3 • Chromatographie en phase gazeuse
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3.2 GAZ VECTEUR ET RÉGULATEUR DE DÉBIT
On utilise comme phase mobile l’un des trois gaz suivants : l’hélium, le diazote ou le dihydrogène. Ils proviennent soit d’un cylindre sous pression soit d’un générateur (électrolyse
de l’eau pour H 2 et séparation de l’air pour N 2 ), ce qui a l’avantage de fournir sur place un
gaz très pur. Ce gaz vecteur doit être exempt de traces d’hydrocarbures, de vapeur d’eau et
de dioxygène qui se comportent comme des impuretés préjudiciables pour certaines phases
stationnaires polaires et qui réduisent la sensibilité des détecteurs. C’est la raison pour laquelle on place un double filtre, desséchant et réducteur, juste en amont du chromatographe.
La nature du gaz vecteur ne modifie pas de manière significative les valeurs des coefficients de distribution K des composés par suite de l’absence d’interaction entre gaz et
solutés, la température étant le seul facteur de modification important. En revanche, la viscosité et la vitesse du gaz dans la colonne ont une influence sur la dispersion des composés
dans la phase stationnaire et sur la diffusion dans la phase mobile (cf. équation de Van
Deemter), donc sur le paramètre d’efficacité N et sur la sensibilité de la détection (fig. 3.2).
La pression en tête de colonne (quelques dizaines à quelques centaines de kPa) est soit
stabilisée avec un système mécanique, soit asservie électroniquement afin que le débit demeure constant (système EPC, pour electronic pressure control). En effet, pour une analyse
réalisée en mode de programmation ascendante de température, la viscosité de la phase
stationnaire et par suite la perte de charge augmentent au cours du temps. Il est donc préférable que la pression soit corrigée pour conserver au gaz vecteur une vitesse constante et
optimale. Il en résulte une analyse plus rapide et une longévité accrue des colonnes.
vitesse linéaire moyenne (cm/s)
10 20 30 40 50 60 70 80 90
20
10
30
15
25
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
HEPT (mm)
u L t
= / M
u
He
He
N 2
N 2
H 2
H 2
0
100
200
300
variation de la viscosité des trois gaz
T (°C)
viscosité (µPa x s)
0
Figure 3.2 Efficacité en fonction de la nature et de la vitesse linéaire du gaz vecteur.
Ces courbes typiques de van Deemter montrent que l’hydrogène est, parmi les 3 gaz
étudiés, celui qui permet les séparations les plus rapides, à performances égales, tout
en donnant plus de souplesse en ce qui concerne le débit, ce qui est très utile en mode
programmation de température. Noter l’augmentation de la viscosité de ces gaz avec
la température T. On constate aussi que l’hélium est plus visqueux que le diazote, à
température égale.
L’injecteur et le détecteur ont des volumes morts qui entrent en ligne de compte dans le
volume de rétention total. En CPG la phase mobile étant compressible, le débit mesuré en
sortie de colonne doit être corrigé par le facteur de correction de compression J , qui tient
compte de la surpression en amont de la colonne (cf. formule 3.1). Si le chromatogramme
comporte un pic dû à un composé non retenu, il est possible de calculer la vitesse moyenne
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit
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3.2 GAZ VECTEUR ET RÉGULATEUR DE DÉBIT
On utilise comme phase mobile l’un des trois gaz suivants : l’hélium, le diazote ou le dihydrogène. Ils proviennent soit d’un cylindre sous pression soit d’un générateur (électrolyse
de l’eau pour H 2 et séparation de l’air pour N 2 ), ce qui a l’avantage de fournir sur place un
gaz très pur. Ce gaz vecteur doit être exempt de traces d’hydrocarbures, de vapeur d’eau et
de dioxygène qui se comportent comme des impuretés préjudiciables pour certaines phases
stationnaires polaires et qui réduisent la sensibilité des détecteurs. C’est la raison pour laquelle on place un double filtre, desséchant et réducteur, juste en amont du chromatographe.
La nature du gaz vecteur ne modifie pas de manière significative les valeurs des coefficients de distribution K des composés par suite de l’absence d’interaction entre gaz et
solutés, la température étant le seul facteur de modification important. En revanche, la viscosité et la vitesse du gaz dans la colonne ont une influence sur la dispersion des composés
dans la phase stationnaire et sur la diffusion dans la phase mobile (cf. équation de Van
Deemter), donc sur le paramètre d’efficacité N et sur la sensibilité de la détection (fig. 3.2).
La pression en tête de colonne (quelques dizaines à quelques centaines de kPa) est soit
stabilisée avec un système mécanique, soit asservie électroniquement afin que le débit demeure constant (système EPC, pour electronic pressure control). En effet, pour une analyse
réalisée en mode de programmation ascendante de température, la viscosité de la phase
stationnaire et par suite la perte de charge augmentent au cours du temps. Il est donc préférable que la pression soit corrigée pour conserver au gaz vecteur une vitesse constante et
optimale. Il en résulte une analyse plus rapide et une longévité accrue des colonnes.
vitesse linéaire moyenne (cm/s)
10 20 30 40 50 60 70 80 90
20
10
30
15
25
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
HEPT (mm)
u L t
= / M
u
He
He
N 2
N 2
H 2
H 2
0
100
200
300
variation de la viscosité des trois gaz
T (°C)
viscosité (µPa x s)
0
Figure 3.2 Efficacité en fonction de la nature et de la vitesse linéaire du gaz vecteur.
Ces courbes typiques de van Deemter montrent que l’hydrogène est, parmi les 3 gaz
étudiés, celui qui permet les séparations les plus rapides, à performances égales, tout
en donnant plus de souplesse en ce qui concerne le débit, ce qui est très utile en mode
programmation de température. Noter l’augmentation de la viscosité de ces gaz avec
la température T. On constate aussi que l’hélium est plus visqueux que le diazote, à
température égale.
L’injecteur et le détecteur ont des volumes morts qui entrent en ligne de compte dans le
volume de rétention total. En CPG la phase mobile étant compressible, le débit mesuré en
sortie de colonne doit être corrigé par le facteur de correction de compression J , qui tient
compte de la surpression en amont de la colonne (cf. formule 3.1). Si le chromatogramme
comporte un pic dû à un composé non retenu, il est possible de calculer la vitesse moyenne
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit