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Le pouvoir mystérieux des détecteurs de conductivité thermique : comment détecter des composants cachés dans les gaz ?
Le détecteur de conductivité thermique (TCD), également connu sous le nom de catharomètre, est un appareil de détection largement utilisé en chromatographie en phase gazeuse. Ce détecteur détecte les changements dans la conductivité thermique de l'effluent de la colonne et la compare à la conductivité thermique d'un gaz porteur de référence. Étant donné que la conductivité thermique de la plupart des composés est bien inférieure à celle des gaz vecteurs couramment utilisés (tels que l’hélium ou l’hydrogène), lorsque l’analyte est élué de la colonne, la conductivité thermique de l’effluent diminue, ce qui produit un signal détectable.
Comment ça marche
Le cœur d'un TCD est une bobine chauffée électriquement et à température contrôlée située dans le capteur du détecteur. Dans des circonstances normales, la chaleur de la bobine circule régulièrement vers le corps du détecteur. Cependant, à mesure que l'analyte s'écoule et que la conductivité thermique de l'effluent diminue, la température de la bobine augmente, ce qui entraîne une modification de sa résistance. Ce changement de résistance est généralement détecté par un circuit en pont de Wheatstone, qui produit un changement de tension mesurable.
Dans la conception classique d'un détecteur de conductivité thermique, un flux de référence circule sur une seconde résistance dans un circuit en pont, ce qui compense la dérive causée par les fluctuations de débit ou de température. Une fois les colonnes séparées, le TCD génère des pics en fonction de la concentration des composés qui le traversent, et leurs positions et surfaces sont liées respectivement au type et à la concentration des composés.
Tous les composés organiques et inorganiques ont des conductivités thermiques différentes de celles de l’hélium ou de l’hydrogène, de sorte que presque tous peuvent être détectés.
Détecteur polyvalent
Le TCD est souvent appelé « détecteur universel » et est utilisé en chromatographie pour mesurer la concentration de chaque composé dans un échantillon. Contrairement à un détecteur à ionisation de flamme (FID), qui réagit uniquement aux composés inflammables, un TCD peut détecter tous les composés, qu'ils aient ou non des liaisons carbone-hydrogène. Bien que le TCD et le FID soient comparables dans leur capacité à détecter de très faibles concentrations (sous-ppm ou ppb), le TCD est plus adapté à une utilisation avec l'hélium comme gaz vecteur en raison des risques de stockage de l'hydrogène, en particulier dans les zones très sensibles.
Le TCD est une technique non spécifique et non destructive qui peut être utilisée pour analyser les gaz permanents tels que l'argon, l'oxygène, l'azote et le dioxyde de carbone, qui ne peuvent pas être détectés par FID.
Considérations opérationnelles
Une remarque importante lors de l'utilisation d'un TCD est de ne jamais interrompre le flux de gaz si la bobine de chauffage surchauffe, car cela entraînerait la combustion de la bobine. Bien que les bobines TCD soient généralement passivées chimiquement pour éviter toute réaction avec l'oxygène, la couche de passivation peut être endommagée lors de la rencontre avec des composés halogénés. L'analyse de ces composés doit donc être évitée autant que possible. Lors de l'analyse de l'hydrogène, le signal d'hydrogène apparaîtra négatif lorsque le gaz de référence est l'hélium. Cela peut être évité en utilisant de l'argon ou de l'azote, bien que cela réduise considérablement la sensibilité du détecteur à d'autres composés.
Champ d'application
Les détecteurs de conductivité thermique sont utilisés dans de nombreux domaines, notamment les tests de la fonction pulmonaire médicale, l'analyse par chromatographie en phase gazeuse et même dans l'industrie brassicole pour mesurer la quantité de dioxyde de carbone dans les échantillons de bière. Il peut également être utilisé pour surveiller la pureté de l'hydrogène dans les générateurs de turbines à vapeur refroidis à l'hydrogène, détecter la perte d'hélium dans les réservoirs d'hélium à aimant supraconducteur IRM et quantifier la valeur calorifique du méthane dans les échantillons de biogaz dans l'industrie énergétique.
Dans l'industrie alimentaire et des boissons, le TCD peut être utilisé pour quantifier ou vérifier la composition des gaz d'emballage alimentaire, tandis que dans l'industrie pétrolière et gazière, il est utilisé pour quantifier le pourcentage d'hydrocarbures capturés pendant le processus de forage.
À mesure que la technologie continue de progresser, ces détecteurs améliorent non seulement les processus industriels existants, mais nous offrent également une compréhension plus approfondie du monde chimique qui nous entoure. Quels types de changements cette technologie apportera-t-elle dans le futur ?
