Chromatographie en Phase Gazeuse CPG.

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1 TEISSIER Thomas MADET Nicolas Licence IUP SIAL Universié de Créeil-Paris XII COMPTE-RENDU DE TP DE CHROMATOGRAPHIE: Chromaographie en Phase Gazeuse CPG. Année universiaire 23/24

2 Sommaire. I OBJECTIF...3 II MATERIEL II.1 CHROMATOGRAPHE EN PHASE GAZEUSE II.1.1 Principe II.1.2 Maeriel... 4 III MANIPULATIONS... 5 III.1 ETUDE DES PARAMETRES III.1.1 La résoluion III.1.2 Le faceur de capacié III.1.3 L éfficacié... 5 IV INTERPRETATIONS ET OPTIMISATION... 6 IV.1 OPTIMISATION DU DEBIT IV.2 OPTIMISATION DE LA TEMPERATURE... 7 IV.3 OPTIMISATION DE LA SEPARATION V CONCLUSION

3 La chromaographie en phase gazeuse (CPG) es une méhode séparaive parmi les plus employées car elle allie rapidié e efficacié de séparaion. Elle perme d analyser qualiaivemen e quaniaivemen des mélanges complexes de gaz ou de composés qui peuven êre volailisés sans êre décomposé. Cee méhode perme la séparaion comme les aures echniques chromaographique par une suie d équilibre enre une phase gazeuse (phase mobile qui enraîne les échanillons à analyser) e une phase liquide (chromaographie de parage) ou solide (chromaographie d adsorpion). Pour concurrencer l uilisaion de l HPLC, la CPG offre : - Une grande adapabilié par un grand choix de phases saionnaires, de empéraures, e de débi de phase mobile ainsi que sa composiion (azoe, argon, hélium, hydrogène, ) - L uilisaion de méhodes physiques de déecion rès sensibles (de l ordre du picogramme) - L auomaisaion assuran l uilisaion de rès nombreux échanillons. I Objecif. Cee manipulaion a pour objecif de nous familiariser avec l uilisaion d un chromaographe en phase gazeuse e d opimiser quelques paramères de séparaion el que le débi de phase mobile e la empéraure du four de la colonne. L opimisaion s effecuera sur la séparaion d hydrocarbures légers. II Maériel. II.1 Chromaographe en phase gazeuse. II.1.1 Principe. Le schéma général d un chromaographe en phase gazeuse couplé à un déeceur à ionisaion de flamme (FID ou DIF) es rendu sur la figure 1 suivane. Figure 1 : schéma général d un chromaographe en phase gazeuse couplé à un déeceur à ionisaion de flamme - 3 -

4 Le principe de la séparaion repose sur la différence d affinié enre les composés pour la phase mobile e la phase saionnaire. Un composé qui aura plus d affinié pour la phase mobile, aura peu d ineracion avec la phase saionnaire e sera donc moins raleni par celle-ci e sera donc élué plus rapidemen qu un composé qui aura plus d affinié avec la phase saionnaire e sera plus souven en ineracion avec la phase saionnaire qu avec la phase mobile. II.1.2 Maeriel Les données echniques son regroupées en annexes 12. o Seringue : La seringue perme d injecer un volume de 1 µl. Nous injecerons un volume de 1 µl lors de ce TP. o Injeceur : l injeceur perme à la fois de vaporiser les échanillons e de les enraîner par la phase mobile. Parmi les nombreux ypes d injeceurs uilisables, l injeceur Spli/Spliless es le plus souven uilisé pour des échanillons en soluions. Le erme Spli se rappore à une fuie qui es conrôlée e qui perme d éliminer une parie de l échanillon lors de l injecion e ceci es uilisé pour des échanillons concenrés. Les échanillons qui seron les plus volails seron en plus grande concenraion au débu de la colonne. Figure 2 : schéma d un injeceur Spli/Spliless On peu vérifier par le rappor de Spli si la colonne ne risque pas d êre surchargé par l échanillon. Par exemple, le fabrican indiquan que la quanié maximale de la colonne es de 1 à 2 ng pour chaque consiuan, si on ravaille avec un rappor de Spli de 1: 5 e que l on injece 1 µl de 5 consiuans de masses volumiques de 1 g/cm 3. Es-ce que l injecion prévue répond bien aux consignes données par le fabrican? Quanié injecée : 1µL=1*1=1 mg, Quanié dans la colonne : 1/5=,2 mg Quanié par consiuans :,2/5=4 µg ce qui es supérieur à 2 ng donc il y a surcharge de la colonne. o Colonne : La colonne es consiuée d une phase saionnaire greffé à la paroi de la colonne es qui es consiuée de Poly(5% diphényl, 95% diméhylsiloxane). Elle perme la séparaion d hydrocarbures légers en foncions de la empéraure. La colonne à les caracérisiques suivanes : Longueur = 3 m, Diamère inerne =,25 mm, épaisseur du film =,25 µm. o Four : Le four perme de mainenir la colonne à une empéraure consane ou de ravailler avec un gradien de empéraure. On peu ainsi ravailler de -99 C à 25 C

