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 des glycols par SFC (Supercritical Fluid Chromatography): une alternative à la CPG

Nous avons évalué la possibilité d’utiliser la technique de Chromatographie en Phase Supercritique (CPS) ou Supercritical Fluid Chromatography (SFC) comme alternative à la Chromatographie en Phase Gazeuse (CPG) largement utilisée aujourd’hui pour l’analyse des glycols.

Du fait de la faible volatilité des glycols, l’utilisation de la CPG nécessite de trouver un compromis entre la technique d’injection, l’utilisation ou pas de la dérivatisation et le type de colonne. On observe également un facteur de tailing important en raison de l’interaction forte avec les groupes fonctionnels des colonnes polaires. Une colonne moins polaire peut être utilisée pour réduire ces interactions, mais cela se fera souvent au détriment de la sélectivité.

SFCMS

La SFC pourrait être une alternative pour l’analyse de ces composés, en éliminant les contraintes liées à l’injection en CPG, tout en gardant une sélectivité importante grâce au large domaine de phase stationnaire disponible dans cette technique.

Les essais ont été réalisés sur un système UPC² (Waters) couplé à un détecteur de masse (simple quadripole). Nous avons évalué la technique sur la séparation de 7 glycols (Hexylène glycol, Ethylhexylglycérine, 1,2-Hexanediol, 1,2-Octanediol, Butylène glycol, 2-Methyl-1,3-propanediol et Propylène glycol). Une mise au point rapide à l’aide d’un plan d’expérience (logiciel Fusion™ de S-Matrix®) a permis de fixer la nature de la colonne, la nature et le pourcentage final de co-solvant dans le gradient et la température de la colonne. De la même manière, les paramètres du détecteur SQD la masse ont été optimisés. En particulier, le débit de la pompe de make-up (apport de liquide pour favoriser l’électrospray), la tension de cône, le débit d’azote, et la fréquence d’acquisition (en dalton/seconde) du signal sont des paramètres ayant un impact sur la réponse des glycols.

Lire la suite

Analyse d’acides gras par SFC-MS (Supercritical Fluid Chromatography Mass Spectrometry)

Dans une note d’applicationpubliée en juillet 2013, Waters® a présenté des travaux sur le développement d’une méthode de dosage d’une série de corps gras par SFC-MS (Supercritical Fluid Chromatography Mass Spectrometry).

La SFC est une technique de séparation chromatographique où la phase mobile est un fluide porté à l’état supercritique ou subcritique. On utilise couramment le CO2 car son point critique est facilement accessible (31,0°C et 73,8 bars). La phase stationnaire, contenue dans une colonne, peut être constituée de particules solides de granulométrie fine (silice ou graphite poreux par exemple), ou être chimiquement modifiée comme les phases utilisées en chromatographie liquide.

La mise en oeuvre de cette technique au laboratoire nous a permis d’obtenir la séparation rapide de 4 acides gras saturés (à titre d’exemple, nous avons choisi d’étudier l’acide laurique C12:0, l’acide myristique C14:0, l’acide palmitique C16:0 et l’acide stéarique C18:0) en s’affranchissant de l’étape de dérivatisation habituellement pratiquée en CPG (Chromatographie en Phase Gazeuse) pour l’analyse des acides gras.

Chromato

Nous retenons particulièrement de cette note l’utilisation d’un co-solvant acidifié (méthanol-acide formique 0.1%) qui permet d’utiliser un mécanisme de suppression d’ion (habituel en chromatographie liquide) et d’un make-up de méthanol alcalinisé (ammoniac ou acétate d’amonium dans notre cas) qui rend possible une détection en masse par un électrospray négatif.

La méthode présentée dans cette note d’application est donc aisément transposable dans un laboratoire disposant de l’UPC² couplé à un spectromètre de masse et pourrait être déclinée à d’autres composés ionisables.

1 : Fast and Simple Free Fatty Acids Analysis Using UPC²/MS, Giorgis Isaac et al., Application note, Waters Corporation, Manchester, UK.

Couplage SFC-MS (Supercritical Fluid Chromatography Mass Spectrometry)

Dans la continuité des articles publiés précédemment sur des applications SFC, nous nous sommes intéressés au couplage SFC-MS. Nous présentons ici le transfert d’une méthode SFC-UV de dosage de filtres solaires (post du 2 juillet 2013) en SFC-MS

Les essais sont réalisés sur un système UPC² (Waters) couplé à un détecteur à barrettes de diode et à un spectromètre de masse simple quadripôle SQ-ESI/APCI (Waters).

SFCMS

Le couplage SFC-MS, bien que rendu très aisé par lintroduction du système UPC² , présente quelques spécificités comparativement à un couplage UHPLC-MS.
Il est en effet nécessaire d’introduire un solvant supplémentaire avant la source (typiquement  une solution d’acide formique diluée) qui a un double rôle:
- apporter la phase liquide nécessaire à la formation de l’électrospray,
- apporter un sel nécessaire à l’ionisation.

Par ailleurs, à l’arrivée dans la source du spectromètre de masse, le CO2 subit une décompression. Ce processus est endothermique, les températures de travail pour la source et la désolvatation doivent donc être suffisamment élevées pour compenser ce phénomène.

Pour le reste, les paramètres habituels spécifiques à la spectrométrie de masse tels que tension de capillaire, de cone, temps d’acquisition, vitesse de scan…ont été optimisés pour obtenir le chromatogramme dont le TIC (Total Ionic Current) est présenté ici.

Chromato TIC

D’autres applications en SFC-MS développées au laboratoire seront présentées prochainement.