Conférence Eurocopter 1 er Juin 2006 Les Techniques Chromatographiques : RIENTÉES SUR LES MATÉRIAUX CMPSITES Lionel PANAIVA Responsable Analytique - CATALYSE CATALYSE, Master Park Lot 25, 116 Boulevard de la Pomme 13011 Marseille 1 RAPPELS THÉRIQUES Principe de la CHRMATGRAPHIE Technique d analyse pour séparer les constituants d un mélange en phase liquide ou gazeuse. Les molécules à séparer sont entrainées par un fluide (liquide ou gaz) = phase mobile. Elles intéragissent ( ou pas) avec un support fixe (solide ou liquide fixé) = phase stationnaire. Il y a donc distribution ou partition des composants entre ces deux phases. Séparation = rétention des différentes molécules sur le support fixe lié à leurs affinités envers celui-ci. 2 1
RAPPELS THÉRIQUES Classification Echantillon = mélange constituants PM > 2000 PM < 2000 PM < 600 Soluble à Tamb Soluble à T>30 C Soluble dans S orga Non ionique Soluble dans l eau Ionique Gazeux ou volatilisable GPC GPCHT HPLC CI GC Séparation selon TAILLE Séparation selon AFFINITÉ Séparation selon CHARGE ionique Séparation selon AFFINITÉ 3 Résultats RAPPELS THÉRIQUES Chromatogramme : tracé représentatif de la concentration de chaque constituant (pic) en fonction du temps de rétention. Fig.1 - Exemple de chromatogramme GC Chaque constituant (pic) peut être identifié (suivant détecteur). L aire de chaque constituant (pic) est fonction de sa concentration (et de son coefficient de réponse chromatographique). 4 2
Instrumentation RAPPELS THÉRIQUES ou gaz détecteur Fig.2 - Schéma de principe d un système chromatographique 5 RAPPELS THÉRIQUES Instrumentation Détecteurs disponibles Détecteur Système Spectrométrie de masse (MS) GC Limite détection < 0.1 ppb Ionisation flamme (FID) Absorbance (DAD) Indice de réfraction (RID) IRTF Diffusion de la lumière (LALLS) Viscosimétrie Conductivité Electrochimique Fluorescence Résonance magnétique nucléaire GC HPLC, GPC HPLC, GPC HPLC, GPC HPLC, GPC HPLC, GPC < 1 ppm 1 ppb 1 ppm > 10 ppm > 10 ppm 6 3
CHRMATGRAPHIE PERMEATIN GEL (GPC) Principe Séparer les macromolécules en fonction de leur taille (masse molaire) Mélange de molécules de tailles différentes Colonne remplie de billes avec diamètre et porosité contrôlés Les petites molécules s attardent dans les porosités Fig.3 - Schéma du principe de rétention Les grosses molécules sortent en premier 7 CHRMATGRAPHIE PERMEATIN GEL (GPC) Principe Enregistrer un chromatogramme des composés à étudier Fig.4 Chromatogramme GPC/RID 8 4
CHRMATGRAPHIE PERMEATIN GEL (GPC) Principe le comparer à la courbe de calibration obtenue avec des étalons standards. Fig.5 Courbe de calibration GPC/RID avec PS standards. Calculs des masses molaires moyennes : Mn, Mw... 9 CHRMATGRAPHIE PERMEATIN GEL (GPC) Matériel chez CATALYSE Chromatographe : HP 1050 Serie Colonnes THF, Toluène : calibration PS PL Gel mixed C (5µ) Colonnes H 2 : calibration PEG Shodex SB-803 HQ (<10 5 Å) Shodex SB-802.5 HQ (<10 4 Å) Shodex SB-803 HQ (<4.10 3 Å) Détecteurs : RID : Agilent 1100 Serie. DAD (190 600 nm) HP 1050 Serie. IRTF : via LabConnections LC Transform 310. Conductimètre : Waters 431. Répartition co-monomérique 10 5
A CHRMATGRAPHIE PERMEATIN GEL (GPC) Applications Données caractéristiques (calculs) Détermination des masses molaires moyennes (Mn, Mw, Ip ) Analyses Quantitatives Détermination des ratios entre polymère, oligomère et solvant 11 CHRMATGRAPHIE PERMEATIN GEL (GPC) Application Analyses Qualitatives : identification par IRTF (LabConnections) Principe : Vaporisation de la phase mobile sous vide ultrasonique Spectre IRTF 1733 1072 1019 1233 1118 1174 605 983 3387 1372 947 633 2932 2959 2874 2339 1640 1434 796 664 4000.0 3000 2000 1500 1000 550.0 cm-1 12 6
A A A CHRMATGRAPHIE PERMEATIN GEL (GPC) Applications Analyses Qualitatives : identification par IRTF (LabConnections) n C 8 H 1 7 Cl C8 H1 7 C 17H 35C - Ca + 0.85 0.8 1534 1252 1429 1330 617 636 0.7 0.6 2915 2911 2970 1095 1199 962 692 1.01 0.5 0.4 2847 1455 1397 0.8 0.3 721 2847 837 492 0.6 0.2 2954 742 0.1 949 578 4000.0 3000 2000 1500 1000 455.1 cm-1 0.4 0.2 0.00 4000.0 3000 2000 1500 1000 550.0 cm-1 0.00 3997.7 3000 2000 1500 1000 649.9 cm-1 13 CHRMATGRAPHIE PERMEATIN GEL (GPC) Applications Analyses Qualitatives : Déconvolution co-monomérique par IRTF (LabConnections) Abs 0.20 0.18 0.16 0.14 0.12 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 0.00 GS : chromatogramme IRTF * ( ) ( ) ( CH 2 ) 5 n m p[cl-lla] Déconvolution suivant C-H de CH 2 du pcl à 1417 cm -1 5 10 15 20 Mins Déconvolution suivant C-H de CH 3 du plla à 2993 cm -1 14 7
CHRMATGRAPHIE PERMEATIN GEL (GPCHT) Matériel chez CATALYSE Chromatographe : Waters 150C Colonnes o-crésol, TCB : calibration PS PL Gel (10µ - 10 3, 10 4, 10 5 Å) Détecteurs : RID : Waters 150C. IRTF : via LabConnections LC Transform 310. Polymères concernés Polyamides (PA ), Polyoléfines (PE, PP ), Polyester (PET, PBT ) Détection IRTF Taux SCB (Schort Chain Branching) 15 CHRMATGRAPHIE LIQUIDE (HPLC) Principe Exploiter les interactions entre les solutés et les 2 phases Phase mobile Solutés à séparer Phase stationnaire (A+B) S S S Zone de dépôt de A + B B A B A B pour séparer les solutés en fonction de leurs affinités S S S S + A et ainsi les identifier et/ou les doser. 16 8
CHRMATGRAPHIE LIQUIDE (HPLC) Matériel chez CATALYSE Chromatographe : HP 1050 Serie Colonnes : phase inverse C18 : SGE GL Wakosil II 5C18RS 150x4 mm - 5µm. CN : Waters µbondapack CN. Détecteurs : RID : Waters 150C. IRTF : via LabConnections LC Transform 310. DAD (190 600 nm) HP 1050 Serie Composés concernés Mélanges complexes et Composés peu volatils : Adjuvants polymériques (anti-oxydants, anti-uv, plastifiants ), Molécules actives (biocides ) 17 CHRMATGRAPHIE LIQUIDE (HPLC) Exemple d Application Séparation et identification de plastifiants organiques (phtalates) Fig.6 Chromatogramme HPLC/DAD 18 9
Principe CHRMATGRAPHIE GAZ (GC) Technique de séparation basée sur interactions composés gazeux et phase stationnaire Fig.7 Schéma système GC Phase Stationnaire polaire Bonne séparation des composés polaires Phase Stationnaire apolaire Bonne séparation des composés apolaires (gradient point ébullition) 19 CHRMATGRAPHIE GAZ (GC) Matériel chez CATALYSE Chromatographe : Hewlett Packard 6890 Colonnes : phases moyennement polaires HP-5MS (méthyl-silicone greffée 5% PH ME siloxane), 30 m x 0,25 mm x 0.25µm. RTX-200 (méthyl-silicone greffée x% TFP ME siloxane), 60 m x 0.32 mm x 1.25µm. Détecteurs : Hewlett Packard 5973N quadripôle à impact électronique (EI) Injecteurs : Split/Splitless Pyrojecteur SGE Composés concernés Mélanges complexes et Composés volatils : Adjuvants organiques (anti-oxydants, anti-uv, plastifiants ), Polluants organiques, Monomères résiduels. 20 10
CHRMATGRAPHIE GAZ (GC) Applications Analyses Qualitatives et Quantitatives : 2000000 1800000 Identification et dosage par couplage GC-MS 1600000 1400000 Chromatogramme GC-MS 1200000 1000000 800000 600000 N 8 N 400000 200000 0 28.0029.00 30.0031.0032.0033.0034.0035.0036.0037.0038.00 Time--> Tinuvin 765 Abundance 9500 9000 8500 8000 7500 7000 6500 6000 5500 5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 138 #370169: Tinuvin (R) 292 Spectre de masse 1000 72 m/z--> 500 41 96 170 213 296 356 493 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 21 Applications CHRMATGRAPHIE GAZ (GC) Analyses Qualitatives : Identification de polymères par Pyrolyse/GCMS Principe : 1/ Fragmentation des macromolécules à haute tp, 2/ Séparation fragments dans colonne GC, 3/ Identification fragments types par MS, 4/ Reconstitution du «puzzle fragmentaire» 5/ Identification de la macromolécule 22 11
Applications CHRMATGRAPHIE GAZ (GC) Analyses Qualitatives : Identification de polymères par Pyrolyse/GCMS 4500000 4000000 3500000 Pyrogramme de la Polyvinyl pyrolidone (PVP) N 3000000 2500000 2000000 N 1-Vy 2-Py N 1500000 1000000 N 12.69 1-MeVy 2-Py 500000 1-Me 2-Py 10.41 Time--> 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 16.00 23 Applications CHRMATGRAPHIE GAZ (GC) Analyses Qualitatives : Identification de polymères par Pyrolyse/GCMS 3500000 3000000 2500000 2000000 1500000 Pyrogramme d un polyéther-polyuréthane (PE-PU) NC CH 2 NC H H (CH 2) 4 H p(thf) n 1,4-BD H MDI 1000000 500000 H (CH 2) 4 H 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 16.00 18.00 20.00 n Time--> 24 12
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