Chromatographie_master1.ppt 534ef
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- Words: 1,488
- Pages: 30
La chromatographie • Classification des chromatographies • Grandeurs chromatographiques – – –
Volume de rétention Résolution Quantification en chromatographie
– – – –
Adsorption Partage Exclusion stérique Echange d’ions
• Chromatographie en phase liquide
• Chromatographie en phase gazeuse – Adsorption – Partage
• L’appareillage en chromatographie
Principe de la chromatographie
Classification Phase mobile
Phase stationnair e
type
liquide
liquide
LL
liquide gaz gaz
solide liquide solide
LS GL GS
phénomèn e
Phase mobile
Phase stationnaire
type
adsorption
liquide
solide
SL
adsorption
gaz
solide
GS
partage
liquide
liquide
LL
partage
gaz
liquide
GS
Échange ions
Liquide ionique
Échangeu r d’ions
Echange ions
Exclusion stérique
Liquide
gel
exclusio n
Grandeurs chromatographiques Vr Vo Vs * P
Position du pic chromatographique
20,00
Profil des concentrations
qo (V Vr ) 2 (V Vr ) 2 C CM * e *e 2 2 2 2 2
10,00
Ecart type
Vr N
0,00 0
1
Vr 2
Vr 2
Vr 3
2
3
5
6
7
V95
qo (V Vr ) 2 *e dv 0.95qo 2 2 2
qo (V Vr ) 2 *e dv 0.996qo 2 2 Vr 3 2
4
Etalement s
4Vr
V99, 6
N 6Vr N
Grandeurs chromatographiques • Facteurs de capacité k'
q soluté dans la phase stationnaire
Vr Vo * (1 k ' )
q soluté dans la phase mobile
• Résolution R: elle caractérise la qualité de la séparation VrB VrA R 2* VB VA
R
25,00
25,00
20,00
20,00
15,00
15,00
10,00
10,00
k'B 1 1 * N* * 4 1 kB
5,00
5,00
0,00
0,00 0
1
2
3
4
5
6
7
Bonne résolution R>1
8
9
10
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Mauvaise résolution R<1
9
10
Grandeurs chromatographiques • Détermination du
nombre de plateaux N
CM 20,00
– grandeur caractérisant le fonctionnement de la colonne chromatographique – Dépend des conditions de fonctionnement – Détermination expérimentale
CM/2
10,00
0,00 0
1
2
3 Vr
4
V N 5.54 * r
5
2
6
7
Grandeurs chromatographiques h
• Hauteur du plateau équivalent
– dépend de la taille des particules de phase stationnaire – Dépend du remplissage de la colonne – Dépend du débit (d) de phase mobile
do
d
Equation de Vandemter A: contribution de la diffusion du soluté au travers de la phase stationnaire B/d: contribution dela diffusion du soluté dans la phase mobile Cd: contribution de la résistance au transfert de masse entre les deux phases
h A
B Cd d
Quantification en chromatographie • Méthode de la normalisation
– Simple à mettre en oeuvre, peu adapté aux mélanges complexes
• Méthode par étalonnage direct
– Nécessite d’utiliser autant d’étalon que de composés recherchés – Nécessite de contrôler rigoureusement le volume injecté
• Méthode par étalonnage interne
– Nécessite d’utiliser autant d’étalon que de composés recherchés – Nécessité de rechercher un étalon interne adapté à la composition du mélange à analyser – Plus long à mettre en œuvre – Permet de s’affranchir du volume injecté
Propriétés des phases stationnaires • On distingue – Le : silice ou alumine – La phase elle-même • Adsorbant • Solide à pores calibrés • Liquide imprégnant les pores • Molécules greffées – Fonction organique – Échangeur d’ions
Propriétés des s utilisés en chromatograph Grain de taille 5 à 10 µm Classification de la taille des pores: dp > 50 nm macropore 2< dp < 50 nm mésopore Dp < 2 nm micropore Pour les applications en chromatographie les diamètres des pores varient entre 10 et 20 nm La surface spécifique S est majoritairement due à la surface des pores, elle augmente lorsque la taille des pores diminue Vp: c’est le volume des pores: il augmente lorsque la porosité croit P: porosité P=100 *Vporeux/Vmatériau Vo: c’est le volume entre les grains ou volume mort, il ne dépend que de la taille des grains
