1、FASCICULE DE DOCUMENTATION ANALYSE DES GAZ EN PHASE GAZEUSE (*) PAR C H ROMATOGRAP HI E I NF x 20-303 Novembre 1974 1. OBJET Le prsent Fascicule de Documentation a pour objet de prsenter la mthode de chromatogra- phie en phase gazeuse dans le cadre de son utilisation en analyse des gaz, II traite de
2、 la chro- matographie sur colonne remplie qui est la plus utilise dans ce domaine mais ne donne aucune indication relative la chromatographie sur colonne capillaire qui est ici dapplication plus li mite. - soit un dbitmtre pression diffrentielle o lon mesure la diffrence de pression du gaz traversan
3、t un capillaire. II est robuste mais le capillaire peut seboucher et fausser les indications; - soit un dbitmtre film de savon. On mesure la vitesse de dplacement dun film de savon dans une burette gradue. II donne des rsultats prcis mais ncessite une intervention de loprateur chaque mesure. Les gaz
4、 vecteurs doivent tre : a) inertes, ils ne doivent ragir ni avec les gaz analyss ni avec les constituants de la b) purs ou en mlange parfaitement dfini ; c) choisis en fonction du problme traiter et du dtecteur utilis. Les plus couramment utiliss sont : lhydrogne, lhlium, largon et lazote. On utilis
5、e plus colonne ; rarement le non ou le dioxyde de carbone. DISPOSITIF DINTRODUCTION Lchantillon doit tre introduit de faon quasi instantane (ce qui implique des volumes morts rduits au minimum) et le volume introduit doit tre connu exactement ou reproductible. On utilise habituellement : a) une seri
6、ngue gaz tanche, linjection se fait dans ce cas travers une membrane en lastomre. b) une vanne 6 voies qui sert elle-mme de dispositif dintroduction. Le volume de gaz introduit est contenu dans une boucle dchantillonnage dont le volume peut tre choisi entre 0,l et 10 cm3. COLONNE La sparation des co
7、nstituants du mlange gazeux seffectue dans la colonne. Tube Lenveloppe est le plus souvent un tube en acier inoxydable, ou parfois en cuivre, plus rare- ment en aluminium, en verre ou en matires plastiques. Ces matriaux ne doivent pas ragir avec les constituants analyser. Rem pl issage Par suite de
8、son volution un remplissage de colonne convient pour un nombre limit danalyses variant avec les chantillons tudis et la phase fixe utilise, mais des rgnrations, par exemple par chauffage sous gaz vecteur, peuvent parfois tre effectues (garnissages min- raux surtout). II existe plusieurs types de rem
9、plissage : a) remplissage en chromatographie gaz-solide. Ce type de remplissage est souvent utilis. Les adsorbants les plus couramment utiliss sont les charbons actifs, les gels de silice, les b) rem p I iss ag e en c h ro m atog rap h i e g az-l i q u id e. Ce type de remplissage comporte un suppor
10、t solide poreux ou non, imprgn dune phase fixe liquide. Cette imprgnation peut se faire aprs remplissage dans la colonne elle-mme ou bien lon peut utiliser un support imprgn au pralable. Ces colonnes donnent gnralement des pics dont les tranes sont moins importantes que celles utilises en chromatogr
11、aphie gaz- solide. alumines et surtout les diffrents tamis molculaires. O a e O AFNIi NF X20-303 74 m 3032372 0383024 Tb4 m -3- NF X 20-303 3.4 ENCEINTE A TEMPRATURE RGULE ou PROGRAMMEE La colonne doit tre place dans une enceinte dont la temprature est rgule avec une prci- Pour certaines sparations,
12、 il est ncessaire dutiliser une temprature variable suivant un sion connue adapte au mesurage. programme dfini. 3.5 DTECTE URS Les dtecteurs placs la sortie de la colonne permettent la mesure des variations de la Ils doivent tre, de prfrence sensibles, fidles, de faible temps de rponse et ventuellem
13、ent II existe de nombreux types de dtecteurs. Les dtecteurs les plus souvent utiliss sont : 1) Les catharomtres : Ils sont les plus rpandus, faciles utiliser et de sensibilit suffisante pour la plupart des problmes danalyse, jusqu des niveaux de concentration situs dans ia gamme de 100 ppm- volume 1
14、00 %. Principe : Un courant dintensit constante parcourt un lment sensible la temprature (thermistance, fil de platine ou de tungstne, etc. plac dans le flux gazeux). Quand lquilibre thermique est atteint llment sensible est une certaine temprature qui dpend, entre autres, de la conductibilit thermi
15、que du milieu gazeux. Une variation de la composition de ce milieu provoquera une variation de la temprature de Il- ment sensible et par consquent de sa rsistance lectrique. On dtecte cette variation gnralement par comparaison un lment de rfrence laide dun montage en pont de Wheatstone. composition
16、du gaz lu. slectifs. 2) Dtecteurs ionisation de flamme Ils sont plus sensibles que les catharomtres pour la dtection de constituants organiques et trs utiliss dans le cas danalyse dhydrocarbures et ce jusquau niveau de 1 ppm-volume. Principe : Une flamme dhydrogne brlant dans lair produit des ions.
17、La prsence dans cette flamme dun produit tel que les hydrocarbures augmente le nombre de ces ions. Ce courant est collect par un systme appropri et se traduit gnralement par un signal en tension. De nombreux autres types de dtecteurs sont utiliss, entre autres : - balance densit gazeuse - spectromtr
18、e de masse - dtecteur lectro-chimique slectif coulomtre, microcoulomtre (soufre, halogne, - dtecteur ionisation sans flamme capture dlectrons, hlium mtastable, dcharge - dtecteur chimi-luminescence avec ou sans flamme galement slectif photomtrie - dtecteur ultra-sons - dtecteur de radiations (pour l
19、es gaz radio-actifs) azote), conductimtre (soufre, halogne, azote) etc .I haute-frquence slectif (surtout halogne dans une certaine mesure) de flamme (soufre, phosphore) 4. CARACTRISTIQUES ANALYTIQUES DE LA MTHODE 4.1 GAZ DOSS La plupart des gaz peuvent tre analyss par cette mthode. Les limitations
20、sont dues soit une instabilit des gaz (dcomposition thermique), soit la raction des gaz doser avec les lments de lappareil avec lesquels ils sont en contact. AFNL NF X20-303 74 M LO12372 03L025 9TO -4- NF X 10-303 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 DOMAINE DE CONCENTRATION Celui-ci nest pas limit pour les
21、fortes concentrations et peut stendre quelques fractions II est important de choisir un dtecteur adapt au type de mesurage. de ppm-volume. SEUIL DE DETECTION II est trs variable suivant les gaz analyss : de 1 % 0,001 ppm-volume. SELECTIVITE permet une bonne sparation, on utilise aussi la slectivit d
22、es dtecteurs. Elle dpend de ia nature des mlanges. En gnral, le choix des remplissages des colonnes REPETABILITE Elle se situe aux environs de 1 % et peut atteindre 02 %. Elle est surtout fonction de la qualit des appareils extrieurs (dispositifs de rgulation). EXACTITUDE Suivant les mlanges de gaz
23、pour talonnage, les appareils et les constituants analyss, on estime que lexactitude peut atteindre 1 % en valeur relative. TEMPS DE REPONSE Cette mthode est essentiellement squentielle et on ne peut donc donner de valeur pour le temps de rponse, La dure dune analyse se situe entre quelques minutes
24、(4 5 min) et quelques dizaines de minutes (30 40 min). IN FLU ENCE DES CON DITIONS EXTERI EURES II est ncessaire dviter des variations extrieures de temprature et de pression trop rapides lorsquon ne dispose pas de systmes de rgulation absolue de la temprature et de la pression, en particulier sur les organes dchantillonnage. En effet, cette mthode est plus gnralement utilise en procdant par comparaison avec un mlange de gaz pour talonnage et ce dans les mmes conditions dintroduction. , introduction ,-. Colonne de lchantillon dacquisition) Figure. - Schma de lensemble chromatographique
