Décembre 1998 - n°33

SMart Nose GA 200
Le premier « nez artificiel » utilisant la Spectrométrie de Masse

Les premiers « nez électroniques» sont apparus au début des années 1990. Ces appareils d'analyse, plus particulièrement destinés à la recherche et au contrôle qualité, utilisent des capteurs de gaz comme système de détection des substances volatiles émises par l'analyte.

La plupart des capteurs proposés sur le marché se révèlent être peu sélectifs et sensibles à l'humidité. Leur durée de vie souvent limitée, et leurs caractéristiques variables en fonction du temps et des conditions d'utilisation, font de ces capteurs, des systèmes de mesure peu reproductibles.

Le SMart Nose peut être considéré comme un « nez artificiel », il permet en effet de caractériser des échantillons liquides, solides ou gazeux, par comparaison de leur « empreinte olfactive ».

Cette empreinte est obtenue par analyse globale -c'est-à-dire sans séparation des constituants- de l'espace de tête de l'échantillons, au moyen d'une technique reconnue : la Spectrométrie de Masse.

Le SMart Nose GA 200, dans sa configuration standard, est un système complet, entièrement automatisé, ne requérant aucune connaissance particulière en Spectrométrie de Masse.

La préparation de l'échantillon est réalisée par un injecteur automatique de type « Headspace » d'une technologie de pointe, assurant une grande flexibilité et une excellente reproductibilité.

L'espace de tête prélevé au-dessus de l'échantillon est injecté dans une chambre de mesure compacte spécialement conçue pour obtenir la meilleure sensibilité et éviter toute contamination par les substances précédemment analysées.

Le coeur du système est un analyseur de gaz de Balzers Instruments AG, utilisant un Spectromètre de Masse quadripolaire. La gamme de masse standard de 1-200 uma convient à la plupart des applications de contrôle qualité et d'analyse d'odeur. Dans des cas particuliers, le SMart Nose GA 300 peut apporter un supplément d'information grâce à une gamme de masse plus étendue (1-300 uma).

Le Spectromètre de Balzers Instruments a été choisi pour ses qualités de sensibilité, robustesse et facilité d'emploi. Il peut fonctionner aussi bien en mode balayage -analogique ou discret (bargraph)- qu'en mode «capteur» (ou MID, pour multiple ion detection) dans lequel jusqu'à 64 canaux différents peuvent être mesurés.

Le « nez artificiel » SMart Nose va permettre la qualification des échantillons analysés en se basant sur la mesure de plusieurs dizaines, voir plusieurs centaines de canaux, pouvant être considérés comme autant de « capteurs » hautement spécifiques et reproductibles.

Dans un but de développement de méthode ou de comparaison rapide d'une série d'échantillons, un balayage complet mettant à contribution la totalité des canaux de mesure peut être entrepris au cours d'une seule analyse. Pour l'élaboration d'une méthode spécifique à un problème ou un type d'échantillon, on ne retiendra en général que les canaux apportant les informations nécessaires à une bonne discrimination. A chaque canal sont en outre associés des paramètres particuliers, tels la résolutions, le choix du détecteur (Faraday ou Channeltron) et la durée de la mesure.

Toutes les méthodes sauvegardées peuvent être rappelées et chargées en quelques secondes, ce qui rend le SMart Nose particulièrement souple et polyvalent.

Le logiciel Quadstar™" de Balzers Instruments, outre ses fonctions de réglage, contrôle et calibration du Spectromètre, offre des possibilités de traitement et de visualisation des mesures très complètes, incluant, entre autre, l'analyse quantitative des gaz et l'enclenchement d'une alarme en cas de franchissement d'un niveau de concentration.

Le logiciel SMart Nose permet une comparaison aisée des mesures, graphiquement et par représentation statistique par Analyse en Composantes Principales (ACP) et Analyse de Fonctions Discriminantes (AFD).

SMart Nose un « nez artificiel » surdoué

Reproductibilité : La Spectrométrie de Masse, une technique depuis longtemps reconnue en chimie analytique, permet d'effectuer des mesures véritablement reproductibles, non seulement sur le même appareil, mais aussi d'un appareil à l'autre. Dans le domaine des « nez artificiels » la création et l'utilisation de banques de données fait maintenant partie de la réalité.

Informations sur l'échantillon : La Spectrométrie de Masse, telle quelle intégrée au SMart Nose, fournit de précieuses informations à l'utilisateur sur les substances, qui, par leur présence, ou en raison d'une variation de leur concentration, sont responsables d'une différence entre échantillons.

Sélectivité et polyvalence : Lors d'une phase de développement, il est possible d'enregistrer le spectre de masse complet des échantillons à discriminer. Une méthode très sélective sera créée en choisissant particulièrement les canaux mesurant la plus grande différence. Une méthode moins sélective, dont le pouvoir de discrimination se rapprochera plutôt de celui obtenu avec un « nez électronique » à capteur de gaz, sera obtenue en sélectionnant plutôt des canaux de petite masse, ou impaires, correspondant à des fragments plus fréquents en Spectrométrie de Masse. Le SMart Nose dispose donc d'une sélectivité modulable selon les besoins.

Stabilité : Il n'y a pas à proprement parler de vieillissement ou d'altération du système de mesure, mis à part le Channeltron, qui, à l'instar de la plupart des Spectromètres de Masse, nécessite un remplacement occasionnel. Comme les substances analysées sont volatiles, on observe qu'un très faible encrassement de la source et de l'optique du Spectromètre, ce qui confère au système une parfaite stabilité sur de très longues périodes.

Linéarité, échelle dynamique et influence de la matrice : La technique de mesure étant particulièrement sélective et dynamique, il est possible (à l'exclusion des cas où leur masse seraient identiques) d'analyser un constituant minoritaire dans une matrice contenant de fortes concentrations d'autres substances volatiles. La réponse des détecteurs utilisés en Spectrométrie de Masse étant linéaire sur une très large échelle, ces substances majoritaires, loin de gêner l'analyse des constituants minoritaires, peuvent être également mesurées de manière quantitative. C'est par exemple le cas pour l'alcool présent dans des préparations parfumées ou des boissons, les gaz dissous dans des liquides et des solides, ou simplement l'humidité dégagée par l'échantillon.

Analyse en ligne : Dans sa configuration standard, le SMart Nose est plutôt destiné aux laboratoires et à l'analyse hors ligne. Le couplage en ligne est toutefois facilement accessible au moyen d'un conduit capillaire spécialement conçu à cet effet (option).

Rapidité : Quelques secondes suffisent aux substances injectées dans la chambre de mesure pour arriver au Spectromètre. La mesure proprement dite ne dure que quelque dizaines de secondes, et la purge permet un retour immédiat à la ligne de base, portant la durée d'un cycle d'analyse complet par SMart Nose à seulement quelques minutes par échantillon.

Domaines d'application du SMart Nose :

Le SMart Nose est utilisable pour le contrôle qualité, l'analyse et la recherche dans tous les domaines dans lesquels des substances volatiles sont présentes. Il peut apporter une aide et un support précieux aux panels de test d'odeur et de dégustation, et partout où la capacité et la rapidité d'analyse sont cruciales. A titre d'exemple :

Agro-alimentaire :La plupart des produits alimentaires, alcools et tabacs inclus,à tous les niveaux : production, conservation, distribution.Emballage.Répression des fraudes.

Industrie :Matériaux, polymères, papier, bois etc..

Produits chimique, pharmaceutiques et cosmétiques, arômes et parfums.

Divers :Environnement, recherche, police scientifique.

Spécifications :

Injecteur automatique :Injection de gaz par seringue, injection de liquides en option. Capacité : 2 x 32 échantillons en flacons de 10 ou 20 ml. Température d'incubation : de 30-200°C

Spectromètre de masse : Pompes : 2 étages, pompe à membrane et turbo-moléculaire. Gamme de masse : 1-200 uma, (1-100 et 1-300 en option). Source : impact électronique 70 eV, double filament. Détecteurs : Faraday et Channeltron

Pour l'installation : Dimensions : largeur 95 x hauteur 91 x profondeur 75 cm. Poids : 70 kg (sans informatique). Consommation : 300 W en condition normale, 600 W en étuvage. Gaz de purge : N^₂ ou He, pression minimale : 2 bar.

Informatique : type PC 486 ou plus récent. Environnement Windows™ 95 ou plus récente.

SMart Nose est une marque déposée.