Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
(34~
~ a présente invention se rapporte ~ un procédé d'ana-
ly~e par chromatographie en phase liquide avec gradient d'élu-
tion donnant une réponsa proportionnelle à la concentration de3
diYers solutés éluésO
On conna$t des procédé~ d~analyse chromatographique
par gradient d'élution en phase liquide qui comportent l'emploi
de moyens de détection sélectiis, insensibles aux compo~ant~ de
l'éluant et donnant une réponse proportionnelle à la concentra-
tion d'un des solutés et des indications qualitatives sur les
autres solutésO
~ e proc~dé de chromatographie en phase liquide utilisant
le gradient d~lution constitue la réponse optimale au probleme .: ;.
~ général de l'élution. On ~ait que dans un système chromatogra- ~.
pbique donné mettant en ~eu un éluant donné~ ou liquide vecteur, .
et un élué donné~ ou soluté~ du fait de l'étalement des valeurs
du ooeiiicient de partage K, rapport de la con¢entration du ~o- ~
luté entre la phase mobile, liquide ~eoteur, et la phase iixe, .:
oonstituée par l'ad~orbant contenu dans les colonne~, les ¢on~-
tituants dont le K est faible sont mal résolus tandis que ceu~
~20 dont le K e~t OE and sont résolus dans des temps excessifs~ ~a .. :-
~olution eirecti~e du probleme générale de l'élution consiste a
, .
ohaDger le K de chaque constituant pendant l'~naly~ de sorte
qu~ lo~ soluté~ ~oient ~lu~8 dan8 lo minlmum de tomp8 a~o un~
~ 1.
- r~olution maxlm~le. a~e~t lo prooédé dlt du grsdient d'élution~
d~ns l~quel on utllise un liquide ~eoteur oonstitu~ par un mélan- ;
go de deu~ 801~ants A et B dont la oomposition en solvant A et
B ~t progr~mmée dans le temps sui~ant une loi llnéalre conca~e
~ ~ .
ou oon~exe.
En chromatographie analytique il est indlspensable de
~30: deteoter des ~arlatlons de conoentration iniérieures a 1 ppm. Or,
lorsqu'on programme, pendant l'élution, la composition du liquide ..
~octeur de O % a 100 %, du point de vue de la détection~ le do-
.
f ~:
S'
; maine de variation du signal lie a la composition du liquide
vecteur est de l'ordre de 10 . En consequence, il n'est pas
possible d'utiliser un procede de detection universelle de la
concentration d'abord parce que l'électronique classique ne per-
met d'explorer qu'un domaine de l'ordre de 103 et ensuite parce
que la dérive de la concentration due au liquide vec~eur est du
même ordre de grandeur que les variations dues au passage des
pics d'élution.
Le présent procédé permet de surmonter ces difficultés
et rend possible la détection de la concentration en chromato-
; graphie en phase liquide, la résolution des divers constituants
étant effectuée avec une précision du même ordre.
Le procédé d'analyse suivant l'invention par chroma-
tographie en phase liquide, avec gradient suivant un programme
d'élution préétabli, est caractérisé en ce que l'on alimente deux
colonnes de chromatographie ayant approximativement le même ,~
volume poreux et la même perméabilite, chacune avec un melange de
deux solvants tout en maintenant a tout instant la concentration
de l'un desdits solvants à l'entrée de la première colonne
identique à la concentration de l'autre solvant à l'entrée de la
seconde colonne; on injecte à l'entrée de l'une des deux colonnes
le produit à analyser; on additionne les ~luides sortant de~ dcux ~
colonnes en un m~lange et on soumet ledit m~lange ~ l'analyse ;~;
d'un detecteur de concentration.
Selon l'invention, on peut corriger lee differences de
volume poreux et de perméabilité inhérentes au remplissage des
colonnes en rendant ajustable le volume poreux et la perméa-
bilit~ de l'une des deux colonnes.
On peut également recueillir des données de pression
? ., ,"
en tête des colonnes de chromatographie, et, en utilisant
les valeurs des grandeurs physiques caractéristiques du systeme
chromatographique telles que la viscosit~, la compressibilité et
- 2 -
, ~ . .
~ , .... .
,i '
la densite des solvants, on élabore à tout instant la valeur du
signal que doit délivrer le détecteur en l'absence de solute, et
on compare simultanement ce signal a celui qui est fourni par le
detecteur.