5 o Déeceur : Le déeceur es donc un déeceur à ionisaion de flamme. L'élua pénère dans une flamme obenue par combusion d'hydrogène e d'air. Les composés organiques formen alors des ions collecés par deux élecrodes, enre lesquelles on applique une différence de poeniel. Il en résule un couran élecrique recueilli par un élecromère qui le ransforme en couran que l'on peu enregisrer. Figure 3 : schéma d un déeceur à ionisaion de flamme III Manipulaions Nous allons séparer un mélange de 4 consiuans. Tous son des hydrocarbures don seul la longueur de leur chaîne carbonée change : C 5, C 7, C 8, C 9. Les composés élues en foncion de la longueur de leur chaîne carboné, ainsi le C 9 es celui qui aura le plus d ineracion avec la phase saionnaire donc il sera élué en dernier e c es celui-ci qui sera éudié pour le calcul des paramères d opimisaion. III.1 Eude des paramères. III.1.1 La résoluion. Ce paramère perme de définir la qualié de la séparaion en qualifian la disance enre les pics de chaque consiuan e leur chevauchemen. 2 Rs = ( ) r2 r1 + ω ω 2 1 Avec ω :la largeur du pic à la base. r : emps de réenion des composés Rs doi êre supérieur éan porche de 1,5 pour que la séparaion puisse êre qualifié de bonne. à 1,5 ou en III.1.2 Le faceur de capacié. k es le faceur de capacié, il es spécifique de chaque consiuans e exprime le rappor enre la concenraion du consiuan dans la phase saionnaire sur la concenraion du consiuan dans la phase mobile. k' = r 2 r1 m m Avec : r le emps de réenion d un des composé m le emps mor. III.1.3 L éfficacié. L efficacié héorique d une colonne, c es le nombre de plaeaux nécessaires à la sorie complèe de la quanié iniiale de solué. On a : N e = 2 ( ) r σ 2 m Avec : r le emps de réenion d un des composé (calculer en foncion du emps mor : m ). E σ la largeur du pic de ce composé à la haueur de 6% - 5 -

6 Avec l efficacié héorique de la colonne on peu calculer la haueur équivalene à un plaeau héorique (HEPT e ) : L Avec : L la longueur de la colonne = N e le nombre de plaeaux héoriques HEPT e N e IV Inerpréaions e opimisaion IV.1 Opimisaion du débi. A empéraure consane (=7 C), nous allons effecuer la séparaion en faisan varier le débi de la phase mobile. Les débis éudiés son,5-,8-1-1,2-1,5 ml/min. Les courbes de séparaion ainsi que les rappors d analyses e d inégraion son donnés dans les annexes 1 à 11. Sur ces rappors d analyses on calculés pour chaque composés : le emps de résoluion, la largueur à la base du pic, l efficacié héorique, le faceur de capacié e le faceur de résoluion. Toues ces données son regroupées dans le ableau 1 donné en annexe 13. A parir de ces données nous allons pouvoir racer des courbes de Van-Deemer (Ne ou =f(débi ou de la empéraure)). L analyse de ces courbes nous perme de déduire our à our le débi e la empéraure opimale de séparaion des composés. Sur le graphique suivan on peu observer la courbe d efficacié permean de déerminer le débi opimal. Figure 4 : Courbe de Van-Deemer donnan l efficacié héorique ou l en foncion du débi pour le nonane (C9) à 7 C (empéraure de colonne). 1,12 9 8,1 Efficacié héorique ,8,6,4 Ne 2,2 1,2,4,6,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 Débi de phase mobile en ml/min L allure des courbes obenues es conradicoire avec ce que l on aurai pu s aendre à obenir car la courbe de Ne=f(débi) devrai êre d abord croissane puis décroissane e inversemen pour le courbe donnan l =f(débi). On peu supprimer le premier poin e essayer de racer à nouveaux les courbes avec ses nouvelles valeurs e on obien la figure suivane

7 Figure 4 : Courbe de Van-Deemer donnan l efficacié héorique ou l en foncion du débi pour le nonane (C9) à 7 C sans le débi de,5 ml/min 1,12 9 8,1 Efficacié héorique ,8,6,4 Ne 2,2 1,5,7,9 1,1 1,3 1,5 1,7 1,9 Débi de phase mobile en ml/min On n obien oujours pas les courbes souhaiées mais on s aperçoi que le débi permean d avoir une efficacié héorique e une la plus faible possible correspond à 1,2-1,3 ml/min. Pour la suie des manipulaions nous avons donc décidé de ravailler avec un débi de 1,2 ml/min. IV.2 Opimisaion de la empéraure. Le racé des courbes de Van-Deemer à un débi de 1,2 ml/min en foncion de la empéraure es donné par la figure suivane. Figure 5 : Courbe de Van-Deemer donnan l efficacié héorique ou l en foncion de la empéraure pour le nonane (C9) à 1,2 ml/min 25,7,6 2,5 Efficacié héorique 15 1,4,3,2 Ne 5, Tempéraure de la colonne en C - 7 -

8 Pour cee figure, les courbes de Van-Deemer corresponden bien à ce que l on aendai, on peu donc déduire de ces courbes la empéraure opimale pour un débi de 1,2 ml/min, c'es-à-dire que la séparaion sera la plus efficace à une empéraure de 17 C. IV.3 Opimisaion de la séparaion. Si on observe l évoluion de la résoluion en foncion du débi e de la empéraure sur la figure suivane on observe une diminuion de la résoluion vers des valeurs accepable (proche de 1,5) quand la empéraure alors que des débis croissans fai augmener la résoluion de manière peu accepable. Figure 6 : Courbe d évoluion de la résoluion Rs en foncion du débi e de la empéraure 12 Tempéraure en C Résoluion Rs Débi à 7 C Tempéraure à 1,2 ml/min 2,5,8 1 1,2 1,5 1,7 Débi en ml/min Pour avoir la meilleure résoluion il faudrai donc avoir un débi de,8 ml/min e une empéraure de 14 C. En effecuan deux aures analyses avec les paramères suivans : - débi = 1,3 ml/min Tempéraure = 16 C - débi = 1,4 ml/min Tempéraure = 11 C On obien les courbes d analyses e rappors d inégraions donnés en annexes 1 e 11. On s aperçoi que les résoluions son de l ordre de 5, ce qui es rop imporan. Car même si la séparaion de composés es effecive e bonne, le emps d analyse en devien considérablemen plus long

9 V Conclusion Il aurai donc éé préférable d effecuer des analyses avec les paramères de débi e de empéraure rouvé plus hau, c'es-à-dire : 14 C e,8 ml/min mais lors de nore éude nous n avons pas racé les courbes de débi e empéraure en foncion de la résoluion, e nous ne pouvions savoir quels paramères uiliser pour l opimisaion. L opimisaion n a donc pas pu réellemen êre mené à bou car nous ne savions pas quel débi ou quelle empéraure nous donnerai la meilleure résoluion avec un emps d analyse correc. Mais la démarche d opimisaion à éé effecuée mais les courbes que nous avons obenus ne nous permeai pas de rouver direcemen par les courbes de Van-Deemer (en pariculier pour l opimisaion du débi) les paramères opimums de séparaion de ces composés

10 Tableau 1 : Récapiulaif des données obenu sur les rappors d analyse Débi en Tempéraure en ml/min C Ne k' Rs, , ,77 9,5, , ,29 7, , ,76 8,7 1, , ,41 9,1 1, , ,5 1 1, ,32515, , , ,41 9,1 1, ,139947,97 6,6 1, ,151813,82 3,8 1, ,319448,74 1,8 1, ,17578,81 5,1 1, ,158541,69 5 Essai à empéraure =7 C en foncion du débi. Essai à débi =1,2 ml/min en foncion de la empéraure. Essais supplémenaires

11 Bibliographie École Polyechnique, Palaiseau. Chromaographie en phase gazeuse [en ligne] disponible sur : <hp://www.collegepolyechnique.com/cdx/sie/fiche_seminaire.cfm?seminaire_id=68> (consulé le 19/1/4) Pascale Richardin. La chromaographie en phase gazeuse [en ligne] disponible sur : <hp://www.culure.gouv.fr/culure/conservaion/fr/mehodes/chrom_1.hm> (consulé le 19/1/4) René Lafon. Méhodes physiques de séparaion e d analyse e méhodes de dosages des biomolécules [en ligne] disponible sur : <hp://www.snv.jussieu.fr/bmedia/lafon/chromao/a3.hml> (consulé le 19/1/4)

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