Chromatographie en phase liquide
La chromatographie d’adsorption Vr Vo Vs * Pads Les phases mobiles utilisées en chromatographie d’adsorption Solvant Hexane Ether Chloroforme Chlorure méthylène Acétonitrile Méthanol Eau
Force éluante Force éluante (silice) (alumine) 0 0.22 0.26
0 0.28 0.40
0.32
0.42
0.50 0.73 >0.73
0.65 0.95 >0.95
La chromatographie d’adsorption
Vr Vo Vs * Pads
• Pads dépend entre autre – de l’énergie d’adsorption de la molécule (cette énergie est lié à la surface occupée par la molécule sur le site d’adsorption) – de la polarité de la molécule – de la nature de la phase mobile utilisée (Pads croit si pm augmente)
inverse
Mode de travail en chromatographie d’adsorption
directe
Polarité
SiO2, Al2O3
Chromatographie d’adsorption
Vr Vo Vs * Pads
Pads dépend de la surface occupée par la molécule et de sa polarité (présence d’hétéroatomes)
Effet de la taille des pores en chromatographie d’adsorption d=4 nm, S= 900 m2.g-1
• Une diminution de la taille des pores augmente la surface spécifique et par conséquent le Vr du soluté augmente
d=6 nm, S= 400 m2.g1
• Une taille trop faible des
pores peut entraîner des phénomènes d’exclusion stérique
d=10 nm, S= 200 m2.g-1
Effet de la polarité de la phase mobile en chromatographie d’adsorption • L’effet de la polarité liée à la force éluante o est donnée
par la relation de Snyder
log k’S = log Va + b ( Eo – AS o) + log (Wa / VM) + ES log k’S et par conséquent Vr décroissent lorsque la polarité de la phase mobile croit
phenanthrene biphenyl naphtalene benzene
Effet de la polarité de la phase mobile en chromatographie d’adsorption
Une augmentation de polarité de la phase mobile diminue Vr
La chromatographie de partage
P augmente
Solvant phase Force éluante mobile (alumine) Hexane
0
Benzène Chloroforme Chlorure méthylène Acétonitrile Méthanol Eau
0.32 0.40
Phase stationnaire
CH3
0.42 0.65 0.95 >0.95
CN NH2
CN
directe
directe
inverse
NH2 inverse
directe
Polarité
inverse
Les différents modes de travail en chromatographie de partage
CH3
Influence du mode direct ou indirect sur la séparation
Vr Vo Vs * P
Mode direct: ps > pm
Mode inverse: ps < pm
Effet de la polarité de la phase mobile en chromatographie de partage
En mode direct
Une augmentation de polarité de la phase mobile diminue Vr
En mode inverse
Une augmentation de polarité de la phase mobile augmente Vr
La chromatographie par exclusion stérique Vo volume intersticiel
Vr Vo V p * k avec 0 k 1
Vp volume poreux k coefficient de diffusion du soluté k=1 diffusion totale k=0 exclusion totale
R
Vo
Vp
Vr
La chromatographie par exclusion stérique Log M
Vr R
Vo
Vp
Détermination des masses molaires moyennes
Vr
La chromatographie par exclusion stérique Tailles comparées des diamètres de pores en nm (dp) et du poids moléculaire des composés exclus Adsorptio n 102
0
Exclusion stérique
1.5.103
1
104
105
2
106
3
107
4
PM
5
Log dp
En comparaison la taille des pores des phases utilisées en adsorption se situe entre 4 et 10 nm soit au moins 10 fois plus faible; la tendance à réduire le dp des phases classiques conduit à l’apparition de phénomène d’exclusion pour les molécules de masse ≥ 500.