Le dispositif dlanalyse suivant l'invention par
chromatographie en phase liquide est caract~risé en ce qu'il
comporte deux colonnes de chromatographie ayant approximativement
le même volume poreux et la même permeabilite, chacune desdites
colonnes etant reliee par un conduit d'entree à une pompe
doseuse et par un conduit de sortie à un conduit commun aux
deux colonnes, chaque pompe. doseuse comprend deux cylindres, :~
l'un de ces cylindres contenant du solvant A et l'autre du
solvant B, lesdits cylindres ~tant tous quatre de dimensions
égales et chacun pourvu d'un piston coulissant; un ajutage
d'admission pour le soluté adapté à l'un des conduits d'entrée;
un détecteur de concentration muni d'une cellule de mesure
dans laquelle débouche le conduit commun; un premier moteur monté
de fac,on à déplacer ce piston coulissant à l'intérieur du
cylindre de la première des deux pompes contenant du solvant A
à }a même vitesse que le piston coulissant à l'intérieur du
cylindre de l'autre pompe contenant du solva,nt B; un second
moteur monté de façon a d~placer le piston couli~sant n
l'int~rieur du cylindre de l'autre pompe contonan~ du solvant
la même vitesse que le piston coulissant à l'intérieur du
cylindre de la première pompe contenant du solvant B; et des
moyens p,our maintenir constante la somme de~ vitesses des deux "
pompes.
Selon l'invention, l'une des deux colonnes peut compor- t~
ter des moyens pour en ajuster le volume poreux et la perméabili-
té notamment par variation de la longueur et/ou de la sectionde passage~
-- 3 --
. ' ' :~
.'
4~ ~
Dans une realisation preferee,le detecteur de concentra- ~ -
tion est un detecteur universel unique tel qu'un réfractomère
differentiel.
Dans une autre réalisation preferée, le déctecteur de
concentration est un détecteur spécifique unique tel qu'un spec-
trophotomè~re utilisant le rayonnement ultra-violet; ou encore
comporte un d8tecteur universel et un détecteur spécifique l'un à
la suite de l'autre.
Le dispositif peut comporter un comparateur recevant
10 à tout instant sous forme numerique d'une part la valeur de la ;
dérive calculee au moyen des grandeurs paramétriques caracteris- '
ti~ues du système chromatographique et de la valeur de la pression
mesurée dans les cylindres des pompes doseuses et d'autre part le
signal délivre par le détecteur de concentration, un micro ordina-
teur, pilotant les pompes doseuses suivant le programme d'elution
préalablement affiché et fournissant au comparateur les valeurs
des pressions mesurees dans les cylindres des pompes doseuses,
et des moyens d'enregistrer ou de visualiser la valeur de la
diff~rence calculee à chaque instant entre la dérive calculee et
le signal fourni par le détecteur de concentration.
Selon l'invention, les deux colonnes de chromatographie
peuvent avoir des volumes poreux et des perméabilit~ pr~8entant
des différence3 entre 1~ et 20~
~ . .
L'invention sera mieux comprise dans la description
suivante donnee a titre non limitatif, des modes de réalisatlon
illustrees par les figures suivantes~
FIGURE 1 - Schéma de principe
FIGURE 2 - Pompe doseuse a deux moteurs et quatre cylindres
FIGURE 3 - Schema de principe avec dispositif correctif de
gradient
FIGURE 4 - Schéma de principe avec compensation de la derive
pour calculateur.
~ri _ 4 _
.
~4~
En se référant à la figure 1, l'application du procédé
de chromatographie en phase liquide suivant l'invention met en
} /,~B,
oeuvre deu~ colonnes de chromatographie de caractéristiques ~em-
blables en dimension et g~rnissage. Une colonne de mesure 1,
est alimentée par une pompe doseuse la par le moyen d'un con-
duit lb et une colonne de référence 2 est alimentée par une pompe
doseu~e 2a par le moyen d'un conduit 2b~
Chacun des conduits lb et 2b comporte un injecteur pour
le ~oluté~ car les fonctions attribuées aux deux colonnes chro-
matographiques peuvent atre in~ersées. Sur la ~igure 2 un in-
~ecteur ~ ~eulement a été représenté ~ur le conduit lb.
10~es colonne~ 1 et 2 comportent chacune un conduit de
sortie~ lc et 2c, débouchant dans un conduit commun 4~ lui-même
débouchant dan~ la cellule de mesure 5 du détecteur.
