2 • Chromatographie liquide haute performance
43
2.6.1 Le gel de silice, matière de base des phases actuelles
Parmi tous les matériaux qui ont été ou sont actuellement utilisés pour la confection des
phases stationnaires, le gel de silice tient une place prépondérante.
Ce matériau de base est un solide amorphe ayant pour formule de composition
SiO 2 (H 2 O)n (avec n très proche de 0). Il est tout à fait différent de la silice naturelle
cristalline (SiO 2 ) qui n’est qu’un précurseur très éloigné de sa préparation. Cette dernière
fait appel à des procédés de polymérisation sol-gel d’un tétraalcoxysilane (ex. tétraéthoxysilane) au sein d’un liquide, sous l’effet d’une hydrolyse catalysée (fig. 2.8).
Le gel de silice n’a pas la structure ordonnée de la silice cristalline, mais il reste néanmoins bâti autour de l’agencement tétraédrique des quatre liaisons issues de l’atome de
silicium. C’est un polymère inorganique réticulé. Il comporte des groupements silanols ,
Si–OH en nombre variable, qui ont résisté à la phase finale de déshydratation thermique.
Ces groupements sont responsables des propriétés catalytiques acides de ce matériau très
polaire car Si–OH a un pK de 10, comparable à celui du phénol. Leur concentration peut
être établie par RMN du
29 Si ou par analyse centésimale du carbone pour les phases greffées
(cf. plus loin).
urée + formol, pH = 2
chauffage, O 2
matrice polymère
urée-formol
particules sol-gel
tétraéthoxysilane
diam. 3-6 µm
EtO Si
OEt
OEt
OEt
b
c
H O
2
— SiO —
2
liaison siloxane groupe silanol isolé
groupe silanol
géminé
a
Si
O
O
O
O
O
O
HO
OH
OH
OH
OH
OH
OH
Si
Si
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
HO
HO
Figure 2.8 Le gel de silice pour chromatographie.
a) préparation de grains sphériques de gel de silice via un sol-gel. La dispersion, appelée sol, constituée de particules sphériques de quelques nm de diamètre, s’agglutine en
présence d’un liant organique urée/formol jusqu’à atteindre la taille voulue (3-7 mm).
Le traitement final consiste en une pyrolyse pour éliminer la matrice organique. b) représentation du réseau, correspondant à un maillage tridimensionnel, d’un gel de silice
porteur de groupements silanols. c) image d’une particule sphérique de gel de silice
issus d’un assemblage compact de sphères submicroniques.
Le gel de silice comporte des pores de tailles différentes. Pour remplir la colonne d’une
manière homogène, il est préparé sous forme, soit de microparticules sphériques, soit d’un
monolithe poreux (fig. 2.9 et 2.11). Il est nécessaire en effet d’éviter la formation de chemins
préférentiels pour la phase mobile et par suite pour les composés qui y sont dissous.
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit
43
2.6.1 Le gel de silice, matière de base des phases actuelles
Parmi tous les matériaux qui ont été ou sont actuellement utilisés pour la confection des
phases stationnaires, le gel de silice tient une place prépondérante.
Ce matériau de base est un solide amorphe ayant pour formule de composition
SiO 2 (H 2 O)n (avec n très proche de 0). Il est tout à fait différent de la silice naturelle
cristalline (SiO 2 ) qui n’est qu’un précurseur très éloigné de sa préparation. Cette dernière
fait appel à des procédés de polymérisation sol-gel d’un tétraalcoxysilane (ex. tétraéthoxysilane) au sein d’un liquide, sous l’effet d’une hydrolyse catalysée (fig. 2.8).
Le gel de silice n’a pas la structure ordonnée de la silice cristalline, mais il reste néanmoins bâti autour de l’agencement tétraédrique des quatre liaisons issues de l’atome de
silicium. C’est un polymère inorganique réticulé. Il comporte des groupements silanols ,
Si–OH en nombre variable, qui ont résisté à la phase finale de déshydratation thermique.
Ces groupements sont responsables des propriétés catalytiques acides de ce matériau très
polaire car Si–OH a un pK de 10, comparable à celui du phénol. Leur concentration peut
être établie par RMN du
29 Si ou par analyse centésimale du carbone pour les phases greffées
(cf. plus loin).
urée + formol, pH = 2
chauffage, O 2
matrice polymère
urée-formol
particules sol-gel
tétraéthoxysilane
diam. 3-6 µm
EtO Si
OEt
OEt
OEt
b
c
H O
2
— SiO —
2
liaison siloxane groupe silanol isolé
groupe silanol
géminé
a
Si
O
O
O
O
O
O
HO
OH
OH
OH
OH
OH
OH
Si
Si
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
HO
HO
Figure 2.8 Le gel de silice pour chromatographie.
a) préparation de grains sphériques de gel de silice via un sol-gel. La dispersion, appelée sol, constituée de particules sphériques de quelques nm de diamètre, s’agglutine en
présence d’un liant organique urée/formol jusqu’à atteindre la taille voulue (3-7 mm).
Le traitement final consiste en une pyrolyse pour éliminer la matrice organique. b) représentation du réseau, correspondant à un maillage tridimensionnel, d’un gel de silice
porteur de groupements silanols. c) image d’une particule sphérique de gel de silice
issus d’un assemblage compact de sphères submicroniques.
Le gel de silice comporte des pores de tailles différentes. Pour remplir la colonne d’une
manière homogène, il est préparé sous forme, soit de microparticules sphériques, soit d’un
monolithe poreux (fig. 2.9 et 2.11). Il est nécessaire en effet d’éviter la formation de chemins
préférentiels pour la phase mobile et par suite pour les composés qui y sont dissous.
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit