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Le principe de la séparation par chromatographie en phase gazeuse (GC) consiste à partager l'échantillon à analyser entre deux phases. L'une de ces phases est un liquide stationnaire uniformément réparti sous forme d'une pellicule mince sur un solide inerte de grande surface spécifique, tandis que l'autre phase est un gaz mobile qui s'écoule à travers l'ensemble stationnaire.

Un chromatographe à gaz est constitué de trois organes essentiels :

  • l'injecteur
  • la colonne
  • le détecteur

GC principe

L’injecteur permet d'introduire un liquide qui doit être vaporisé instantanément avant d'être transféré dans la colonne. Sa température doit être supérieure d'environ 20°C à la température du produit le moins volatil de l’échantillon. A l’aide d’une petite seringue, on pique au travers le septum qui coiffe l’injecteur, puis on pousse le piston pour réaliser l’injection.

Le gaz et l’échantillon vaporisé entre alors dans la colonne. Il s’agit de l'organe principal de l’appareil. Elle est constituée d'un tube capillaire qui contient la phase stationnaire constituée par un liquide adsorbant fixé sur un solide inerte. Les colonnes capillaires sont formées d’un tube dont le diamètre intérieur est de l’ordre de 0,2 à 0,5 mm et la longueur de 50 à 100 m. L’adsorbant y est fixé sous forme d’une fine couche collée à la paroi du tube, ou d’un film mince. Ces colonnes comportent un canal central largement ouvert, offrant peu de pertes de charge à la progression du gaz porteur. On les distingue des colonnes à remplissage constituées d’une tubulure remplit par l’adsorbant.

La réussite d'une bonne séparation dépend dans une large mesure du choix de la phase stationnaire. On distingue les phases apolaires et les phases polaires. Les premières sont à base d’hydrocarbures aliphatiques saturés souvent à 8 ou 18 carbones ou de silicones (squalane, apiezon,...). Les secondes sont des polymères possédant des fonctions polaires: polyols, polyesters, polyamides. La température de la colonne est en général inférieure de 20°C à celle du point d'ébullition du soluté le plus volatil. Plus la température de colonne est basse, meilleure est la séparation, mais plus longue est l’analyse. Enfin La phase mobile est un gaz inerte qui pousse les constituants à travers la colonne.

Enfin, le détecteur permet de mettre en évidence le passage des différents analytes séparés par la colonne. La détection peut être basée sur des techniques de mesures différentes. Le détecteur le plus utilisé en CG est celui à conductibilité thermique appelé catharomètre. Sa température est généralement la même que celle de l'injecteur.

Différents détecteurs

Catharomètre

Le catharomètre est un appareil simple et robuste. Il présente l’avantage d’être universelle, mais il est peu sensible.

Il est fondé sur une comparaison continuelle entre le flux de chaleur emporté par le gaz vecteur pur et le flux de chaleur emporté par le gaz vecteur chargé des molécules de soluté.

Détecteur à ionisation de flamme (FID)

C’est un détecteur beaucoup plus sensible que le catharomètre, mais il ne répond qu’aux composés organiques. Il est donc un parfait détecteur pour les arômes, parfums, cosmétique et la chimie du médicament. Il présente l’inconvénient de détruire l’analyte qui le traverse, car il le brûle dans une flamme d’hydrogène.

Lors de cette combustion et sous l’effet d’un champ électrostatique, il se forme des ions carbones positifs qui sont attirés sur une cathode où ils créent un courant que l’on détecte. Sur l’enregistreur, on obtient alors un signal quasi proportionnel au débit-masse du soluté dans le détecteur. Cette proportionnalité n’est pas exacte, car il y a une influence des autres ions crées lors de la combustion.

Analyse qualitative en GC

Après l’injection du mélange à analyser, Les vitesses de progression dans la colonne sont différentes pour chaque constituant. Si l’on effectue préalablement à l’analyse un étalonnage avec des produits purs, la GC permet donc une première approche de l'analyse qualitative des constituants d'un mélange par comparaison des temps de rétention.

Analyse quantitative en GC

Une fois un soluté identifié, le chromatogramme permet aussi une analyse quantitative grâce à la relation :

mi= Ki.Ai

mi : masse du soluté i injecté

Ai : aire du pic représentant ce soluté

Ki : coefficient de proportionnalité

Ki dépend en outre du débit gazeux, de la température du détecteur ainsi que de l'intensité du courant qui le traverse. On réalise donc un étalonnage dans les conditions de l’analyse pour le déterminer.

La mesure a effectuer est celle de l’aire sous le pic. Elle se fait l’intégration automatique logicielle. Quand les pics sont très pointus et très étroits, on peut se contenter des mesures des hauteurs H , alors proportionnelles aux aires.

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mercredi, août 16, 2017