Chromatographie en fluide supercritique (SFC) : classification des colonnes

 

Dans un nouvel article « An improved classification of stationary phase for ultra-high performance supercritical fluid chomatography » paru dans Journal of Chromatography A, 1440 (2016) 212-228, Caroline West, Elise Lemasson, Sophie Bertin, Philippe Henning et Eric Lesellier proposent une classification de 31 colonnes (Waters, Thermo, Phenomenex, Macherey-Nagel…) dédiées à la chromatographie ultra-haute performance en fluide supercritique.

Cet article très intéressant a particulièrement retenu notre attention dans le cadre du développement de méthodes en SFC.

La classification proposée repose sur un LSER (Linear Solvatation Energy Relationships) qui relie la rétention (logk) à un certain nombre de descripteurs.
Les auteurs utilisent les descripteurs classiques (5 descripteurs d’Abraham) auxquels ils ont ajouté 2 termes:
d+ représentant les interactions cations/espèces chargées positivement
d- représentant les interactions anions/espèces chargées négativement.

equation

 

Pour chaque colonne, les 7 coefficients sont calculés à partir des données de rétention obtenues sur 109 composés (molécules non-ionisables (85) et ionisables (24) dont acides (13) et  bases (11)).
Les auteurs illustrent ensuite leur classification par un diagramme araignée à 7 branches.
La progression de la polarité des phases stationnaires se lit de gauche à droite.

 diagramme araignée détaillé
Dans le diagramme, les auteurs mettent en évidence que des colonnes de nature comparable (Groupe 1 et 2 : les phases aliphatiques avec quelques propriétés polaires, Groupe 3 : les phases pentafluorophenyl, Groupe 4 : les phases alkyles non polaires, Groupe 5les phases avec ligands polaires, Groupe 6 : les phases HILIC), ne se trouvent pas obligatoirement dans les mêmes zones.
 
Il est également intéressant d’observer  que les 8 colonnes dédiées à la SFC fabriquées par Waters (Acquity UPC² HSS C18 SB, Acquity UPC² BEH, Acquity UPC² BEH 2-EP, Acquity UPC² CSH Fluorophenyl, Acquity UPC² Torus 1-AA, Acquity UPC² Torus 2-PIC, Acquity UPC² Torus DEA et Acquity UPC² Torus DIOL) sont situées dans la même zone. 
A contrario, Thermo couvre un large domaine mais ses colonnes ne sont pas des colonnes spécifiquement développées pour la SFC. 
On remarque surtout que la zone regroupant les colonnes avec fortes interactions dispersives et fortes interactions avec les espèces chargées positivement est peu exploitée par les fabricants. 
A suivre…

Chaleur de friction : avantage aux particules Core-shell

En chromatographie liquide, le déplacement de la phase mobile dans la colonne (contenant des particules fines tassées) provoque un dégagement de chaleur appelée chaleur de friction. La quantité de chaleur augmente avec la vitesse de la phase et donc le débit.

Photo blog

La chaleur de friction créé un gradient de température dans la section de la colonne, ce qui a pour conséquence de provoquer un élargissement des pics.

Il est donc possible de conserver l’efficacité de la colonne à débit élevé en améliorant la
dissipation thermique dans la phase mobile (en utilisant une plus grande proportion d’eau dans l’éluant par exemple) et / ou en augmentant la dissipation dans la phase stationnaire (en utilisant des particules plus denses par exemple). Les particules superficiellement poreuses (Core-Shell) démontrent clairement le potentiel de cette dernière option.

Des travaux ont été menés par F . Gritti et G. Guiochon afin de comparer des particules sub-2µm entièrement poreuses versus des particules à noyau solide, respectivement des particules 1,7µm BEH-C18 (Waters) et des particules 1,7µm Kinétex C18 (Phénomenex). Ils ont constaté qu’en accélérant le débit de phase mobile, la hauteur de plateau théorique augmentait moins vite pour les particules à noyau dur . Cela est dû à la plus grande conductivité thermique de ces particules constituées à 40% d’un noyau solide.

Une autre conséquence de la conductivité thermique de ces particules est qu’elle diminue le gradient radial de température qui se créé dans la colonne. Certains constructeurs (Thermo Fisher en particulier) revendiquent la maîtrise de ce phénomène sur leurs derniers systèmes chromatographiques.