~ edit detecteur rend mesurable un paramètre li~ ~ une
propriété phy~ique à caractère univer~el, par exemple l'indice ;
de réfraction~ a l'aide d'un réiractomètre di~férentielO
~ a iigure 2 montre comment ~ont dispos~e~ les pompes
doseuses la et 2aO ~a pompe la est constituée par un en~emble
de deux cylindres 6 et 7 de dimensions égales dans lesquele cou-
lissent respectivement deux pistons~ un piston 8 dan~ le cylindre
6 et un piston 9 dan~ le ¢ylindre 7.
~ a pompe 2a est constituee par un en~emble de deux ~y-
lindres lO et 11~ de dimension8 égales a celle8 des oylindrq~ 6
et 7, D~n~ les oylindres 10 e~ 11 ooull~8ent re~p~oti~ement deux
pi~tona~ un piston 12 dan~ le oylindre 10 et un piston 13 dans
lo cylindre 11.
~ e~ pistons 8 et 12~ d'axes parallèles~ sont rendu~
~olidaire~ par le moyen d'un palonnier 14 muni d'un riletage dans
lequel tourne une ~ie Ean8 fin 16~ dlaxe parallèle à ¢eux de~
pi~tons 8 et 12~ ladite ~is aPng fin étant solidaire et alignée
3~ a~eo l'arbre 17 d'un moteur pas à pa~ 180
Le8 piston~ 9 et 13 d'axes parallèles sont rendu~ 80-
lidaires par le moyen dlun palonnier 19 muni d'un filetage 10
_5_
....
." .- . .
L~S~"k~l
dans lequel tourne une vis sans fin 21, d'axe parallèle ~ ceux
des pistons 9 et 13, ladite vis sans fin étant solidaire et a- :~
lign~e avec l'arbre 22 d'un moteur pas à pas 23.
le fonctionnement du dispositif tel qu'il est décrit
l'aide des figure~ 1 et 2 est le suivant :
~es cylindre~ 6 et 11 sont remplis de solvant A et les cylindres
7 et 10 sont remplis de solvant Bo
On voit que, par construction, les dé~its délivrés par
les pistons 8 et 12 sont identiquesO Il en est de même pour le~ ~ :
débits délivr~s par les ~istons 7 et llo
Etant donné que les vitesses programmées en ionction
~ du temps V18 du moteur 18 et V23 du moteur 23 sont asservies de
telle sorte que la somme desdite~ vitesses 90it constante et
égale a U (A,B)~ on voit que la composition en solvant A du mé- :
lange dléluants qui va constituer le liquide vecteur, alimentant
la colonne lb~ est à tout instant identique à la compo~ition du
~olvant B du liquide vecteur qui va percoler la colonne 2 b et de
plu8~ que les débits respectifs à l'entrée des colonnes 1 b et
2 b ~ont ldentiques.
En e~ret, la conduite 1 b reçoit un débit proportionnel
~ U ~A~B) tel que V18 (A) ~ V23 ( )
: de la m~me façon~ la oonduite 2 b reçoit un débit proportionnel
~ U ~A~B) tel qu~ V18 ~ V23 (A)
Par ~uite la oompo~ition aA (lb) en ~olvant A à l'entrée de la
oonduite 1 b e~t égale à
CA (lb) ~ V18 / U (A~B)
~:~ 0t do même
. C~ ~2b) . V18 / U (A,B)
de 80rte que la ¢omposition d'un solvant à l'entrée d'une colonne
e~t ~gale à la composition de l'autre solvant ~ l'entrée de l'au-
tre colonneO
Grâce à l'emploi de ce~ moyens~ il appara~t que le dé- ;
.
-6- .
.~ ~ " ",
...,, ..,....'.~;. ;,,
tecteur 5 sera alimenté par le mélange (A ~ B~ dans lequel les
constituants A et B par.ticipent chacun pour 50 %. En principe
le dispositif décrit à l'aide des figures 1 et 2 permet d'ali-
menter un détecteur universel de concentrations puisque la com-
position de l~éluant percolant le détecteur est constante quel
que soit le programme d'élution.
~n fait le débit délivré par les pompes doseuses
. l'entrée des colonnes 1 et 2 n'est pa~ identique, d'une part à :
cause du contraste de vis¢osité et de compressibilité entre les
sol~ants A et B et~ d'autre part, ~ cause des différences de
porosité et de perm~abilité entre les deux colonne3, diYférences
qu'il n'est pas possible d'annuler exactementO Par conséquent
le signal délivré par le détecteur n'est pas constant~ il dérive
pendant toute la durée du programme d~élution et la sensibilité .
du détecteur aux solutés en est réduite d'autant.