La chromatographie d’échange d’ion Vr Vo Vs * P
• Chromatographie d’échange de cation
M n n H M n n H
– Équilibre d’échange log P log K n log H npH
• Chromatographie
n n A n OH A n OH d’échange d’anion
– Équilibre d’échange
log P log K n log OH n *14 npH
La chromatographie d’échange d’ion Log P
Log P
pH
pH 0 7 14 Échange de cation
0 7 14 Échange de d’anion
Si pH diminue, Vr diminue
Si pH diminue, Vr croit
pH1
>
pH2
pH2
>
pH1
La chromatographie d’échange d’ion
Elimination de la conductivité de la phase mobile La conductivité de la phase mobile est élevée, elle doit être éliminée pour avoir une meilleure sensibilité dans la détection. Cette élimination se fait grace à l’utilisation d’une membrane échangeuse d’ions par dialyse de Donnan
Chromatographie en phase gazeuse
La chromatographie en phase gazeuse
• On utilise comme phase mobile un gaz inerte • Il existe deux types de G
– La G par adsorption (très peu utilisée) • la phase stationnaire est un solide poreux • La phase stationnaire est souvent de l’azote – La G de partage • la phase stationnaire est un liquide é par un solide poreux • La phase mobile est souvent de l’azote
Volume de rétention Résolution Quantification en chromatographie
– – – –
Adsorption Partage Exclusion stérique Echange d’ions
• Chromatographie en phase liquide
• Chromatographie en phase gazeuse – Adsorption – Partage
• L’appareillage en chromatographie
Principe de la chromatographie
Classification Phase mobile
Phase stationnair e
type
liquide
liquide
LL
liquide gaz gaz
solide liquide solide
LS GL GS
phénomèn e
Phase mobile
Phase stationnaire
type
adsorption
liquide
solide
SL
adsorption
gaz
solide
GS
partage
liquide
liquide
LL
partage
gaz
liquide
GS
Échange ions
Liquide ionique
Échangeu r d’ions
Echange ions
Exclusion stérique
Liquide
gel
exclusio n
Grandeurs chromatographiques Vr Vo Vs * P
Position du pic chromatographique
20,00
Profil des concentrations
qo (V Vr ) 2 (V Vr ) 2 C CM * e *e 2 2 2 2 2
10,00
Ecart type
Vr N
0,00 0
1
Vr 2
Vr 2
Vr 3
2
3
5
6
7
V95
qo (V Vr ) 2 *e dv 0.95qo 2 2 2
qo (V Vr ) 2 *e dv 0.996qo 2 2 Vr 3 2
4
Etalement s
4Vr
V99, 6
N 6Vr N
Grandeurs chromatographiques • Facteurs de capacité k'
q soluté dans la phase stationnaire
Vr Vo * (1 k ' )
q soluté dans la phase mobile
• Résolution R: elle caractérise la qualité de la séparation VrB VrA R 2* VB VA
R
25,00
25,00
20,00
20,00
15,00
15,00
10,00
10,00
k'B 1 1 * N* * 4 1 kB
5,00
5,00
0,00
0,00 0
1
2
3
4
5
6
7
Bonne résolution R>1
8
9
10
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Mauvaise résolution R<1
9
10
Grandeurs chromatographiques • Détermination du
nombre de plateaux N
CM 20,00
– grandeur caractérisant le fonctionnement de la colonne chromatographique – Dépend des conditions de fonctionnement – Détermination expérimentale
CM/2
10,00
0,00 0
1
2
3 Vr
4
V N 5.54 * r
5
2
6
7
Grandeurs chromatographiques h
• Hauteur du plateau équivalent
– dépend de la taille des particules de phase stationnaire – Dépend du remplissage de la colonne – Dépend du débit (d) de phase mobile
do
d
Equation de Vandemter A: contribution de la diffusion du soluté au travers de la phase stationnaire B/d: contribution dela diffusion du soluté dans la phase mobile Cd: contribution de la résistance au transfert de masse entre les deux phases
h A
B Cd d
Quantification en chromatographie • Méthode de la normalisation
– Simple à mettre en oeuvre, peu adapté aux mélanges complexes
• Méthode par étalonnage direct
– Nécessite d’utiliser autant d’étalon que de composés recherchés – Nécessite de contrôler rigoureusement le volume injecté
• Méthode par étalonnage interne
– Nécessite d’utiliser autant d’étalon que de composés recherchés – Nécessité de rechercher un étalon interne adapté à la composition du mélange à analyser – Plus long à mettre en œuvre – Permet de s’affranchir du volume injecté
Propriétés des phases stationnaires • On distingue – Le : silice ou alumine – La phase elle-même • Adsorbant • Solide à pores calibrés • Liquide imprégnant les pores • Molécules greffées – Fonction organique – Échangeur d’ions
Propriétés des s utilisés en chromatograph Grain de taille 5 à 10 µm Classification de la taille des pores: dp > 50 nm macropore 2< dp < 50 nm mésopore Dp < 2 nm micropore Pour les applications en chromatographie les diamètres des pores varient entre 10 et 20 nm La surface spécifique S est majoritairement due à la surface des pores, elle augmente lorsque la taille des pores diminue Vp: c’est le volume des pores: il augmente lorsque la porosité croit P: porosité P=100 *Vporeux/Vmatériau Vo: c’est le volume entre les grains ou volume mort, il ne dépend que de la taille des grains
