la géométrie de la chambre de nébulisation modifiée est choisie de sorte que le trajet des gouttelettes d'aérosol entre l'entrée et la sortie de cette chambre fasse un angle d'environ 120°.
9°) Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que la chambre de nébulisation modifiée est équipée au niveau de sa sortie de moyens permettant d'injecter un flux de gaz annexe dans l'aérosol. 10°) Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la chambre de nébulisation modifiée comporte un rétrécissement au niveau de sa sortie et le flux de gaz annexe est un flux annulaire injecté dans l'aérosol à ce niveau.
11°) Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 10, caractérisé en ce que la chambre de nébulisation conventionnelle comporte un rétrécissement au niveau de sa sortie.
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