~e tableau n~ 1~ suivant~ montre pour dlf~érents cou- '
ples de sol~ants quelle e~t l'importance de la dérive dans deux :
hypothèses :
~ (1) a la pression maximum (500 bars) des pompes doseu-
ses (de longueur Il)
(2) pour une colonne de longueur 60 cm (P2 pression
maximum)
~e gradient moy.en d'élutlon ~tant de 1% par minute~ ~e~
oolonne8 ~tant xemplie~ do partlculo~ de 10 mloron~ et la ~lte~e
llnealre du m~lange binaire peroolant les colonnes étant lom/se-
oonde~ ;
~.....
,.,'":: .
, .
~ -7- ~ .
-~ ~ - --
(PPm/h) ~1 (ppm~h) bar
- ~ .
Pentane 117 106 209 268 ::
acétate d~éthyle .
Heptane 1
acétate d~éthyle~ 106 106 54 477
Acétate d~éthylel
Méthanol ~ 57 86 82 388
M~thanol-eau 60 62 62 ~47
Pentane-Dioxanne 41 40 28 93
Heptane-Dioxanne 56 40 38 255
~ioxanne-~S0 4,1 25 1,7 267
lD6S0-eau 26 25 11 201
Pentane-THF 217 112 405 283
..'
.. ~ . __ . . _ ._
Suivant le degré de précision recherché et suivant le
couple d~éluant que l~on a été conduit ~ choislr, la dérive peut-
atre consldérée comme iniérieure ou non aux erreurs tolérables.
8i la dérive est supérieure aux erreurs tolérables, il
peut-être proposé d~utiliser un dispositif correoteur de dérive~
tel qu~il est déorit soh~matiquement ~ l~aide de la ~i~ur0 3,
Sur la rigure 3 on retroulre la oolonne de me~ure 1 a~reo
on oor~duit de sortle lo et la colonne de r~érenoe 2 avea ~on
oonduit de sortie 2e. Pour oompenser les dif~érenoes entre 10~ i
oaraot~ri~tique8 de~ deux oolonnes~ un di~positi~ oorrecteur~ dit
~: de longueur adJustable~ est disposé sur le oonduit 2 o; oe
peut-atre un .élément de tube télesoopique ou une vanne a ouver-
ture ~rariable ou enoore un porte duses pouvant recevoir des duses
30 de oaractéristigues ~rariable~0
la oorreotion de gradient réaltsée p~ oe moyen est
globale et ~aite une seule fois pour un couple de solvants, elle
', , ''
~ --8-- ;- .
.
~ f.~3~
aura un effet d'autant meilleur que le gradient se rapproche le
plus d'une constante et que la différence de pres~ion entre les
entrée~ des colonnes est plus faibleO ~:
Si la correction de gradient réalisée au moyen du .
dispositif selon la ~igure 3 se révèle elle-même insuffisante,
notamment si des teneurs de soluté inf~rieures à l ppm doivent
atre détect~es, il est indispensable d'utiliser un dispositif
plus ~in de compensation de la dérive, tel qu'il e~t d~crit au
: moyen de la figure 4O ..
Sur la figure 4 on retrouve les différents éléments de
la figuxe 1. Un microordinateur pr~alablement programmé 24 est ~:
relié aux moteurs 18 et 23 d~entra~nement des pompes doseuses par
l'intermédiaire d'un ensemble électronique 25~ dit compteur
prédétermination, dont la fonction est de piloter les moteurs
#uivant le programme d'~lution préalablement affiché. ~e micro-
ordinateur est d'autre part relié ~ un comparateur 26 auquel il
envoie sous ~orme num~rique a tout instant la valeur de la d~rive
oalcul~e au moyen d'une part des grandeurs paramétriques oara¢- ~ .
~ téristiques du ~ystème chromatographique ¢onstitué par le couple
oolonne-solvants et d'autre part par les indications des détec-
teurs 27~ 28~ 29~ 30 de pression dispos~s ~ur les cglindres des
pompes doseuses 6~ 7~ 10~ 11.
Slmultan~ment~ le oomparateur recolt le ~ign~l délivr~ ..
~: par le déteoteur 5 au mogen d'un oonvertisseur analogique numé-
rlque 310 ~e oomparateur 26 calcule~ à tout instant~ la di~fé-
renoe entre la ~aleur de la dér$ve calculée et celle du signal
déllvré par le déteoteur 5. Cette dif~érenoe est envoy~e au ~ . .
moyen d'un oonvertisseur numérique analogique 32 dan~ un enre- '~
gi~treur analogique 33 qui permet de visualiser les résultats
de l'anaIyse chromatographiqueO .:
~!.etalonnage du dispositlf chromatographique comprend .
trols étapes :
. . . ' .
