2 • Chromatographie liquide haute performance
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Les propriétés des gels de silice dépendent de nombreux paramètres : structure interne,
porosité ouverte (dimension et répartition des pores), surface spécifique, résistance à l’écrasement et polarité. Les gels de silice courants comportent environ 5 groupes silanols par
mm
2 . La surface spécifique est de l’ordre de 350 m
2 /g avec des pores de 10 nm. Pour les
particules sphériques, la porosité mesurée par le volume de phase mobile dans la colonne
varie de 30 à 70 % du volume total de la colonne. Pour les colonnes monolithiques elle
atteint 90 %, ce qui conduit à une perte de charge plus faible et autorise donc des débits plus
importants (fig. 2.10). On est bien loin des phases utilisées au début du siècle par Tswett,
constituées de craie ou de sucre en poudre. Le traitement subi par la silice en fait plutôt une
sorte de « sable magique ».
La préparation du gel de silice sous forme de grains irréguliers, utilisé en chromatographie
préparative, fait appel à un procédé hydrothermal : on forme d’abord l’acide orthosilicique,
composé instable, [Si(OH) 4 ] 1 par acidification du silicate de sodium [Na 2 SiO 3 ] encore appelé « liqueur de cailloux », ou water-glass, lui-même issu de certains sables très purs par
fusion alcaline. 1 donne d’abord un dimère 2 qui continue à se polycondenser progressivement en particules colloïdales à surface hydroxylée. On obtient par agrégation un hydrogel
de silice gélatineux dont la calcination conduit à des grains de gel de silice dense (xerogel).
b
a
c
Figure 2.11 Le gel de silice pour chromatographie.
a) microsphères de taille homogène ; b) structure macroporeuse d’une colonne monolithique ; c) particules de silice à noyau dur et poreuse en surface.
Le mécanisme d’action du gel de silice repose sur l’adsorption (fig. 2.12), phénomène qui
consiste en l’accumulation d’un composé à l’interface entre deux phases. Dans les cas les
plus simples, il y a formation d’une monocouche (isotherme de Langmuir), mais souvent il
se crée aussi une attraction entre les molécules déjà adsorbées et celles qui sont restées en
solution. C’est la raison principale de la non-symétrie des pics d’élution. D’autres théories
expliquent le phénomène de séparation des constituants par un simple ralentissement (sans
immobilisation) au niveau de l’interface PM/PS qui diffère pour chaque analyte.
2.6.2 Les silices greffées
Bien qu’ayant une capacité d’adsorption élevée, le gel de silice décrit précédemment n’est
plus utilisé tel quel en chromatographie analytique. Hydrophile par nature, ses caractéristiques évoluent au cours du temps, entraînant un manque de reproductibilité des séparations.
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit
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Les propriétés des gels de silice dépendent de nombreux paramètres : structure interne,
porosité ouverte (dimension et répartition des pores), surface spécifique, résistance à l’écrasement et polarité. Les gels de silice courants comportent environ 5 groupes silanols par
mm
2 . La surface spécifique est de l’ordre de 350 m
2 /g avec des pores de 10 nm. Pour les
particules sphériques, la porosité mesurée par le volume de phase mobile dans la colonne
varie de 30 à 70 % du volume total de la colonne. Pour les colonnes monolithiques elle
atteint 90 %, ce qui conduit à une perte de charge plus faible et autorise donc des débits plus
importants (fig. 2.10). On est bien loin des phases utilisées au début du siècle par Tswett,
constituées de craie ou de sucre en poudre. Le traitement subi par la silice en fait plutôt une
sorte de « sable magique ».
La préparation du gel de silice sous forme de grains irréguliers, utilisé en chromatographie
préparative, fait appel à un procédé hydrothermal : on forme d’abord l’acide orthosilicique,
composé instable, [Si(OH) 4 ] 1 par acidification du silicate de sodium [Na 2 SiO 3 ] encore appelé « liqueur de cailloux », ou water-glass, lui-même issu de certains sables très purs par
fusion alcaline. 1 donne d’abord un dimère 2 qui continue à se polycondenser progressivement en particules colloïdales à surface hydroxylée. On obtient par agrégation un hydrogel
de silice gélatineux dont la calcination conduit à des grains de gel de silice dense (xerogel).
b
a
c
Figure 2.11 Le gel de silice pour chromatographie.
a) microsphères de taille homogène ; b) structure macroporeuse d’une colonne monolithique ; c) particules de silice à noyau dur et poreuse en surface.
Le mécanisme d’action du gel de silice repose sur l’adsorption (fig. 2.12), phénomène qui
consiste en l’accumulation d’un composé à l’interface entre deux phases. Dans les cas les
plus simples, il y a formation d’une monocouche (isotherme de Langmuir), mais souvent il
se crée aussi une attraction entre les molécules déjà adsorbées et celles qui sont restées en
solution. C’est la raison principale de la non-symétrie des pics d’élution. D’autres théories
expliquent le phénomène de séparation des constituants par un simple ralentissement (sans
immobilisation) au niveau de l’interface PM/PS qui diffère pour chaque analyte.
2.6.2 Les silices greffées
Bien qu’ayant une capacité d’adsorption élevée, le gel de silice décrit précédemment n’est
plus utilisé tel quel en chromatographie analytique. Hydrophile par nature, ses caractéristiques évoluent au cours du temps, entraînant un manque de reproductibilité des séparations.
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit