Chromatographie d'exclusion stérique - Définition

Appareillage

L’appareillage de SEC est un appareillage semblables à ceux utilisés en HPLC classique et est très largement disponible auprès de nombreux fournisseurs. La SEC est constitué d’un réservoir de solvant, d’un système de pompage, d’un injecteur, d’un jeu de colonnes et de détecteurs disposés en sortie de colonne.

Le solvant

Le solvant est filtré par un filtre en ligne et ensuite dégazé à l’aide d’un dégazeur connecté en série.

Le système de pompage

Le système de pompage doit être très précis et capable de travailler à haute pression (jusqu'à 200 à 300 bar). Il doit délivrer le solvant à un débit extrêmement constant et aussi reproductible que possible pour pouvoir convertir précisément les temps d’élution en volumes d’élution et utiliser avec précision la courbe d’étalonnage. Dans les conditions classiques, le débit est de l’ordre de 1 mL/min.

L'injecteur

Le système de pompage est suivi d’un injecteur pour permettre l’introduction des échantillons. Le système le plus utilisé est l’injecteur à boucle qui permet d’injecter, sous haute pression, des quantités très reproductibles. Pour des colonnes classiques (30 cm de long et 7,2 mm de diamètre interne), le volume injecté ne doit pas dépasser 100 μL par colonne pour ne pas détruire les performances de la colonne (évaluée par son nombre de plateaux théoriques).

La colonne

Tous les composants de l’appareil de SEC sont reliés par des connexions à faible volume mort et des tubes capillaires (en acier inoxydable ou en plastique) pour minimiser l’élargissement des pics dû à l’appareillage. L’efficacité des colonnes (évaluée en nombre de plateaux théoriques) peut être améliorée en augmentant la température, ce qui réduit aussi la pression dans la colonne.

Détecteurs

Le réfractomètre différentiel

Contrairement à la chromatographie liquide classique, le détecteur le plus communément utilisé est le réfractomètre différentiel qui produit un signal proportionnel à la masse et donc à la concentration du polymère. Le détecteur mesure une diffèrence en indice de réfraction entre une cellule étalon qui contient de l'éluant pur et une cellule de détection où s'écoule l'échantillon élué. La cellule de détection a habituellement un volume de 10 μL pour minimiser le remélangeage et l’élargissement de bande. Ce détecteur n’est pas particulièrement sensible, l'incrément d'indice de réfraction pouvant être très faible pour certains polymères, mais il a l’avantage d’être non spécifique et universel. Le réfractomètre est également extrêmement sensible aux variations de température et, comme une sensibilité de l’ordre de 10–7 unité d’indice de réfraction est nécessaire pour détecter les solutés à la sortie des colonnes, la température doit être stabilisée très soigneusement.

Détecteurs UV

Le spectromètre UV est parfois utilisé seul comme détecteur de concentration, mais il est plutôt couplé au réfractomètre comme détecteur secondaire de concentration pour l’analyse de composition, en particulier dans le cas des copolymères. Le spectromètre UV doit être réglé à une longueur d’onde particulière, à laquelle le soluté absorbe et le solvant est transparent. Le polymère doit possèder un bon coefficient d’absorption pour y être détecté. D’autres spectromètres, comme le spectromètre IR (absorbant dans l’infrarouge), sont aussi utilisés, par exemple pour l’analyse des polyoléfines. Les cellules de ces détecteurs ont habituellement un volume d’environ 10 μL

Viscosimètres

La détection viscomètrique est particulièrement adaptée à l’utilisation de l’étalonnage universel car elle fournit une information de viscosité intrinsèque, nécessaire pour utiliser le paramètre • M. Au début, un viscosimètre Ubbelhode classique était simplement installé à la suite du réfractomètre. Ce montage n’est plus possible avec les colonnes modernes de SEC en raison de leur faible volume interne. En 1972, Oùano propose un autre type de viscosimètre fondé sur la mesure de la perte de charge dans un tube capillaire à l’aide d’un capteur de pression. Un viscosimètre, il a été amélioré depuis par l’utilisation d’un capteur de pression différentiel et d’un capillaire à faible volume mort. À débit Q de solvant constant, la pression est directement proportionnelle à la viscosité. À viscosité constante, P est proportionnel au débit Q, ce qui donne un débitmètre extrêmement sensible. Par conséquent, le viscosimètre à simple capillaire,est très sensible aux fluctuations de débit et il est nécessaire d’utiliser un système de pompage renforcé avec un débit extrêmement stable débarrassé des à-coups de pression. Pour cette raison, ce viscosimètre peut être considéré comme un outil de diagnostic pour le système de pompage et même pour le reste de l’appareil, en plus de son utilisation plus fondamentale avec l’étalonnage universel. La détection viscosimètrique est aussi essentielle pour l’étude des ramifications longues dans les polymères. Ce sont des viscosimètres différentiels qui comportent plusieurs capillaires et plusieurs capteurs de pression et utilisent un volume de délai pour permettre une compensation de débit. Dans ce cas, le signal viscosimètrique différentiel est insensible aux variations de débit mais le signal réel doit être reconstruit à l’aide d’une mesure annexe de la ligne de base.

Détecteurs à diffusion de lumière

Le second type de détecteur de masse est le détecteur par diffusion de la lumière. C’est la technique LALLS (Low Angle Laser Light Scattering), qui consiste à mesurer la lumière diffusée à angle très faible (environ 5 degrès). Par conséquent, on peut admettre que le facteur de forme est très voisin de l’unité et que le signal est directement proportionnel à la masse moléculaire moyenne en poids. L’intérêt majeur de ce détecteur est qu’il ne nécessite pas d’étalonnage préalable du jeu de colonnes puisqu’il donne directement la masse moléculaire en fonction du volume d’élution. Lorsque le détecteur par diffusion de la lumière est utilisé en même temps qu’une courbe d’étalonnage en masse moléculaire, il peut donner des informations sur une élution anormale du polymère ou sur les ramifications longues. Récemment, une autre technologie a fait son apparition, le MALLS (Multi Angle Laser Light Scattering). Cet appareillage mesure simultanément la lumière diffusée suivant 16 angles différents (typiquement entre 20 ° et 150 °), et il est nécessaire d’extrapoler à angle nul, à l’aide d’un logiciel approprié, pour obtenir l’information de masse moléculaire. Comme l’appareil fonctionne à plusieurs angles, il donne, en plus, une mesure absolue du rayon de giration.

L'osmomètre continu

Plus récemment, Yau a décrit un autre type de détecteur de masse, l’osmomètre continu. Ce détecteur est fondé sur la mesure de la perte de charge dans une petite colonne capillaire remplie de petites billes de gel gonflées par le solvant. La variation de pression osmotique provoque une variation du gonflement du gel quand le polymère est présent dans la colonne et, par conséquent, une variation de la perte de charge. Le principe de la mesure est le même que celui du viscosimètre différentiel de Yau. Ce détecteur est sensible à la masse moléculaire moyenne en nombre, puisqu’il s’agit d’osmométrie, et doit être très efficace dans le domaine des petites masses moléculaires. La relation entre la réponse du détecteur et la masse moléculaire absolue n’a pas encore été clairement établie et ce détecteur n’a pas encore connu de développement commercial.

Système d'acquisition

Le but principal d’une analyse SEC est de déterminer la courbe de distribution des masses moléculaires et d'évaluer les masses moléculaires moyennes. La procédure mathématique est relativement simple et peut être effectuée à partir de l’enregistrement graphique des chromatogrammes sur un enregistreur potentiométrique . Lorsque des calculs plus complexes sont nécessaires, principalement en SEC multidétection, on a besoin de méthodes de calculs informatiques plus compliquées et les méthodes simples ne sont plus applicables. Les détecteurs sont connectés à cet ordinateur par l’intermédiaire d’une interface qui assure la conversion analogique-numérique des signaux électriques. Les données SEC sont enregistrées sur une mémoire de stockage pour un traitement ultérieur à l’aide d’un logiciel SEC approprié.