6. AUTRES TYPES DE CHROMATOGRAPHIE OBJECTIFS Connaître les particularités de la chromatographie en fluide supercritique et des chromatographies sur couche mince ou sur papier Comprendre les avantages et les désavantages de chaque technique Connaître des utilisations potentielles de chaque technique 6.1 Chromatographie en fluide supercritique (CFS) La CFS peut être couplée avec de nombreux détecteurs Le principal problème de la CL est certainement l absence d une méthode universelle et sensible de détection. La CFS, au contraire, autorise un couplage avec de très nombreux détecteurs. Lorsque le CO 2 est utilisé pur, sans adjonction de solvant polaire (méthanol, etc.), ce qui est généralement le cas avec les colonnes capillaires, on peut utiliser l ionisation de flamme, mais aussi, avec des colonnes remplies de dimension classique, la spectrométrie infrarouge à transformée à Fourier. L ionisation de flamme est certainement la plus intéressante car, contrairement à la spectrométrie UV-visible, il s agit d un mode de détection «universel». Le couplage avec la spectrométrie de masse, plus simple à réaliser en CFS qu en CL, doit permettre de résoudre en partie les problèmes relatifs à l identification des pics chromatographiques. Enfin, d autres détecteurs, tels que le LSD (Light Scattering Detector), sont encore possibles. Le succès de l extraction en phase supercritique, déjà utilisée sur le plan industriel, n est plus à démontrer. Il est dû aux excellentes propriétés solvantes des fluides supercritiques, à la possibilité de moduler le pouvoir solvatant par l intermédiaire d un paramètre simple, la pression, mais aussi à l élimination aisée du solvant après extraction, réalisée par simple détente et/ou réchauffement du fluide. A partir de la température critique (Tc) - substance ne peut plus être condensée à l'état liquide par augmentation de pression - propriétés différentes de l'état liquide ou gazeux - les molécules se comportent indépendamment les uns des autres 98
Comparaison des propriétés des liquides et des gaz gaz fluides supercritiques liquides Masse volumique (g cm -3 ) (06-2) x 10-3 0.2-0.5 0.6-1.6 D, coefficient de diffusion (cm 2 s -1 ) (1-4) x 10-1 10-3 - 10-4 (0.2-2) x 10-5 Viscosité (g cm -1 s -1 ) (1-3) x 10-4 (1-3) x 10-4 (0.2-3) x 10-2 * toutes ces données n indiquent qu un ordre de grandeur en augmentant la densité, la dissolution de grosses molécules non volatiles est possible CO 2 (31 C) ; l éthane (32 C) appareils ressemblent à ceux de la CL (+ contrôle de pression) densité augmente rapidement et de façon non-linéaire avec la pression bon solvant (molécules non-polaires) colonnes peuvent être plus longues e.g. 10 60 m ; 50 ou 100 µm (D.I.) CO 2 supercritique transparent dans l'uv non-toxique peu coûteux 31 C / 73 atm. ( HPLC) on peut ajouter MeOH (<10%) pour modifier la polarité (et donc α) détecteur à ionisation de flamme 6.2 Appareillage Sur le plan expérimental, la CFS avec des colonnes remplies est très semblable à la CL. Les composant principaux du montage : pompe, injecteur, colonne et détecteur sont identiques ou ne nécessitent que de très légères modifications. La pompe : le fluide supercritique arrive à l état d équilibre liquide-gaz et doit être refroidi à 0 C pour passer à l état liquide. Pour éviter tout problème de cavitation dans le corps de pompe, celui-ci est également refroidi à 0 C au moyen d une jaquette thermorégulée. Le détecteur : avec la plupart des détecteurs (UV,FTIR), la régulation de pression dans la colonne, réalisée au moyen d une vanne appropriée (Tescom), se fait en amont de la cellule de détection qui doit donc pouvoir résister à des pressions atteignant 350 bars. Ce type de détecteur est disponible chez de nombreux constructeurs. 99
6.3 Comparaison (CFS, CG, CL) La variation de la masse volumique En CL, une augmentation de température entraîne en général, une diminution de la rétention. Une variation de la pression est sans influence car, jusqu à 500 bars, les liquides sont pratiquement incompressibles et leur masse volumique ne varie pas. Ceci n est pas le cas des fluides supercritiques qui sont de 10 à 500 fois plus compressibles que les liquides. Aussi, en CFS et contrairement à la CL, une modification de pression changera la masse volumique du fluide supercritique et donc la rétention. Ainsi, à température constante en CFS, une augmentation de pression entraîne une augmentation de la masse volumique, donc de la solubilité des solutés et une diminution de la rétention. L influence de la pression sur la rétention est d autant plus importante que la compressibilité du fluide est grande, c est-à-dire que l on est proche du point critique. A masse volumique constante, l influence de la température en CFS est identique à celle obtenue en CL. Par conséquent, la CFS possède un degré de liberté supplémentaire par rapport à la CL : la masse volumique. Ceci donne beaucoup de souplesse à la méthode, sans toutefois la compliquer car, lors d une modification de la masse volumique du fluide, l ordre d élution des solutés n est que très rarement changé. Une seule limitation Nous avons déjà remarqué que les fluides supercritiques étaient beaucoup plus compressibles que les liquides, surtout près du point critique. Le gradient de pression qui règne dans la colonne entraîne donc une diminution de la masse volumique du fluide au fur et à mesure de sa progression dans la colonne et le soluté est donc soumis à un gradient d élution à force éluante décroissante : ceci peut provoquer un étalement du pic chromatographique, et, par la suite, une diminution de la résolution. Ce phénomène n a de l importance que pour les colonnes de faible perméabilité remplies de particules de phase stationnaire. Dans ce cas, il sera toujours nécessaire de limiter la compressibilité de la phase mobile en évitant la zone proche du point critique, c est-à-dire le plus souvent en augmentant la pression. La chromatographie en phase supercritique avec le CO 2 permet de combiner au moins partiellement les avantages de la CL et de la CG. Elle est, en outre, complémentaire de ces deux méthodes et possède certaines caractéristiques qui la rende unique. CFS plus rapide que CL (viscosité ) Elargissement de pics: CFS < CG (diffusion ) Utiles pour espèces non-volatiles ou thermiquement instables Utiles pour composés sans chromophores Facile à coupler aux spectromètres de masse 100
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6.4 Chromatographie sur couche mince et sur papier Même principe que pour CL Phase stationnaire - papier : cellulose saturé par une phase stationnaire (e.g. eau) - couche mince : gel de silice, l alumine, poudre de cellulose (greffés ou non) Phase mobile - papier : hydrophobe Détection - UV - chromophores - fluorophores - radio-isotopes distance parcourue par le soluté R f = distance parcourue par le front du solvant 102
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