Chromatographie en phase liquide
La chromatographie d’adsorption Vr Vo Vs * Pads Les phases mobiles utilisées en chromatographie d’adsorption Solvant Hexane Ether Chloroforme Chlorure méthylène Acétonitrile Méthanol Eau
Force éluante Force éluante (silice) (alumine) 0 0.22 0.26
0 0.28 0.40
0.32
0.42
0.50 0.73 >0.73
0.65 0.95 >0.95
La chromatographie d’adsorption
Vr Vo Vs * Pads
• Pads dépend entre autre – de l’énergie d’adsorption de la molécule (cette énergie est lié à la surface occupée par la molécule sur le site d’adsorption) – de la polarité de la molécule – de la nature de la phase mobile utilisée (Pads croit si pm augmente)
inverse
Mode de travail en chromatographie d’adsorption
directe
Polarité
SiO2, Al2O3
Chromatographie d’adsorption
Vr Vo Vs * Pads
Pads dépend de la surface occupée par la molécule et de sa polarité (présence d’hétéroatomes)
Effet de la taille des pores en chromatographie d’adsorption d=4 nm, S= 900 m2.g-1
• Une diminution de la taille des pores augmente la surface spécifique et par conséquent le Vr du soluté augmente
d=6 nm, S= 400 m2.g1
• Une taille trop faible des
pores peut entraîner des phénomènes d’exclusion stérique
d=10 nm, S= 200 m2.g-1
Effet de la polarité de la phase mobile en chromatographie d’adsorption • L’effet de la polarité liée à la force éluante o est donnée
par la relation de Snyder
log k’S = log Va + b ( Eo – AS o) + log (Wa / VM) + ES log k’S et par conséquent Vr décroissent lorsque la polarité de la phase mobile croit
phenanthrene biphenyl naphtalene benzene
Effet de la polarité de la phase mobile en chromatographie d’adsorption
Une augmentation de polarité de la phase mobile diminue Vr
La chromatographie de partage
P augmente
Solvant phase Force éluante mobile (alumine) Hexane
0
Benzène Chloroforme Chlorure méthylène Acétonitrile Méthanol Eau
0.32 0.40
Phase stationnaire
CH3
0.42 0.65 0.95 >0.95
CN NH2
CN
directe
directe
inverse
NH2 inverse
directe
Polarité
inverse
Les différents modes de travail en chromatographie de partage
CH3
Influence du mode direct ou indirect sur la séparation
Vr Vo Vs * P
Mode direct: ps > pm
Mode inverse: ps < pm
Effet de la polarité de la phase mobile en chromatographie de partage
En mode direct
Une augmentation de polarité de la phase mobile diminue Vr
En mode inverse
Une augmentation de polarité de la phase mobile augmente Vr
La chromatographie par exclusion stérique Vo volume intersticiel
Vr Vo V p * k avec 0 k 1
Vp volume poreux k coefficient de diffusion du soluté k=1 diffusion totale k=0 exclusion totale
R
Vo
Vp
Vr
La chromatographie par exclusion stérique Log M
Vr R
Vo
Vp
Détermination des masses molaires moyennes
Vr
La chromatographie par exclusion stérique Tailles comparées des diamètres de pores en nm (dp) et du poids moléculaire des composés exclus Adsorptio n 102
0
Exclusion stérique
1.5.103
1
104
105
2
106
3
107
4
PM
5
Log dp
En comparaison la taille des pores des phases utilisées en adsorption se situe entre 4 et 10 nm soit au moins 10 fois plus faible; la tendance à réduire le dp des phases classiques conduit à l’apparition de phénomène d’exclusion pour les molécules de masse ≥ 500.
La chromatographie d’échange d’ion Vr Vo Vs * P
• Chromatographie d’échange de cation
M n n H M n n H
– Équilibre d’échange log P log K n log H npH
• Chromatographie
n n A n OH A n OH d’échange d’anion
– Équilibre d’échange
log P log K n log OH n *14 npH
La chromatographie d’échange d’ion Log P
Log P
pH
pH 0 7 14 Échange de cation
0 7 14 Échange de d’anion
Si pH diminue, Vr diminue
Si pH diminue, Vr croit
pH1
>
pH2
pH2
>
pH1
La chromatographie d’échange d’ion
Elimination de la conductivité de la phase mobile La conductivité de la phase mobile est élevée, elle doit être éliminée pour avoir une meilleure sensibilité dans la détection. Cette élimination se fait grace à l’utilisation d’une membrane échangeuse d’ions par dialyse de Donnan
Chromatographie en phase gazeuse
La chromatographie en phase gazeuse
• On utilise comme phase mobile un gaz inerte • Il existe deux types de G
– La G par adsorption (très peu utilisée) • la phase stationnaire est un solide poreux • La phase stationnaire est souvent de l’azote – La G de partage • la phase stationnaire est un liquide é par un solide poreux • La phase mobile est souvent de l’azote
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