COMPRESSEUR INTÉGRÉ
ZA2A
Air zéro, azote et hydrogène pour la chromatographie en phase gazeuse
Qu'est-ce que la chromatographie en phase gazeuse ?
La chromatographie en phase gazeuse (CG) est un procédé chimique très répandu et très sensible permettant de séparer et d'analyser les composants d'un mélange de gaz. Elle est particulièrement adaptée aux échantillons volatils qui se transforment facilement en gaz et qui sont stables lorsqu'ils sont chauffés. L'analyse des solvants résiduels, des alcools sanguins, des acides gras métaboliques et l'analyse de la toxicomanie en sont des exemples.
Comment fonctionne le procédé ?
La chromatographie en phase gazeuse est basée sur un principe de séparation. L'échantillon est injecté dans l'injecteur du chromatographe en phase gazeuse et s'évapore. Un gaz porteur transporte l'échantillon vaporisé à travers une colonne. Il s'agit d'un long tube de verre creux, revêtu, avec un diamètre intérieur étroit. L'intérieur de la colonne est recouvert d'un substrat (la phase stationnaire) à travers lequel passe le gaz (la phase mobile) qui contient le mélange d'échantillons. Alors que la phase mobile se déplace à travers la colonne, les composants se séparent en raison de leurs différentes interactions avec la phase stationnaire sur la base de leurs propriétés physiques et chimiques. Ainsi, différents composés se déplacent à travers la colonne à des vitesses différentes, permettant la séparation complète ou partielle des mélanges en leurs composants individuels.
Les composants séparés quittent ensuite la colonne et passent par un détecteur qui détecte la quantité de chaque composant. Cela se fait par des méthodes de détection appropriées telles que le détecteur à ionisation de flamme (FID), le détecteur de conductivité thermique (TCD) ou encore la spectrométrie de masse (GC-MS).
Quels sont les gaz utilisés en chromatographie en phase gazeuse ?
Des gaz de service d'une grande pureté et un système d'alimentation en gaz correspondant sont des conditions importantes pour un fonctionnement fiable et sans problème du chromatographe en phase gazeuse. Différents gaz sont utilisés à cet effet :
Comme gaz de détection
L'utilisation la plus courante de l'air zéro en CG est de fournir un gaz oxydant pour la détection. Les détecteurs à ionisation de flamme (FID) les plus courants mesurent la conductivité électrique d'une flamme hydrogène/air zéro très propre afin de mesurer la présence d'hydrocarbures dans l'échantillon. En tant que détecteur d'hydrocarbures, de bonnes performances dépendent de l'absence d'hydrocarbures résiduels provenant de sources autres que l'échantillon, comme l'alimentation en air du brûleur. C'est pourquoi l'air zéro est essentiel pour une analyse GC-FID sensible et reproductible.
Comme gaz porteur
L'azote est souvent utilisé comme gaz porteur, car il ne réagit pas avec les composants de l'échantillon. Les gaz porteurs transportent l'échantillon à travers la colonne GC. L'hélium étant devenu nettement plus cher et plus difficile à obtenir en tant que gaz porteur au cours des dernières années, l'azote gagne en importance. L'azote est chimiquement inerte, facilement disponible, peu coûteux et constitue un choix idéal pour les applications générales de la chromatographie en phase gazeuse.
Comme gaz de détection
Dans le détecteur de conductivité thermique (Thermal Conductivity Detector TCD), l'azote est utilisé comme gaz porteur pur pour la mesure comparative avec le gaz de la colonne de séparation. Dans ce cas, une cellule est traversée par le gaz à analyser, l'autre cellule de mesure est traversée en permanence par du gaz pur et sert à la mesure comparative. Si un gaz porteur pur, comme l'azote, traverse la cellule de mesure, les conductivités thermiques dans la cellule de mesure et la cellule de référence sont identiques. Toutefois, si un composant de l'échantillon est ajouté au gaz porteur, la conductivité thermique du mélange gazeux varie par rapport au gaz porteur pur dans la cellule de référence. Cette modification génère un signal qui est enregistré.
Comme gaz porteur
L'hydrogène est un autre gaz porteur fréquemment utilisé. L'hydrogène présente l'avantage de permettre des séparations plus rapides et donc des temps d'analyse plus courts en raison de sa viscosité plus faible et de son coefficient de diffusion plus élevé par rapport à l'hélium.
Comme gaz de détection
Les détecteurs à ionisation de flamme (détecteurs FID) nécessitent de l'hydrogène comme gaz de combustion pour la flamme. L'échantillon provenant de la colonne GC est dirigé vers une flamme d'hydrogène/air. Les composés organiques présents dans l'échantillon sont alors ionisés. Les ions génèrent un courant électrique qui est mesuré et converti en un signal indiquant la quantité de substances hydrocarbonées présentes dans l'échantillon. L'hydrogène est également utilisé dans le détecteur de conductivité thermique (Thermal Conductivity Detector TCD) comme gaz porteur pur pour la mesure comparative avec le gaz de la colonne de séparation. Le TCD est utilisé, entre autres, pour la détection des gaz permanents et des gaz rares, mais il permet également de détecter les oxydes d'azote, d'hydrogène, de carbone et de soufre.
Exemple d'installation
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Les avantages des générateurs de gaz en chimie analytique
Les détecteurs GC nécessitent des gaz porteurs et des gaz combustibles. Ceux-ci peuvent être fournis par une bouteille ou, alternativement, par un générateur de gaz.
Les principaux avantages des générateurs de gaz par rapport aux cylindres sont les suivants :
- Réduction des coûts à long terme en raison de la demande relativement élevée de gaz.
- Risques réduits en raison de la livraison, de la manipulation et du stockage des bouteilles à haute pression.
- Élimination de la reproductibilité d'un lot à l'autre entre différents cylindres.
- Aucun risque que le cylindre s'éteigne pendant les longues analyses ou les analyses nocturnes.
- Peu de travail d'entretien et de manipulation manuelle.