Un nouveau spectromètre de masse pour l’analyse des polluants

Résultat scientifique Procédés

Aussi nocifs que fragiles, certains polluants atmosphériques restent difficiles à détecter et étudier. Afin de mesurer en temps réel ces molécules récalcitrantes, le Laboratoire réactions et génie des procédés de Nancy s’est doté d’un spectromètre de masse unique au monde qui les ionise par laser. Des travaux publiés dans la revue Energy and Fuels prouvent l’efficacité de l’appareil pour analyser les goudrons émis durant la pyrolyse de la biomasse. Cet appareil est également utilisé pour d’autres applications comme l’étude de la formation des polluants lors de la combustion des carburants.

Comme tout spectromètre de masse, l’appareil acquis par le Laboratoire réactions et génie des procédés (LRGP, CNRS/Université de Lorraine) ionise les molécules pour ensuite les détecter. Certains polluants sont cependant très fragiles et la phase d’ionisation risque de les dénaturer au point qu’ils ne soient plus identifiables. La particularité de ce nouveau système, conçu sur mesure par la société allemande Photonion, réside dans l’utilisation d’un laser pour une ionisation extrêmement précise et douce. Il est également possible de jouer sur la longueur d’onde du laser pour augmenter davantage la sensibilité de détection des polluants.

Ce spectromètre de masse est mobile et peut être utilisé pour le suivi en ligne, toutes les secondes, de n’importe quel composé présent en phase gazeuse et ionisable par le laser. Il devient alors possible de surveiller très précisément et en direct l’évolution des émissions de polluants dans les procédés industriels ou au cours d’essais sur des bancs moteurs. Le seuil de détection normal de l’appareil est inférieur à la partie par million, mais il peut descendre encore plus bas en fonction des molécules recherchées.

Cette méthode pourrait être adaptée à de nombreuses applications, comme l’analyse de la matière organique dans l’environnement, le contrôle et la commande des procédés ou encore pour étudier la formation de composés intermédiaires durant la combustion et la gazéification des combustibles.

Cet appareil a été acquis avec le soutien de la Région Lorraine (CPER, projet « Valorisation énergétique de la Biomasse ») de l’état (FEDER), de l’ANR (projet PYRAIM) et de l’ERC (projet Clean-ICE).

© A.Dufour-LRGP

Principe de la photoionisation couplée à la spectrométrie de masse pour l’analyse en ligne des molécules en phase gazeuse. 

© A.Dufour-LRGP

Le nouveau spectromètre de masse acquis au LRGP.
 

Références :

L. Jia, Y. Le Brech, G. Mauviel, F. Qi, M. Bente-von Frowein, S. Ehlert, R. Zimmermann, and A. Dufou
Online Analysis of Biomass Pyrolysis Tar by Photoionization Mass Spectrometry
Energy Fuels (2016)
DOI: 10.1021/acs.energyfuels.5b02274

Contact

Anthony Dufour
Chercheur