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CHROMATOGRAPHIES CHROMATOGRAPHIES ECHANGEUSES D’IONS ECHANGEUSES D’IONS Cours du Jeudi 17 Novembre 2011 SVI - STE Professeur SAALAOUI.E

CHROMATOGRAPHIES ECHANGEUSES D ’ IONS

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CHROMATOGRAPHIES ECHANGEUSES D ’ IONS. Cours du Jeudi 17 Novembre 2011 SVI - STE Professeur SAALAOUI.E. OH. OH. OH. OH. OH. OH. CH 3. CH 3. CH 3. CH 3. CH 3. CH 3. Apolaires +++. Polaires +++. Apolaires + -. Polaires + -. Apolaires -. Polaires -. - PowerPoint PPT Presentation

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Page 1: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS

CHROMATOGRAPHIES CHROMATOGRAPHIES ECHANGEUSES D’IONSECHANGEUSES D’IONS

Cours du Jeudi 17 Novembre 2011

SVI - STE

Professeur SAALAOUI.E

Page 2: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS
Page 3: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS

Schéma des techniques Schéma des techniques chromatographiqueschromatographiques

• NORMALE INVERSEENORMALE INVERSEEOH

OH

OH

OH

OH

OH

CH3

CH3

CH3

CH3

CH3

CH3

Polaires +++

Polaires + -

Polaires -Elu

tion

avec P

hase m

ob

ile A

PO

LA

IRE

Elu

tion

avec P

hase m

ob

ile P

OLA

IRE

Apolaires +++

Apolaires + -

Apolaires -

Page 4: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS

CHROMATOGRAPHIE ÉCHANGEUSE CHROMATOGRAPHIE ÉCHANGEUSE D’IONSD’IONS

• Le principe repose sur la séparation Le principe repose sur la séparation des composants d’un mélange en des composants d’un mélange en fonction de leur fonction de leur solubilisation solubilisation dans dans la phase soluble et la la phase soluble et la rétentionrétention de de la phase stationnaire.la phase stationnaire.

• Ainsi, les molécules qui ne migrent Ainsi, les molécules qui ne migrent pas à la même vitesse se retrouvent pas à la même vitesse se retrouvent séparées. séparées.

Page 5: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS

Chromatographie échangeuse d’ionsChromatographie échangeuse d’ions

Le principeLe principe::*solubilisation*solubilisation (mobile)(mobile)

*rétention*rétention (stationnaire)(stationnaire)

Phase stationnairePhase stationnaire ( (gptgpt..chargescharges))Positives Positives ou ou NégativesNégatives

GG++,-,-

Ions mobiles (ion échangeur)Ions mobiles (ion échangeur)compensateurcompensateur

Négatives Négatives ou ou Positives Positives GG+,- +,-

Forces d’attractions électriquesForces d’attractions électriques

Page 6: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS

CHROMATOGRAPHIE ÉCHANGEUSE D’IONSCHROMATOGRAPHIE ÉCHANGEUSE D’IONS

• La phase stationnaire porte La phase stationnaire porte des des groupements fonctionnels ionisésgroupements fonctionnels ionisés qui sont de qui sont de charge :charge :

• positive ou négative positive ou négative • sur lesquelles des sur lesquelles des ions mobilesions mobiles ((ion échangeurion échangeur) )

de charges opposées sont liées par des de charges opposées sont liées par des forces d’attractions électriquesforces d’attractions électriques :  :

• On parle de chromatographie échangeuse de On parle de chromatographie échangeuse de cations ou d’anions. cations ou d’anions.

Page 7: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS

Principe de la CEPrincipe de la CEétape de lavageétape de lavage

Page 8: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS

La chromatographie d’échangeLa chromatographie d’échangeétape de la chargeétape de la charge

Page 9: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS

Etape d’élutionEtape d’élution

Page 10: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS

Schéma général de la CE

Page 11: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS

Nature des Chroma échangeuses Nature des Chroma échangeuses d’ionsd’ions

la nature selon le signe de l’ion mobilela nature selon le signe de l’ion mobile

+ + échangeuse de cationséchangeuse de cations

- - échangeuse d’ anionséchangeuse d’ anions

Ion mobile

- +

Groupement fonctionnel

Page 12: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS

Historiquement

Echangeurs naturels:les zéolites, famille de minéraux (silico-

aluminates) pouvant contenir des ions alcalins, ou alcalino-terreux, dans des sites relativement accessibles aux échanges avec une solution.

• défauts des zéolites naturels :-propriétés d'échange peu reproductibles,

• -instabilité aux acides et bases fortes ...• =>développement de hauts polymères

synthétiques ("résines"), reproductibles, résistant aux acides, base, oxydants, ...

Page 13: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS

Résine

•Réseau 3D de polystyrène (ou autre "haut polymère") sur lequel ont été greffés

• -des "groupements fonctionnels", – ionisés ou ionisables,– susceptibles de capter ou céder un ion

Page 14: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS

Molécules concernéesMolécules concernées

• Espèces ionisables Espèces ionisables (organiques ou minérales)(organiques ou minérales)

• Espèces ioniséesEspèces ionisées (organique ou minérales)(organique ou minérales)

• MMolécules solubles dans l’eauolécules solubles dans l’eau

• Peu volPeu volatilesatiles

Page 15: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS

Les groupements les plus Les groupements les plus utilisésutilisés

• Sulfonâtes: -SOSulfonâtes: -SO33- -

(fort)(fort)

• Ammonium Ammonium quaternairequaternaire

• Groupements acides –COOH Groupements acides –COOH (faible)(faible)

• Groupements basiques Groupements basiques (-NR(-NR22 ; NRH ;-NH ; NRH ;-NH22))

S

O

O

O-

N+

R1

R2

R3

Page 16: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS

Groupement cationique

•ammonium quaternaires NR3+,

ex:Dowex1 ammonium tertiaires NR2

+,

•sulfonium S+,...

•=> résine (d'échange) anionique

Page 17: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS

Groupement anionique

•sulfonate SO3-, => ex:

Dowex50 carboxylate CO2-,

•aminodiacétate N(CH2CO2-)2

•Phosphonate (PO3)-2,

=> résine (d'échange) cationique

Page 18: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS

Phase stationnairePhase stationnaire

• Particules sphériquesParticules sphériques– Faible diamètre 5 -20 Faible diamètre 5 -20 mm– Taille très homogèneTaille très homogène

• Macroporeux Macroporeux

• PPelliculaireselliculaires

• ;grpt fonctionnel greffagesupport inerte ;grpt fonctionnel greffagesupport inerte

Page 19: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS

Préparation de la résine• Cas des résines sulfonate et ammonium quaternaires• copolymère de styrène et divinylbenzène• sulfonation ou chlorométhylation + amination => • greffe des "groupements fonctionnels ==> résine • copolymère =

– ¤ styrène=> chaînes polymérisées allongées– ¤ divinylbenzène=> formation de 'ponts' entre les chaînes

• => "taux de pontage" = % de divinylbenzène du copolymère, noté par Xn

• Exemple: • Dowex 50X8 = Dowex 50 à 8% de divinylbenzène

Page 20: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS

Formes des supportsFormes des supports

•Grains Grains Copolymère styrène-divinylbenzène (PS-DVB) Copolymère styrène-divinylbenzène (PS-DVB)

RésinesRésines

Page 21: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS

Chromatographie par échange d’ionsChromatographie par échange d’ions

DEAE

Page 22: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS

Fines couches (1Fines couches (1m)m)Déposées sur des microbilles de verre (30-50Déposées sur des microbilles de verre (30-50m m

de de ))

De microbilles de silicesDe microbilles de silices

Formes des supportsFormes des supports

Page 23: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS

suitesuite• GrainsGrains

Copolymère styrène-divinylbenzène (PS-DVB)Copolymère styrène-divinylbenzène (PS-DVB)

RésinesRésines poudre+eau: gonfle donc –SOpoudre+eau: gonfle donc –SO33H devient –SOH devient –SO33

--

Eau à l’intérieur réticulation et efficacité Eau à l’intérieur réticulation et efficacité du geldu gel

8% est un bon pourcentage pour 8% est un bon pourcentage pour poreuxporeux

Compromis entre la résistance et l’efficacitéCompromis entre la résistance et l’efficacité

MMaiaissmacroporeux, on peut aller plus haut macroporeux, on peut aller plus haut

g/mEq5g/mEq5

Page 24: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS

suitesuite• PelliculairesPelliculaires• Résistance excellenteRésistance excellente• Meilleure efficacitéMeilleure efficacité• CE plus faibleCE plus faible ( (inconvénientinconvénient))

• Silices macroporeuxSilices macroporeux• meilleure résistancemeilleure résistance• granulométrie de 3 – 5umgranulométrie de 3 – 5um• un CE 0.05 – 1 mEq/gun CE 0.05 – 1 mEq/g• Bon débit avec une bonne efficacitéBon débit avec une bonne efficacité• Inconvénient zone de pH 2-7Inconvénient zone de pH 2-7

Page 25: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS

capacité disponible CD

• Nbre de Nbre de gpt fonctionnel ioniségpt fonctionnel ionisé par unité de par unité de masse ou de volumemasse ou de volume Résine Résine qui qui peuvent entrer peuvent entrer en interactionen interaction

• CE capacité d’échangeCE capacité d’échange

NNombre de gpt fonctioonel par unité de masse ou ombre de gpt fonctioonel par unité de masse ou de volume de la résine de volume de la résine

Page 26: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS

LaLa rétentionrétention• Rayon de stocks (taille;forme et charge)Rayon de stocks (taille;forme et charge)

• AA++stat stat + B + B++

mob mob BB++stat stat + A + A++

mob mob

• Kb/ka. Kb/ka. Constante d’échangeConstante d’échange ou sélectivité ou sélectivité

• ==ka/ka/kbkbBB++statstat * A * A++

mob mob // AA++stat stat * * BB++

mobmob= = KKBB*A*A++mobmob/CD/CD

• (CD) C(CD) Capacité de distributionapacité de distribution• Avec KAvec Kbbet KA les coefficients de partage des deux ions quiet KA les coefficients de partage des deux ions qui

• PPartagent entre les deux volumesVstat et Vmobartagent entre les deux volumesVstat et Vmob• CCoefficient de capacitéoefficient de capacité KKB B == ka / ka / kbkb **CD/CD/ AA

++mobmob

KKB B == ka / ka / kbkb **CD/CD/ AA++

mob mob K’ facteur de capacitéK’ facteur de capacitéK’B = KB* Vstat/Vmob et k’B = .(Vstat/Vmob)*(CD/A+mob)

Page 27: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS
Page 28: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS

éluantéluant• Bon éluant BBon éluant B++

mobmob

• Meilleure affinité pour l’échangeurMeilleure affinité pour l’échangeur• AA++

stat stat + B + B++mob mob BB++

stat stat + A + A++mobmob

• Il ne faut pas oublier les réactions chimiques ; formation de complexes Il ne faut pas oublier les réactions chimiques ; formation de complexes

chimiqueschimiques

• AA++mobmob + L + L mob mob ALAL++

mobmob

• BB++mobmob + L + L mob mob BLBL++

mobmob

• KKAl Al == ALAL++mobmob// AA++

mobmob * L * L mob mob

• KKBl Bl = = BLBL++mobmob// BB++

mobmob * L * L mobmob

• AA++stat stat + BL + BL++

mob mob BB++stat stat + AL + AL++

mobmob

Page 29: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS

La sélectivitéLa sélectivité

• Dépend de l’affinité du support pour les ionsDépend de l’affinité du support pour les ions• La plus petite et la plus chargée ont une bonne La plus petite et la plus chargée ont une bonne

affinitéaffinité• Les échangeurs d’anions: Les échangeurs d’anions: ordre décroissantordre décroissant• Les ammonium IVLes ammonium IVaireaire

• Citrate-SOCitrate-SO44--;oxalate ; NO;oxalate ; NO33

--;Cl;Cl--; formiate; acétate; ; formiate; acétate; OHOH- - et Fet F--

• Les échangeurs de cationsLes échangeurs de cations (sulfonâtes) (sulfonâtes)

• CaCa2+,2+,CuCu2+2+; Mg; Mg2+2+; K; K++; NH; NH44++; Na; Na++; H; H++ et Li et Li++

• LLe paramètre charge est plus important que la taillee paramètre charge est plus important que la taille..

