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1Lachromatographieionique

Théorieetmiseenoeuvre

Laboratoire

Superficielles

FrancisSondag

desFormations

ORSTOMBondy

Principesgénéraux·de lachromatographie

Le terme chromatographie désigne unetechniquede séparation danslaquelleles diverscomposantsd'unéchantilloncirculentau traversd'une colonne avec des vitessesdifférentes.Dans toute séparationchromatographique,il ya unephasestationnaire,qui correspond au remplissage de la colonne, et unephase mobile,qui est celle qui circule à travers la colonne. .On chromatographie: • selon lanaturephysiquedes deuxphases:laphase ..stationnairepeut êtreliquideou solide alors que la phase mobile est soit liquide soit gazeuse. On peut donc avoirquatre typesde

.solide.Demanièregénéraleondénommelesdeuxpremièreschromatographieliquideet les deux autreschromatographie

gazeuse,c'est-à-dire en ne tenant compte que de la phase mobile. • selon le l'échantillon:par adsorptionde la phasemobilesur la phase stationnaire,par partition de laphasemobilesur.lesupport stationnaireou par

échange-.ioniquedes composants de la phase

mobile avec les sites d'échange du substrat.. méthodedeséparation.Celle-cidoit ensuite êtresuiviepar la. mesure d'un paramètre afin depouvoirréaliser unedétermination systèmesolvant soluté tel que saconductivitéélectriqueouthermique,sa couleur, sescaractéristiquesspectralesou même saradioactivité. 110
Le schéma général de fonctionnement est donc le suivant ( fig. .t): contenantla phase stationnaire et on fixe ce moment comme étant t=O.Lescomposantsàanalysersontimmédiatementfixés, par adsorption,.partition ou échange ionique, sur lapremière portion de laphasestationnaire.A partir de cetinstant,leliquideou le gaz utilisécomme phase mobile est mis encirculation.Il estànoter que celiquideou gazpeut'être le mêmesolvantque celui de .l'échantillon,mais il peut aussi êtredifférent.Avec le temps, les composantsdel'échantillononttendance

àsesépareren bandes

distinctesdufaitde leur vitesse demigrationdifférentedans le solvant. Enchromatographieionique, les vitesses de migration sont fonctionprincipalementde latailledesionset de leur charge· électriqueetdépendentaussinaturellementde la nature et de la .force ionique de la phase mobile.

Fig;.1:Représentation"·

schématlque de larétention(A) et del'élution(B) d'un.mélangeàdeuxcomposants A BJ,

Phasetationnire

Composant 2 .

Composant 1

J,J, t=Ot=i 111

Un peu determinologie

Elution:processus par lequel lescomposantsd'unéchantillon sedéplacent

àtraverslacolonnesuite au fluxpermanentde la

phase mobile. Eluant:le liquide ou le gazconstituantla phase mobile. Eluat:ce qui se retrouve en sortie decolonne,c-à-dl'éluant plus lecomposantqu'ilcontient'

àuninstantdéterminé.

Tempsderétentiond'un composant: tempsrequispour que cecomposantarrive

àl'extrémitéde lacolonne."estmesuré

.depuislemomentdel'injectionjusqu'ausommetdu pic qui lui correspond. Volumederétention'd'un'composant:volumede la phase mobilequi doits'écoulerpour que cecomposantsoit

élué.Adébit

constant, il est égal au temps de rétentionmultipliéparle débit. dépendentnaturellementdes composants mais aussi deparamètres' opératoires(longueuretdiamètresde lacolonnesnotamment)et desconditions ·température).C'est pourquoi. on utiliseplutôtlesnotionsde temps etvolumede rétention relatifs. Par ailleurs, ilya évidemmentintérêtàobtenirune séparation aussi nette que possible entre lesdifférentscomposants.Cela peut se faire enjouantsur ces· mêmes paramètres. Iln'esttoutefoispas •toujourspossible pics ont tendance às'élargiravec le temps. Cela est dû. notamment à desvariationsdans lacompactionde lacolonne,ce qui a une incidencesur le débit, et à ladiffusiondusolutédans le solvant' Le chromatographeionique

L'appareilcomporte4 éléments:

• une pompeanalytiquequi assure undébittrèsrégulieret réglable avec précision (entre 0 et 9.9 ml/min. pour le DIONEX); • le module dechromatographiequi comporte en ensemble de colonne;. 112
mais quipeut êtreremplacéselon le typed'analyseàeffectuerpar un module f1uorimétrique ou uncolorimètre; • unestationd'acquisitionet traitementdesdonnéesassurant l'enregistrementet le·traitementqualitatifetquantitatifdes spectres.