Si l’intérêt des particules à noyau dur n’est plus à démontrer pour les utilisateurs de systèmes chromatographie liquide, on peut attribuer une partie de leur efficacité à leurs propriétés thermiques. Une question demeure : ces particules vont-elles à terme supplanter complètement les colonnes poreuses ?

Source :  F. Gritti et G. Guiochon, Mass transfer resistance in narrow-bore columns packed with 1,7µm particles in very high pressure liquid chromatography, J. Chrom A, 1217 (2010) 5069-5083

L’Orbitrap enfin accessible en CPG

GC orbitrap

Commercialisée depuis 2005 par Thermo, la technologie Orbitrap n’était jusqu’à présent disponible qu’en couplage LC (Liquid Chromatography).

Avec la sortie du nouveau Q Exactive Orbitrap GC-MS/MS, Thermo permet aux utilisateurs de chromatographie en phase gazeuse de bénéficier des performances de l’Orbitrap.

Olive

Propriété exclusive de Thermo, l’Orbitrap a été développé par le physicien russe Alexander Makarov en 1999. Le principe du piège orbitalaire est semblable à celui des autres trappes d’ions. Lorsqu’ils sont dans la trappe, tous les ions engagent une trajectoire identique autour de l’«olive ». En revanche, leur vitesse varie en fonction de leur masse.

Ce spectromètre affiche des performances de résolution pouvant aller de 60 000 à 120 000 (pour un rapport m/z de 200). Pour rappel cette résolution est le rapport m/Dm où Dm représente l’écart de masse entre le pic d’interêt et son voisin le plus proche. Cette résolution permettra d’accéder à la masse exacte des molécules. Il est toutefois important de noter que la précision en masse ne fournira la masse exacte qu’à la condition que le spectromètre ait été étalonné avec précision (!).

Généralement, ces spectromètres dits, à haute résolution, sont davantage utilisés pour des études d’élucidation structurales. La quantification de molécules dans des échantillons semble néanmoins possible. En effet, les performances annoncées pour cet appareil en mode full scan sont comparables à celles d’un triple quadripôle opérant en mode SRM (Selected Reaction Monitoring). La limite de détection est de l’ordre du ppt.

Si les performances de l’Orbitrap ne sont plus à démontrer, le coût élevé de ces appareils ne permettra hélas pas à tous les laboratoires de s’équiper…

Analyse de l’additif E476 par SFC nouvelle génération

La chromatographie par fluide supercritique (SFC) a longtemps été utilisée pour quelques applications très spécifiques comme la séparation d’énantiomères.Depuis 2010 la chromatographie par fluide supercritique est revenue sur le devant de la scène grâce à l’arrivée d’une nouvelle génération d’instruments dédiés à cette technique.

UPC waters Deux systèmes appartiennent à cette nouvelle génération, la SFC ACQUITY UltraPerfromance Convergence Chromatography (UPC2) de Waters (2012) et le 1260 Infinity Hybrid SFC/UHPLC system d’Agilent Technologies (2010).

SFC agilent

Comme son nom l’indique le système d’Agilent est « hybride » et permet de basculer grâce à un système de valve de la SFC à l’UHPLC alors que l’instrument Waters est totalement dédié à la SFC.

En parcourant les notes d’applications de ces deux systèmes pour les années 2012 à 2014, nous en avons recensés 73 qui traitent de l’Acquity UPC2 (contre 336 pour le système UPLC) et 29 pour l’Infinity Hybrid (contre 264 pour le système UHPLC Infinity 1290). Sur ces 102 notes d’application une seule (Waters) traite des acides gras saturés et insaturés. Il nous a donc semblé intéressant de continuer à élargir le portefeuille des applications et des possibilités des nouveaux systèmes SFC en vous présentant nos travaux sur l’analyse d’un ester glycérique d’acide gras utilisé comme épaississant alimentaire (additif E476).

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Intérêt de la chromatographie en phase liquide bidimensionnelle

A l’occasion du 11ème  congrès francophone de l’AFSEP sur les sciences séparatives et les couplages, Amélie D’Attoma a présenté un poster qui, de notre point de vue résume très bien les potentialités de la chromatographie liquide bidimensionnelle. Avec l’autorisation des auteurs, nous relayons donc ici ces travaux qui peuvent modifier l’approche des développements contraints par des méthodes déjà déposées et/ou utilisées en contrôle.

SEP15-Poster-LC2D-compatibilitéMS