. . .
~44~
lo ~e r~gla~e du zéro du détecteur dans lequel un code, donné p~r
un télétype de commande, ~ixe la concentration en solvant à
50%. ~'opérateur indique la valeur du débit, il ajuste le
z~ro du détecteur et isole la cellule de référenceO
20 ~e test de différence de porosité des colonnes
; Par construction la dif~érence relative de longueur des deux
colonnes parallèles comprise entre 1~ et 20% est choisie
proche de 10%o ~a différence de poro~ité corresponda~te est
testée par un échelon de concentration de 50,01% en solvant~
Ao Cette donnée est prédéterminée dans les mémoires de l'or-
dinateurO
~'opérateur doit véri~ier que le détecteur dél~vre un
~ignal dans le bon sens présentant un palier suffisamment net.
Si les volumes poreux des deux colonnes sont trop rapprochés~
le palier ne sera pas observable sur le chromatogramme~ ou
bien il sera peu net et ne permettra pas une mesure pr~cise
de ses caractéristiques, il sera alors nécessaire d'ajuster
le volume poreux d'une des deux colonne~ pour augmenter la
diiiéren¢e avec l'autre colonneO Dans le cas où le slgnal
présente une alternance positive et n~gative~ l'opérateur . :
doit également accentuer la diifé~rence de longueur entre les
oolonne~O
Une iols cette op~ration è~feotu~e~ l'op~rateur dl~po~e
do~ 3 donn~e~ oaraoteri8tique~ du ~y~t~me ohromatographique
~ S la valeur en milli~olt~ des 90% de la hauteur du cr~-
neau de conoentration 50901%
2 la durée de ce créneau exprimée en ~eoonde
T la durée du cyole do saturation du ~yst~me de colonnes
parallèles exprimee en minutesO
3~ 30 Etalonnage du détecteur
~'étalonnage du détecteur e~t ef~ectué automat~quement par
l'ordinateur~ sur émission d'un code déterminé~ et comporte
'' ' ' -10~
: . , " .' "::
4 phases.
Au cours d'une premi~re phase sont entrés sur les mémoires de
l'ordinateur d'une part les ~aleurs de S~ ~, et ~ et d'autre
part XA et XB les coefficients de compressibilité respecti~s des
solvants A et ~.
Ia réponse du détecteur étant assimilable à une courbe du second
degré, le calcul des coe~icients de l'équation représentative
de la courbe de réponse dudit détecteur requiert la détermination
de deux points de la courbe.
~e processus suivant peut-atre utilisé :
~ es pistons délivrent d'abord un mélange de ~olvants à
50% pour e~fectuer le réglage du zéro du détecteur pendant un
certain temps au bout duquel l'ordinateur commande un échelon de
concentration de 50~01% en solvant A ce qui permet la mesure des
¢aractéristiques d'un palierO
~ es pistons délivrant a nouveau le mélange à 50% il
s'ensuit un palier négatif et une mesure de la durée d'un cycle
de eaturationO
L'émission d'un échelon de ¢oncentration de 50~1% pro-
~oque la maniie#tation d'un second palier.
Ainsi deux points caractéristiques de la courbe de ré-
ponse du déte¢teur ont été établis et permettent de réali~er l'é~
talonnageO
Av~o un apparelllage oon~orme à la description et en
utili~ant la méthode qui vient d'~tre envisagée on peut résoudre
le~ problèmee d'analyse partioulièrement oomplexes tels que l'é-
tabli~80ment de la ¢omposition des fraotions lourdes des coupes
de dl8tillation p~trochimiquesO Dans oe oas on utiliQe un des
avantage~ de la ¢hromatographie en phase liquide qui permet d'ef-
~eotuer une première séparation qualitati~e par ~amillesO Chaque
~amille~ comportant de nombreaux composés dont les propriétés ;~
physico-ohimiques sont très voisines9 sera analysée quantitati-
' ' ' ,
--11-- :
~;
vement au moyen d'un détecteur universel de concentration et d'un
dispositi~ à gradient d'élution tels qulils vie~nent d~atre dé-
critsO
Ce procédé selon l~invention et des dispositifs com-
prenant les caractéristiques principales de celui qui vient d'~tre
d~crit, peuvent être appliqués à de très nombreux problèmes
d'analyse de mélanges complexesO
, 10
.;~' '~
' .
,' . . ' .
..
:
. -12-