La colonnecontient,

,cationiqueselonlesanalysesque l'onveutréaliser.Cetterésine' est lerésultatde lapolymérisationd'unmélangedestyrèneet ,divinylbenzènsqui estsulfonaté(groupementS03H+ où H+ est départ. Pour la rendre échangeuse anionique, on y greffe des amines quaternaires(groupement

N(CH3)3+0H-avec OH-échangeable).

Lorsquel'onintroduitlasolution

àanalyser,lesanionssont

aussitôtfixés par la résine. Si "on faitensuitepasserun éluant, il ycompétitionentreles anions decelui-ciet ceux del'échantillon, . ce qui amène'leurdésorptionetleurentrainementdans la colonne selon lacolonne.Pour letypedecolonnem'onté'actuellementsur l'appareilDIONEX du LFS (colonneanioniqueAS4A), onutiliseun mélange

Na2C031.80mM0NaHC031-.70mM. A la sortie de la

due àl'éluant,demanièreànemesurerque lesvariationsde conductivitéliées aupassagedesdifférentsanions.Celles-cisont .enregistréespar lastationd'acquisitionqui sechargedescalculs enfin,de mesure. Pour cela, il.faut aupréalableymémoriserles tempsderétentiondes ions que l'onsouhaiteanalyserainsi que divers'autresparamètrestels quel'atténuationque l'on donne au signal,la significat}f,'lapentenécessairepour qu'un pic soitdétecté.

Domained'application

Ledomained'applicationde lachromatographieioniqueest sontdosablesen utilisantunréacteurchimiquepost-colonneet undétecteurUV visibleoufluorimétrique.Dans ledomaineminéral,pratiquement 113
dosables,mais latechniquen'est passouventconcurentiellevis-à vis desméthodesclassiquesd'absorptionoud'émissionatomique, particulièrementau point devuerapidité et prix de revient. Pour ce qui est des anions par contre, cettetechniqueest trèsperformante simultanémentF-, CI-,

N02-,s-.NOà-,P04

3-et 504

2-avec une

limitededétectiondel'ordred'1 ppm oumieux.Elleestdonc particulièrementbienadaptée

àl'étudedesmilieuxrichesen sels

minéraux(sols ou eaux) departsasensibilitéet saspécificité ..maisaussigrâceàsespossibilitésmutti-élérnentaires.Il est à l'utilisationd'un autreéluant.

Précautionsetlimites

•.Dégazage des réactifs • Purge de l'air dans le circuit •Eliminerlesmolécules'organiques (filtre

O.2J.lm+cartoucheC18)

•Eliminerles anions tropconcentrésdont les picspeuvent masquerles pics suivants (ex. CI- sur

N02-) enutilisantdes·

.résines de garde • Amener les solutions dans .Ie domained'étalonnagede l'appareil certainsions •Contrôlerlapressiondans lecircuitafind'éviterle tassementdes résines 1 1 1 114

CALCULDELADESPICSETDESTEMPSDERETENTIO;/

4 1, 1 1 :J _. o S 10 "1

Minut..

15 20 l ' ..NO 3. :résolution=(100)(1 -a/b) temps de rètention(t R)

10,5minutes.

résolution=(100)(1 -c/b) tempsderetention17,5minutes. 1;. L __ \J1 oooo o o

Conc:iucllvlly

Deleclor

1· L.D. li' r::::l

0000000000

[J Cl CC CC

111111

Separalor

7 Valve A 'Off'

W8lIIe

Wallle

r--

Injection

Valve 'Inl'

AdvancedChromalographyModule

Recorder

116

InorganicAnions

OrganicAcids

AlkaliandAlkaline

EarthMetals

Flllore.cenci.

Detlctor.

Carbamates.

Glyphosates

Polynuclear.

Aromatic

Hydrocarbons.

Carbamates

,."'.......Q...... "....-ur.."".Posteolumn

Delivery

Module

Quaterna"

Gradient.

Module

ClÎromltography

Module

InorganicsbyFIA.

Ammonium

Nitrite/Nitrate

Phosphate

Etc.

Metalsbyle

TransitionMetals

Lanthanides

Vlriable

W8velength

Detectar.

PhenoxyAcid

Herbicides

Carbamates

Polynuclear

Aromatic

Hvdrccarbcns

Isocyanates

Phenolics

Cyanide

Sulfide

Phenolics

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