Page 30: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS

Résines sulfonatesRésines sulfonates

Page 31: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS

Tableau MendeleïevTableau Mendeleïev

Page 32: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS
Page 33: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS
Page 34: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS

La sélectivitéLa sélectivité

• AA++stat stat + BL + BL++

mob mob BB++stat stat + AL + AL++

mobmob

BB++stat stat * AL * AL++

mob mob // AA++stat stat * BL* BL++

mobmob

Ce sont les constantes d’Ce sont les constantes d’associationassociation

= ’

’ = * (BLK / ALK(

Page 35: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS

ExemplesExemples

• Acides aminés élués par un gradient de protonAcides aminés élués par un gradient de proton

• Échangeuse de cationsÉchangeuse de cations

• Cations métalliques FeCations métalliques Fe3+3+

• EchangeuseEchangeuse dd’anions’anions

• K de Fe fct teneur ClK de Fe fct teneur Cl-- dans phase mobile dans phase mobile

Fe3+ + 4 Cl- FeCl4-

Page 36: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS

•A(r) + B(s) = A(s) + B(r)

• [(B)r . (A)s ]/[(B)s . (A)r ] = K

• constante à une température donnée

• !!! cas d'un échange entre ions de charges différentes

•2 Na+r + Ca2

+s <=> 2 Na+s + Ca2+r

• K(Na+/ Ca2+) = [ (Ca2+/r ).(Na+/s)² ] / [ (Ca2+/s ).(Na+/r)² ] =

P(Ca2+) / [ P(Na+)]²

Page 37: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS
Page 38: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS

Ce pilote pr la purification de protéines de solutions biologiques Ce pilote pr la purification de protéines de solutions biologiques ou la récupération de protéines de sousou la récupération de protéines de sous--produits alimentairesproduits alimentaires. . l‘l‘--lactolbumine et de la lactolbumine et de la --lactoglobuline dans le lactosérum sur du lactoglobuline dans le lactosérum sur du

Sphérosil grefféSphérosil greffé. . • - - Colonne en altuglas à un ou plusieurs étagesColonne en altuglas à un ou plusieurs étages

- Un distributeur, maille triangulaire- Un distributeur, maille triangulaire- Cuve d'alimentation en inox- Cuve d'alimentation en inox- Cuve de récupération en inox- Cuve de récupération en inox- Cuve contenant le liquide d'élution, en inox- Cuve contenant le liquide d'élution, en inox- Cuve contenant la solution de lavage en inox- Cuve contenant la solution de lavage en inox- Pompe centrifuge avec niveau de protection- Pompe centrifuge avec niveau de protection- Bac en charge pour les faibles pressions (option - Bac en charge pour les faibles pressions (option pour le lit fluidisé)pour le lit fluidisé)- Sonde de mesure de température dans le bac - Sonde de mesure de température dans le bac d'alimentationd'alimentation- Débitmètre- Débitmètre- Sonde de pH et son transmetteur (en option)- Sonde de pH et son transmetteur (en option)- Régulateur de température/résistance chauffante - Régulateur de température/résistance chauffante (en option), sonde de température(en option), sonde de température- Cinq prises d’échantillons par seringue pour - Cinq prises d’échantillons par seringue pour analyse en laboratoireanalyse en laboratoire

• http://www.deltalab.fr/produit.php?prodId=1259http://www.deltalab.fr/produit.php?prodId=1259

Page 39: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS
Page 40: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS
Page 41: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS

Échange du ligandÉchange du ligand

• Cations métalliques (fixés sur la Cations métalliques (fixés sur la stat)stat)

• peuvent se complexerpeuvent se complexer avec le ligand avec le ligand

• Donc Donc mob avec ligand éluant NHmob avec ligand éluant NH44++

Page 42: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS

Phase mobilePhase mobile• Le pH est très importantLe pH est très important• proche du pKaproche du pKa• TamponsTampons S Solutionsolutions• : acétate ou borate par ex: acétate ou borate par ex• Nature de l’ionNature de l’ion

– PPlus petite et chargéelus petite et chargéeFForce ioniqueorce ioniqueCoefficient de Coefficient de capacitécapacité– K’K’BB= = * (V* (Vstatstat/V/Vmobmob) ) CD/CD/AA++

mobmob

– Capacité inversement proportionnelle à Capacité inversement proportionnelle à A+mob mais proportionnelle avec la CD A+mob mais proportionnelle avec la CD

de la colonnede la colonne..

mob/

CD

Page 43: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS

Solvants organiquesSolvants organiques

• Rarement utilisablesRarement utilisables

• 3 à 10%3 à 10%

• MéthanolMéthanol

• AcétonitrilesAcétonitriles

• PropanolPropanol

• Amélioration de la sélectivité de la Amélioration de la sélectivité de la colonne ou la rétention des solutéscolonne ou la rétention des solutés

Page 44: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS

TempératureTempérature• Influence la cinétique de l’échangeInfluence la cinétique de l’échange

• Augmente l’efficacitéAugmente l’efficacité

• Obtention de pics finsObtention de pics fins

• Stabilité de certains échangesStabilité de certains échanges

Page 45: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS

DétectionDétection• DirecteDirecte

• IndirecteIndirecte

• DifférentielleDifférentielle

• AbsorptionAbsorption (directe et indirecte) (directe et indirecte)– Solutés incoloresSolutés incolores– anions inorganiques (chlorites, nitrites et bromates)anions inorganiques (chlorites, nitrites et bromates)– Groupements chromophoresGroupements chromophores– Dérivés utilisant la détection électrochimiqueDérivés utilisant la détection électrochimique

• détection Conductimétriquedétection Conductimétrique• bromure chlorates ; nitrates ; Nabromure chlorates ; nitrates ; Na++ ; K ; K++ et Li et Li++

• détectiondétection réfractaireréfractaire

Page 46: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS

ConclusionConclusion

•Différents supportsDifférents supports

•MécanismesMécanismes

•Paramètre de la phase mobileParamètre de la phase mobile

•La chromato d’échange d’ions estLa chromato d’échange d’ions est

•Une méthode puissanteUne méthode puissante

•Adaptée aux milieux biologiquesAdaptée aux milieux biologiques

Page 47: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS
Page 48: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS
Page 49: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS

Applications

• adoucir l'eau, épurer l'eau, ...• récupérer des composés ioniques dans des

solutions industrielles• jus de fermentation, bains de traitement

électrolytique,de traitement hydrométallurgique [Uranium, Terres Rares, ...]

• séparation chimique à des fins analytiques: spéciation (ex: CrIII/CrVI, AsIII/AsV, ...), séparation des Terres Rares, ...

Page 50: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS

• On injecte une très faible quantité de la On injecte une très faible quantité de la solution à analyser (50 à 100 ml) et les solution à analyser (50 à 100 ml) et les ions sont fixés sélectivement sur la ions sont fixés sélectivement sur la colonne chromatographique. colonne chromatographique.

• La Chromatographie Ionique est une La Chromatographie Ionique est une méthode particulièrement bien adaptée à méthode particulièrement bien adaptée à l’analyse des anions et cations majeurs l’analyse des anions et cations majeurs des eaux naturelles : Cl-, F-, NO3-, SO4--, des eaux naturelles : Cl-, F-, NO3-, SO4--, Na+, K+, Ca++, Mg++. Na+, K+, Ca++, Mg++.

Page 51: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS

T° ébT° éb..Paramètre de Paramètre de polarité polarité 00

Miscibilité Miscibilité à l’eauà l’eau

FluoroalcanesFluoroalcanes---- - -0.250.25nonnon

pentanepentane36.1°36.1°0.000.00nonnon

toluènetoluène 110.6°110.6°0.220.22nonnon

dichlorométhanedichlorométhane40°40°0.420.42nonnon

acétate d’éthyleacétate d’éthyle77°77°0.480.48nonnon

CH3 C

O

OCH2CH3

C

H

ClCl H

Quelques solvants usuels en CLQuelques solvants usuels en CL

CH3

Page 52: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS

Oouioui0.530.5366°66°Tétrahydrofurane Tétrahydrofurane

(THF)(THF)

ouioui0.600.6082°82°isopropanolisopropanol

oui oui élevéélevé100°100°eaueau

ouioui0.70.764.5°64.5°méthanolméthanol

ouioui0.70.778°78°éthanoléthanol

ouioui0.520.5281°81°acétonitrile acétonitrile

ouioui0.530.5356°56°acétone acétone

Miscibilité à Miscibilité à l’eaul’eau

Paramètre de Paramètre de polarité polarité 00

T° éb.T° éb.

Quelques solvants usuels en CLQuelques solvants usuels en CL

Page 53: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS

Interactions des solvants usuels en CLInteractions des solvants usuels en CL

O H X

CH3C

O

CH3

H X

N H XCCH3

Accepteurs de pont H

Accepteurs et donneurs de pont H

O

R

H

O

R

H

O

R

H

O

R

H

Page 54: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS

Quelques solvants usuels en CLQuelques solvants usuels en CL

L'eau L'eau

O

H

HH

OH

HO

H

HO

H

H

O H

O H

H

OH

H

Forces de cohésion importantes :Forces de cohésion importantes :

tension superficielle élevée

eau : 73 mN/m

méthanol : 23 mN/m

viscosité élevée

eau : 0,89 cP

méthanol : 0,54 cP

température d'ébullition exceptionnelle

H2O (MM 18) : 100°C

NH3 (MM 17) : - 33°C

méthanol : 65°C

constante diélectrique constante diélectrique très élevéetrès élevée

eau : 78

méthanol : 33

Page 55: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS

Quelques phases stationnaires en Quelques phases stationnaires en GCGC

O Si O Si O Si O

CH3

CH3

CH3

CH3

CH3

CH3

O Si O Si O Si O

CH3

CH3 CH3

CH3

CH3

O Si O Si O Si O

CH3

CH3 CH3

CH3

CH3

(CH2

C

N

)3

Polarité

croissante

Page 56: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS

Les phases stationnaires polaires Les phases stationnaires polaires en LCen LC

La silice : SiOLa silice : SiO22

Si

O

OO O Si

O

O OSi

Si

O O

O

OH

OSi

OO O

SiO

O Si

OO H

Si

O O

O H

Solide macromoléculaire

Groupes silanols en surfaceGroupes silanols en surface

Donneurs et accepteurs de pont H

Partiellement ionisés à partir d'un pH 3

Caractéristiques du solideCaractéristiques du solide :

Forme des grains : sphérique ou irrégulière

Granulométrie : 1,7 à 10 µm de diamètre moyen (ou plus pour la chromatographie préparative)

Porosité : taille moyenne des pores ( 60 - 1000 Å); plus de 95% de la surface du solide se trouve dans le volume poreux.

Pureté

Page 57: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS

Les phases stationnaires polaires Les phases stationnaires polaires en LCen LC

"Logique" d'élution : mode "normal""Logique" d'élution : mode "normal"

PS . PM + mi . PMadsorption

élution

PS . mi + PM . PM

Interaction forte Interaction forte

Pour un éluant donné, les mi seront élués par ordre de polarité croissante.

Éluant puissant = éluant polaire, ayant une forte affinité pour la PS, tous les m i sont élués rapidement (non sélectif)

Éluant sélectif = éluant apolaire (alcanes)

Gradient = polarité croissante

Échange sur la PS

Page 58: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS

Les phases stationnaires Les phases stationnaires polairespolaires

SiO2 + solvant SiO2. solvant + chaleur dégagée

Échelle de Échelle de

polaritépolarité °°

Pentane 0,00

Hexane 0,01

Toluène 0,22

Dichlorométhane 0,30

Acétate d'éthyle 0,48

MTBE 0,48

Acétonitrile 0,52

Tetrahydrofurane 0,53

Méthanol 0,70

En pratique sur silice, un solvant En pratique sur silice, un solvant polaire =polaire = dichlorométhane pur, acétate d'éthyle pur, un solvant contenant un faible %age d'alcool.

Page 59: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS

Modification chimique de la surface de la silice :

Si

O

OO OH

SiOO

OH

+ Cl Si

CH3

CH3

Si

O

OO O

SiOO

OH

Si

CH3

CH3

Les phases stationnaires apolaires Les phases stationnaires apolaires en LCen LC

Phase inverse C18

Reversed Phase RP-C18

Page 60: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS

Autres phases stationnaires Autres phases stationnaires grefféesgreffées

Modification chimique de la surface de la silice :

Transformation des silanols de surface :

R = -C8H17 (RP C8)

-CH2CH2CH2-Phényl

-CH2CH2CH2CN

-CH2CH2OCH2CH(OH)CH2OH

-CH2CH2CH2NH2

etc ...

Phases polaires

Page 61: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS

Les phases stationnaires Les phases stationnaires apolairesapolaires

"Logique" d'élution : mode "inverse""Logique" d'élution : mode "inverse"

Qui se ressemble, s'assemble ???Qui se ressemble, s'assemble ???

PS . PM + mi . PMadsorption

élution

PS . mi + PM . PM

Page 62: CHROMATOGRAPHIES  ECHANGEUSES D ’ IONS

Les phases stationnaires Les phases stationnaires polaires et apolaires : polaires et apolaires :

comparaison.comparaison.

Les plus polaires Les plus polaires sont plus rapidessont plus rapides

Polarité décroissantePolarité décroissanteExemple : HExemple : H22O + O +

proportion croissante de proportion croissante de CHCH33OHOH

très très polairepolaire

apolaireapolairePhase inverse Phase inverse (RP)(RP)

Les moins Les moins polaires sont plus polaires sont plus

rapidesrapides

Polarité croissantePolarité croissanteExemple : hexane + Exemple : hexane +

proportion croissante proportion croissante d’acétate d’éthyled’acétate d’éthyle

peu peu polairepolaire

très très polairepolaire

Phase Phase normale (NP)normale (NP)

Ordre d’élutionOrdre d’élutionGradient d’élutionGradient d’élutionPMPMPSPS

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L'échange d'ionsL'échange d'ions

Échange d'anions

résine faible : DEAE (diéthylaminoéthyl), amino

résine forte : ammonium quaternaire

Échange de cations

résine faible : -CH2COO- (CM, carboxyméthyl)

résine forte : -SO3- (sulfonique)

ex : SP = sulfopropyl

X

X

X

X

résine

M

résine

M

M

M

Séparation et dosage d'ions. Exemples :

•les nitrates dans l'eau

•une protéine dans un liquide physiologique

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M. Borkovec. Protocole des travaux partiques de chimie analytique II : La chromatographie ionique, 2008.

•Élution: processus par lequel les composants d'un échantillon se déplacent à travers la colonne suite au flux

permanent de la phase mobile.

•Éluant: le liquide ou le gaz constituant la phase mobile.

•Éluât: ce qui se retrouve en sortie de colonne, c à d l'éluant plus le composant qu'il contient' à un instant déterminé.

•Temps de rétention d'un composant: temps requis pour que ce composant arrive à

l'extrémité de la colonne. Puis il est mesuré. depuis le moment de l'injection jusqu'au sommet

du pic qui lui correspond.

•Volume de rétention d'un composant: volume de la phase mobile qui doit s'écouler pour que ce

composant soit élué. A débit constant, il est égal au temps de rétention multiplié par le débit.

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•Résine est le résultat de la polymérisation d'un mélange de styrène et divinylbenzèns qui est sulfonaté (groupement S03

-H+ où H+ est échangeable).

•Elle est donc toujours échangeuse cationique au départ .

•Pour la rendre échangeuse anionique, on y greffe des amines quaternaires

(groupement N(CH3)3+0H- avec OH- échangeable).

•On utilise comme éluant un mélange Na2C03 1.80 mM et NaHC03 1.70 mM.

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Schéma de la CISchéma de la CI

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Exemples de colonnes DIONEX

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Paramètres Paramètres chromatographiqueschromatographiques

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RappelsRappels•la loi d’Ohm : V = RI•V est la tension appliquée, I le courant mesuré entre

les deux électrodes et R la résistance électrique.

•La conductance se définit alors comme suit:

en Siemens (S)On relie alors conductance et conductivité

par la relation : = KG

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Les conductivités ioniques limites des ions

à 25°C et en ohm-1cm2equiv. -1.

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