Basse pression
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Chromatographie liquide basse pression

  1. ère partie: chromatographie sur colonne d'alumine

    2. La première séparation chromatographique date de 1903. Le botaniste russe Michael Tswett réalisa une séparation de pigments végétaux par gravité, sur une colonne remplie de carbonate de calcium avec de l'éther de pétrole. Comme il s'agissait de séparer des pigments colorés, il nomma cette technique chromatographie du grec "khrôma" couleur et "graphein" écrire. Peut-être, joua-t-il sur les mots, car "tswet" signifie couleur en russe.

    La séparation sur colonne des colorants dérivés de l'anthraquinone est comparable à celle réalisée en chromatographie sur couche mince.

      1. Matériel

        2. pompe péristaltique
        tuyaux et raccords
        colonne de verre avec réducteur de volume
        poudre d'aluminium oxyde neutre
        colorimètre avec cuve à circulation
        enregistreur
        éprouvettes graduées
        béchers
        mélange de colorants
        phase mobile : cyclohexane, toluène.

      2. Mode opératoire

        1. Préparation de la colonne

          2. La colonne est préparée d'avance. La poudre d'alumine est imprégnée de phase mobile.
          Rincez la colonne avec 20ml de cyclohexane.
          Arrêtez la pompe avant tout changement de liquide aspiré pour ne pas introduire d'air dans le circuit.

        2. Enregistrement de la séparation.

          3. Toute variation d'absorbance observée dans la cuve à circulation dans le colorimètre est transmise à l'enregistreur.
          Réglez le blanc du colorimètre et le zéro de l'enregistreur lorsque la cuve à circulation ne contient que du cyclohexane.
          Le déroulement de papier est de 10mm/min. Filtre électronique en position C, Calibré. 10 x 100 (1000mV pleine échelle).

        3. Aspiration de l'échantillon et séparation

          4. Aspirez directement dans le flacon le mélange de colorants donné.
          Arrêtez la pompe.
          Aspirez 20 ml de cyclohexane afin d'entraîner le mélange en tête de colonne et commencer l'élution.
          Arrêtez la pompe, observez
          Aspirez 75 ml d'un mélange 2/3 1/3 de toluène - cyclohexane afin d'effectuer la séparation.
          Arrêtez la pompe.
          Aspirez environ 25 ml de cyclohexane afin de remettre la colonne dans les conditions initiales.

        4. Observations et exploitation des résultats

          5. Observez l'allure des tranches colorées dans la colonne après passage de 20 ml de cyclohexane et après avoir aspirer 10 ml du mélange toluène cyclohexane.
          Dessinez l'état d'avancement de la séparation dans les 2 cas.
          Observez l'enregistrement du signal.
          Déterminez le temps de rétention des composés du mélange.

  2. ème partie: Les résines échangeuses d'ions en analyse quantitative

    3. Un échangeur d'ions est un solide qui a la propriété éventuelle de pouvoir échanger les ions qu'il contient avec d'autres ions provenant d'une solution, par déplacement d'équilibre.

    Pour accélérer les échanges et atteindre l'état d'équilibre en un temps aussi court que possible, le solide doit être finement divisé afin de présenter une surface de contact maximale avec la solution. Les échangeurs d'ions sont donc généralement utilisés sous forme de grains très fins.

    A l'origine, les premiers échangeurs d'ions étaient des zéolites (composés naturels minéraux). Aujourd'hui, ce sont des composés organiques de synthèse.

    1. Emploi des résines en analyse

      1. désionisation de l'eau

          Une des applications les plus importantes et les plus anciennes des résines échangeuses d'ions est la désionisation de l'eau naturelle. Par passage sur des échangeurs de cations, les cations de l'eau Ca2+, Mg2+ sont remplacés par des protons H+. Par passage sur des échangeurs d'anions, les anions de l'eau HCO3-, S042- sont remplacée par des ions OH- qui, avec les ions H+ libérés, donnent de l'eau. Les deux types d'échangeurs peuvent être employés simultanément. On obtient de l'eau bipermutée.

      2. remplacement d'un ion par un autre

          Les réactions d'échange permettent si elles sont quantitatives, de remplacer le dosage de l'ion B+ par celui de l'ion C+ ou le dosage de l'ion D- par celui de l'ion E-.

          Ainsi le dosage de cation (Na+, K+, NH4+...) peut être remplacé par le dosage d'ions H+ par protométrie, le dosage de l'anion SO42- peut être remplacé par le dosage d'anions SCN- par argentimétrie.

      3. séparation de plusieurs ions

          Les ions gênants peuvent être fixés par la résine pour que l'effluent ne contienne que l'ion à doser.

          Inversement, les ions à doser peuvent être fixés sélectivement sur la colonne puis être récupérés séparément par élution convenable comme en chromatographie classique.

    2. Nature des résines échangeuses d'ions.

        Une résine échangeuse d'ions est constituée d'un réseau tridimensionnel de polymère de haute masse, le plus souvent du polystyrène, sur lequel sont greffés des groupements fonctionnels ionisés ou ionisables qui lui confèrent la propriété d'échangeurs d'ions.

        Il existe 2 catégories de résines:

        les échangeurs de cations qui portent des groupements fonctionnels anioniques tels que SO3- -COO--N-(CH2COO-)2

        Figure 1 : Structure du réseau tridimensionnel de styrène - divinylbenzène sulfoné

        les échangeurs d'anions qui portent des groupements fonctionnels cationiques tels que -+NR3 -+NR2H >S+

  • Propriétés des résines en milieu aqueux

      1. gonflement de la résine

        2. Les résines sont pratiquement insolubles dans l'eau, mais le réseau macromoléculaire étant poreux, l'eau peut pénétrer à l'intérieur des grains et provoquer leur gonflement. Le gonflement est susceptible de varier suivant le pH.

      2. solvatation des groupements fonctionnels ionisables.

        3. Considérons par exemple une résine sulfonique. Les anions SO3- restent 1iés à la résine tandis que les protons sont libres de se déplacer à l'intérieur du grain, les forces électrostatiques entre ions de signes contraires les maintenant à l'intérieur du grain.

  • Mécanisme de l'échange d'ions

        Lorsqu'on met une résine échangeuse d'ions au contact d'un électrolyte (par ex. solution de NaCl) il se produit principalement le phénomène suivant :

        Si l'ion "libre" ou libérable à l'intérieur de la résine (par ex. H+) est différent de l'ion en solution (par ex. Na+) qui possède la charge de même signe, des échanges ont lieu entre ces deux ions (voir Figure 2) jusqu'à l'établissement d'un état d'équilibre.

        Figure 2 : échange (H+ + Na+)R ó (H+ + Na+)S
        (R et S symbolisent la résine et la solution).

  • Propriétés des échangeurs d'ions.

      1. Capacité d'échange

        2. C'est le nombre de groupements fonctionnels accessibles à l'échange d'ion par unité de masse ou de volume d'échangeur. Elle est exprimée en milliéquivalents (meq) par gramme de résine sèche (ou par ml de résine humide). La résine Amberlite IRN 77 a une capacité d'échange de 1,8 meq par ml de résine humide. Sa teneur en humidité est de 55%.

      2. Affinité d'une résine pour différents ions

        3. Pour la plupart des résines du type polystyrène sulfoné (cationiques fortes) l'ordre d'affinité croissante est le suivant

        Li+ < H+ < Na+ < NH4+

        Cd2+ < Mn2+ < Mg2+ < Zn2+ < Cu2+ < Ca2+

        L'affinité de la résine est d'autant plus grande que la charge de l'ion est plus importante :

        K+ < Ca2+ < Al3+

        On remarquera qu'une résine cationique portant des ions H+ peut les échanger contre tous les autres cations sauf Li+.

  • Utilisation des résines échangeuses d'ions.

      La résine doit être en grains très fins, de manière à offrir une grande surface de contact tout en permettant un écoulement facile du liquide.

      La résine doit être intégralement mouillée (sans emprisonner de bulles d'air). Pour cela la résine est mise en contact quelques temps avec de l'eau. Le mélange eau - résine est ensuite introduit dans la colonne portant à sa partie inférieure un tampon de laine de verre ou une plaque perforée. La résine doit toujours être entièrement immergée.

      Il faut :

      avant utilisation rincer la résine.
      après utilisation la régénérer si sa capacité d'échange est dépassée.

    • Création : 16 juin 1999, dernière mise à jour : 2001

    ATTENTION, ce cours n'évolue plus depuis  2001,                                                                         pages "perso" de Vincent.Dalmeyda(chez)free.fr