Système d’injection du GC 3800 du laboratoire LaRGe :

Le système d’injection utilisé inclus :

– deux vannes à voies multiples notées V1, vanne à 10 voies, et V2, vanne à 4 voies, qui permettent, par un simple mouvement de rotation impulsé automatiquement par de l’air sous pression (mélange N2/O₂− N57 à 200 bar), de faire passer un

échantillon gazeux, à partir d’un circuit parallèle, dans le dispositif de préconcen-tration et dans le circuit analytique du GC.

– deux vannes simples, V3 et V4, qui permettent l’introduction de l’échantillon respectivement à forte et faible concentration.

– le système de préconcentration de l’échantillon, encore appelé Sample Précon-centration Trap (SPT), composé d’une petite colonne d’adsorbant (Tenax GR, Carbopack B, Carbosieve S-III) et refroidi par du CO2. Dans ce dispositif, les trois adsorbants sont associés pour piéger efficacement une large gamme de COV dont les volatilités sont différentes (figure 4.3). Ils sont placés de sorte que les composés possédant la plus petite masse moléculaire traversent la cartouche et soient piégés sur la dernière couche. La couche d’adsorbant intermédiaire (2) em-pêche le COV d’atteindre la suivante sur laquelle il pourrait s’adsorber de manière définitive. Lorsque le tube est chauffé pour la désorption, le sens du flux de gaz est inversé par rapport à celui du piégeage. Un schéma pour ce tube est proposé à la figure 4.3, les adsorbants y sont placés, dans le sens du piégeage, du plus faible au plus fort. Quelques unes de leurs caractéristiques physico-chimiques sont données au tableau 4.5.

– un ensemble d’appareillages annexes placé en différents points du circuit et consti-tué d’une pompe à membrane, d’un contrôleur de débit massique et d’une boucle

FIGURE 4.3: Nature et disposition des adsorbants présents dans le SPT. La zone 1

correspond au Tenax GR, la 2 au Carbopack B et la 3 au Carbosieve S-III.

Catégorie Adsorbant Nature Granul. Surface Temp. Intervalle de la spécifique limite de volatilité surface (m².g−1_{) (°C) approximatif}

des composés retenus

Noirs de Carbopack B Hydrophobe 60/80, 100 >400 (n−C4)

carbone 80/100, n−C5à

graphité 80/120 n−C14

Tamis Carbosieve Hydrophobe 60/80 820 400 -60 à 80 °C moléculaire S-III

carboné

Polymère Tenax GR Hydrophobe 35 350 bp 100 à 450°C :

n−C7à

n−C30

TABLE 4.5: Inventaire et caractéristiques physico-chimiques des adsorbants présents

dans le SPT pour la mesure des composés organiques atmosphériques. Source : Camel and Claude (1995), Grawlowski et al. (1999), Lhuillier et al. (2000).

de 1 mL. Les deux premiers permettent l’aspiration de l’échantillon d’air dans le système à débit constant assurant sa stabilité et sa reproductibilité dans le temps. La boucle de 1 mL sert à introduire des échantillons étalons.

Ce système est indépendant du CPG. Cependant, pour récupérer les échantillons ainsi piégés, une rotation de V1 et V2 permet l’injection proprement dite, de l’échan-tillon, via le gaz vecteur dans le CPG. Le gaz vecteur balaie à contre sens le SPT, entraî-nant les composés désorbés vers l’injecteur 1177. Le tout est contrôlé électroniquement par l’EFC 25.

Nous décrivons ci-dessous le déroulement des phases de piégeage, de désorption et d’injection.

Durant la phase de piégeage, l’échantillon pénètre dans le système par la vanne V4, puis atteint la vanne V1. Elle fonctionne soit en mode « Trap (position + pour laquelle les voies 1 et 2 communiquent) » soit en mode « Désorb (position - pour laquelle les voies 1 et 10 communiquent) ». En position +, le volume prélevé est piégé à froid (0°C) pour obtenir la préconcentration des composés à l’intérieur du SPT (figure 4.4) (cette température, les problèmes liés à l’humidité de l’air avec le Carbosieve sont évités). L’accès au SPT est autorisé par la vanne V2 lorsqu’elle est en mode série. La rétention du composé sera fonction de l’affinité des adsorbants du SPT avec les

FIGURE 4.4: Phase de piégeage, V1 est en position + et V2 en position -.

composés à concentrer (polarité, taille, volatilité, . . .). L’agent réfrigérant utilisé est le gaz carbonique provenant d’une bouteille pressurisée.

Vient ensuite l’étape de désorption , au cours de laquelle la vanne V2 est utilisée pour isoler le SPT durant le cycle de préchauffage ; cette isolation est réalisée lorsque V2 est en position + pour laquelle les voies 1 et 4 communiquent, c’est-à-dire en mode Bypass (figure 4.5). Après chauffage et donc désorption des molécules de COV

FIGURE4.5: Phase de désorption, V1 et V2 sont en positions +.

piègées, les composés sont envoyés sous rétrobalayage de gaz vecteur, vers la colonne via l’injecteur, c’est la phase d’injection (figure 4.6). Lors de cette phase, V1 et V2 commutent respectivement en mode Désorb et Série. L’injecteur (figure 4.7), situé à l’entrée de la colonne, est constitué d’un bloc métallique chauffé contenant un tube de quartz (liner) où vient s’insérer directement l’extrémité de la colonne. Il permet le mélange avec le gaz vecteur de l’échantillon et quand ce n’est pas déjà le cas, sa vaporisation. Pour éviter la condensation des produits injectés sa température doit être supérieure de quelques degrés à celle du produit le moins volatil. L’échantillon gazeux, mixé au gaz vecteur, est ensuite introduit en tête de colonne. L’injecteur que nous utilisons est de type 1177 split-splitless. Ce système permet d’ajuster la quantité de produit passant dans la colonne par rapport à la quantité arrivant dans l’injecteur afin

FIGURE4.6: Phase d’injection, V1 et V2 sont en positions -.

FIGURE 4.7: Schématisation de l’injecteur de type 1177 split-splitless utilisé au

de ne pas saturer la colonne et de la préserver d’éventuels résidus non-volatils. Ainsi, une grande partie de ce mélange gazeux est évacuée vers l’extérieur par une vanne de fuite. Seule la petite fraction restante pénètre dans la colonne et correspond au rapport de division établi (le Split ratio).

4.4.2.2 Le gaz vecteur utilisé

Le gaz vecteur choisi au laboratoire parmi les gaz inertes disponibles, hélium et hydrogène, est l’hélium. Il représente le meilleur compromis en termes de vitesse et d’efficacité d’analyse et comme nous le verrons plus bas est plus adapté à l’utilisation du détecteur que nous envisageons de coupler à la GC. Placé dans une bouteille sous pression de 9 m³, le gaz vecteur qui constitue la PM assure l’alimentation du chromato-graphe par l’intermédiaire d’un manomètre détendeur permettant d’obtenir la pression d’entrée cherchée, de l’ordre de 5 à 6 bars. Sa fonction est d’acheminer les composés présents en phase gazeuse vers le détecteur via la colonne analytique. Sa pureté est de 99, 995%. Un filtre (gas cleaner Varian) est utilisé pour se débarrasser des impuretés dans le gaz vecteur et pour éviter la détérioration de la colonne et l’augmentation du niveau de bruit du signal.