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Partie 1 • Méthodes séparatives
Le temps total t R de migration du soluté dans la colonne peut être séparé en deux termes :
le temps t M pendant lequel il est dissous dans la phase mobile et où il progresse à la même
vitesse que celle-ci, et le temps t S pendant lequel il est fixé à la phase stationnaire et où il
est donc immobile. Entre deux transferts successifs d’une phase à l’autre, on admet que les
concentrations ont le temps de se rééquilibrer.
La chromatographie fait intervenir au moins trois équilibres : soluté/phase mobile, soluté/phase stationnaire et phase mobile/phase stationnaire. Dans une théorie récente de la
chromatographie, on ne parle plus de molécules immobilisées par la phase stationnaire mais
simplement ralenties lorsqu’elles passent à proximité.
1.5 COEFFICIENT (OU CONSTANTE) DE DISTRIBUTION
DE NERNST (K)
C’est le paramètre physico-chimique de base en chromatographie qui quantifie le rapport
de concentration de chaque composé entre les deux phases en présence.
K =
C S
C M
=
concentration du soluté dans la phase stationnaire
concentration du soluté dans la phase mobile
(1.6)
Les valeurs de K sont très variables. Elles sont grandes (1 000, par exemple) lorsque la
phase mobile est un gaz, et petites (2, par ex.) lorsque les deux phases sont à l’état condensé.
Chaque composé n’occupant qu’un espace limité de la colonne et de plus avec une concentration variable, les valeurs vraies de C M et de C S ne sont pas accessibles mais leur rapport
est constant.
Chromatographie et thermodynamique. Les relations de la thermodynamique s’appliquent aux équilibres de distribution ci-dessus. K , (C S /C M ), constante d’équilibre relative aux concentrations C du composé en présence des deux phases mobile (M) et stationnaire (S), est calculable à partir d’expériences de chromatographie. On peut donc accéder,
connaissant la température de l’expérience, à la variation d’énergie libre standard DG
0 de
cette transformation :
C M ⇔ C S
DG
0 = −RT ln K
Si, en chromatographie en phase gazeuse, par exemple, on détermine K à deux températures, il est possible de calculer (en admettant que l’enthalpie et l’entropie n’ont pas changé),
les variations d’enthalpie standard DH
0 et d’entropie DS
0 :
DG
0 = DH
0
− T DS
0
Les valeurs de ces trois paramètres sont négatives, en accord avec la spontanéité de cette
transformation. Il est également logique que l’entropie diminue quand le composé quitte la
phase mobile pour se fixer sur la phase stationnaire. De même l’équation de van
t Hoff permet, entre autres, une approche plus rigoureuse de l’effet de la température sur les temps de
rétention d’un composé. On comprend donc que dans toute étude complète de la chromatographie, on fasse appel à la thermodynamique classique.
d ln K
d T
=
DH
RT 2
Partie 1 • Méthodes séparatives
Le temps total t R de migration du soluté dans la colonne peut être séparé en deux termes :
le temps t M pendant lequel il est dissous dans la phase mobile et où il progresse à la même
vitesse que celle-ci, et le temps t S pendant lequel il est fixé à la phase stationnaire et où il
est donc immobile. Entre deux transferts successifs d’une phase à l’autre, on admet que les
concentrations ont le temps de se rééquilibrer.
La chromatographie fait intervenir au moins trois équilibres : soluté/phase mobile, soluté/phase stationnaire et phase mobile/phase stationnaire. Dans une théorie récente de la
chromatographie, on ne parle plus de molécules immobilisées par la phase stationnaire mais
simplement ralenties lorsqu’elles passent à proximité.
1.5 COEFFICIENT (OU CONSTANTE) DE DISTRIBUTION
DE NERNST (K)
C’est le paramètre physico-chimique de base en chromatographie qui quantifie le rapport
de concentration de chaque composé entre les deux phases en présence.
K =
C S
C M
=
concentration du soluté dans la phase stationnaire
concentration du soluté dans la phase mobile
(1.6)
Les valeurs de K sont très variables. Elles sont grandes (1 000, par exemple) lorsque la
phase mobile est un gaz, et petites (2, par ex.) lorsque les deux phases sont à l’état condensé.
Chaque composé n’occupant qu’un espace limité de la colonne et de plus avec une concentration variable, les valeurs vraies de C M et de C S ne sont pas accessibles mais leur rapport
est constant.
Chromatographie et thermodynamique. Les relations de la thermodynamique s’appliquent aux équilibres de distribution ci-dessus. K , (C S /C M ), constante d’équilibre relative aux concentrations C du composé en présence des deux phases mobile (M) et stationnaire (S), est calculable à partir d’expériences de chromatographie. On peut donc accéder,
connaissant la température de l’expérience, à la variation d’énergie libre standard DG
0 de
cette transformation :
C M ⇔ C S
DG
0 = −RT ln K
Si, en chromatographie en phase gazeuse, par exemple, on détermine K à deux températures, il est possible de calculer (en admettant que l’enthalpie et l’entropie n’ont pas changé),
les variations d’enthalpie standard DH
0 et d’entropie DS
0 :
DG
0 = DH
0
− T DS
0
Les valeurs de ces trois paramètres sont négatives, en accord avec la spontanéité de cette
transformation. Il est également logique que l’entropie diminue quand le composé quitte la
phase mobile pour se fixer sur la phase stationnaire. De même l’équation de van
t Hoff permet, entre autres, une approche plus rigoureuse de l’effet de la température sur les temps de
rétention d’un composé. On comprend donc que dans toute étude complète de la chromatographie, on fasse appel à la thermodynamique classique.
d ln K
d T
=
DH
RT 2