11.12 : Chromatographie en phase gazeuse: types de colonnes et phases stationnaires

La chromatographie en phase gazeuse (GC) repose sur des phases stationnaires pour séparer et analyser les composants d'un échantillon. Il existe deux principaux types de phases stationnaires : liquide et solide. Les phases stationnaires liquides sont des liquides non volatils, thermiquement stables et chimiquement inertes appliqués sur la colonne. Les phases stationnaires solides sont des particules de matériau adsorbant, comme du gel de silice ou des tamis moléculaires.

Pour qu'un analyte reste sur la colonne pendant une durée suffisante, il doit présenter un certain niveau de compatibilité (ou de solubilité) avec la phase stationnaire. Cela repose sur le concept selon lequel les substances ayant des polarités similaires ont tendance à se dissoudre les unes dans les autres, un concept résumé par « le semblable se dissout le semblable ». Le terme « le semblable » dans ce contexte fait référence à la similitude des polarités entre l'analyte et le liquide immobilisé. La polarité d'une molécule, qui est indiquée par son moment dipolaire, mesure le champ électrique généré par la séparation de charge au sein de la molécule. Les phases stationnaires polaires comprennent des groupes fonctionnels tels que CN, CO et OH. Les phases stationnaires à base d'hydrocarbures et les dialkylsiloxanes sont considérés comme non polaires, tandis que les phases polyester sont connues pour leur polarité élevée. Les analytes polaires comprennent généralement des substances telles que des alcools, des acides et des amines, tandis que les solutés à polarité moyenne peuvent inclure des éthers, des cétones et des aldéhydes. Les hydrocarbures saturés entrent dans la catégorie non polaire. En général, la polarité de la phase stationnaire doit correspondre à la polarité des composants de l'échantillon. Lorsqu'il y a une bonne correspondance, la séquence dans laquelle les substances sont éluées dépend généralement des points d'ébullition des éluants.

Les colonnes capillaires, ou colonnes tubulaires ouvertes, sont couramment utilisées pour leur efficacité en chromatographie gazeuse. Ces colonnes sont de trois types: Les colonnes tubulaires ouvertes à revêtement mural (WCOT) ont une phase stationnaire liquide revêtue sur la paroi interne de la colonne. Ces colonnes ont une grande capacité d'échantillonnage et offrent une haute résolution, ce qui les rend idéales pour séparer des mélanges complexes. Les colonnes tubulaires ouvertes à revêtement de support (SCOT) ont une couche de support solide recouverte de la phase stationnaire liquide, qui est ensuite liée à la paroi interne de la colonne. Cette conception offre une stabilité et une efficacité accrues par rapport aux colonnes WCOT. Les colonnes tubulaires ouvertes à couche poreuse (PLOT) sont utilisées dans la chromatographie gaz-solide et ont des particules de phase stationnaire solide recouvertes sur la paroi interne de la colonne. Ces colonnes ont une surface élevée et retiennent les analytes par adsorption, ce qui se traduit par des coefficients de distribution et des efficacités importants. Cependant, le processus d'adsorption non linéaire entraîne une traînée importante des pics d'élution, de sorte que les colonnes PLOT sont principalement utilisées pour les gaz permanents et les petites molécules polaires non retenues par les colonnes gaz-liquide. La conception des colonnes tubulaires ouvertes ou capillaires offre des débits de gaz plus rapides et une résolution plus élevée, ce qui les rend idéales pour l'analyse de mélanges complexes. Cependant, elles ont une capacité d'échantillonnage inférieure et sont plus sujettes au saignement de la colonne. Dans ce processus, le polymère qui compose la phase stationnaire de la colonne se dégrade et est ensuite élué avec les analytes de l'échantillon, ce qui peut contaminer l'échantillon.

Les colonnes remplies contenant des particules de support solides offrent une capacité d'échantillonnage plus élevée, ce qui les rend plus utiles pour analyser des échantillons de plus grande taille que les colonnes tubulaires ouvertes. Cependant, elles ont une résolution plus faible et des temps d'analyse plus longs en raison du débit de gaz plus lent causé par les particules de support solides. Le support solide peut provoquer un élargissement et une traînée des pics, réduisant ainsi l'efficacité de la séparation.