Qu’est-ce que la chromatographie en phase gazeuse ?
Un chromatographe en phase gazeuse est un instrument utilisé pour l’analyse qualitative et quantitative de composés facilement vaporisables. Il est communément abrégé en chromatographe en phase gazeuse et parfois écrit GC, de l’abréviation anglaise Gas Chromatograph (chromatographe en phase gazeuse). Avec la chromatographie liquide à haute performance, il s’agit d’une technique analytique très connue.
Son principe est le suivant : l’échantillon est évaporé, puis séparé pour chaque composant afin de déterminer le type et la teneur du composé. Le plus grand avantage est que même de très faibles concentrations de composants volatils peuvent être analysées. La chromatographie en phase gazeuse est actuellement utilisée dans un grand nombre de domaines, notamment dans les industries pharmaceutiques, alimentaires et chimiques, et contribue aux fondements et au développement de la science et de la technologie.
Utilisations de la chromatographie en phase gazeuse
Les chromatographes en phase gazeuse sont utilisés pour la séparation et l’analyse de composés dans des domaines tels que la médecine, l’alimentation et la chimie. Par exemple, il peuvent être utilisés pour mesurer la concentration de substances dangereuses et pour analyser les composants des gaz générés par les équipements. Il convient toutefois de noter que tous les composés ne peuvent pas être analysés. En raison de son principe, la chromatographie en phase gazeuse ne peut généralement pas analyser les composés non volatils dont le point d’ébullition est supérieur ou égal à 400°C, ni les composés instables qui se décomposent à des températures élevées. Les métaux inorganiques, les ions et les composés fortement adsorbables sont également difficiles à analyser pour la même raison et doivent être contrôlés avant l’analyse.
Principe de la chromatographie en phase gazeuse
Le principe de la chromatographie en phase gazeuse est très simple et consiste en trois étapes
1. L’échantillon est vaporisé par la chaleur
2. Séparation des composants par chromatographie sur colonne
3. Détection des composants par une méthode appropriée.
Tout d’abord, l’échantillon liquide est vaporisé thermiquement. Les composants vaporisés sont transportés vers la colonne par un gaz porteur. Les composants vaporisés sont adsorbés et répartis sur la phase stationnaire (phase liquide) de la colonne, où ils sont séparés composant par composant et traversent la colonne. La vitesse à laquelle les composés se déplacent dans la colonne diffère selon le composé, de sorte que les composants qui se déplacent le plus rapidement sortent de la colonne dans cet ordre. Chaque composant séparé est enregistré sous forme de pic par le détecteur et, en comparant le temps de rétention et la surface du pic avec ceux de l’étalon, le type et la concentration de l’échantillon peuvent être déterminés.
La principale caractéristique de cette méthode analytique est qu’elle peut être utilisée pour analyser les composants volatils qui ne peuvent pas être séparés, identifiés et quantifiés par chromatographie liquide à haute performance.
À propos des phases stationnaires utilisées en chromatographie en phase gazeuse
Le choix de la phase stationnaire à utiliser dans la colonne de chromatographie en phase gazeuse est très important, car la séparation et l’analyse seront difficiles si une colonne dotée de la phase stationnaire appropriée n’est pas utilisée en fonction des caractéristiques du composant.
Les colonnes peuvent être classées en deux catégories selon la polarité de la phase stationnaire : les colonnes non polaires et les colonnes hautement polaires.
Colonnes non polaires
Colonne dans laquelle un composé de faible polarité est utilisé comme phase stationnaire. Dans ces colonnes, les composés à faible polarité sont fortement retenus dans la phase liquide à faible polarité utilisée comme phase stationnaire, ce qui entraîne des taux de migration plus lents et, par conséquent, une meilleure performance de séparation. Par conséquent, ces colonnes conviennent à l’analyse des composés non polaires. Les colonnes non polaires sont également plus résistantes à la chaleur que les colonnes hautement polaires et peuvent généralement être utilisées jusqu’à 350°C.
Colonnes hautement polaires
Colonnes dans lesquelles des composés hautement polaires sont utilisés comme phases stationnaires. Dans ces colonnes, les composés hautement polaires sont fortement retenus, ce qui ralentit leur vitesse de migration et se traduit par une performance de séparation élevée. Elles conviennent donc à l’analyse de composés hautement polaires. Il convient également de noter que les colonnes hautement polaires présentent une faible résistance à la chaleur, la limite supérieure se situant généralement autour de 250°C.
Séparation de composés organiques hautement polaires de faible poids moléculaire par dérivatisation
Les composés organiques hautement polaires de faible poids moléculaire sont généralement difficiles à séparer et à analyser par chromatographie en phase gazeuse en raison de leur faible volatilité. Toutefois, en fonction de la structure du composé cible, il peut être possible de le dérivatiser en un composé volatil par des méthodes chimiques, auquel cas la séparation par chromatographie en phase gazeuse devient possible. Ces techniques de dérivatisation sont donc largement utilisées pour la séparation et l’analyse de composés difficiles à séparer par chromatographie liquide à haute performance. La dérivatisation par TMS des sucres et des oligosaccharides, composés comportant de nombreux groupes hydroxyles, suivie d’une analyse par chromatographie en phase gazeuse, en est un exemple.
Détecteurs en chromatographie en phase gazeuse
Les détecteurs détectent les composants séparés par la colonne du chromatographe en phase gazeuse et sont utilisés à différentes fins.
Détecteur à ionisation de flamme (FID)
Détecte les composés ionisés formés par la combustion de composés organiques dans une flamme d’hydrogène formée par l’air et l’hydrogène. Presque tous les composés organiques peuvent être détectés et la sensibilité est extrêmement élevée.
Détecteur de conductivité thermique (TCD)
Détecte les composants en lisant le changement de température du filament en fonction de la différence de conductivité thermique entre le gaz porteur et le composant en question. Les composants inorganiques et organiques peuvent être détectés de manière non destructive.
Détecteur photométrique à flamme (FPD)
Détecte les composants individuels en amplifiant la lumière d’une longueur d’onde spécifique générée par l’élément lors de la combustion à l’aide d’un tube photomultiplicateur et en convertissant son intensité en un signal électrique. Le soufre, le phosphore et les composés organostanniques sont détectés.
Détecteur de chimiluminescence du soufre (SCD)
Détecte les composants du soufre en mesurant la lumière produite lorsque les espèces chimiques (principalement le SO) converties à partir des composés du soufre sont excitées par l’ozone et retournent ensuite à leur état fondamental à l’aide d’un tube photomultiplicateur.
Détecteur d’azote et de phosphore (NPD)
Ce détecteur permet de mesurer les composés organiques de l’azote. La flamme d’hydrogène contient des sels de rubidium, qui sont ionisés pour former des ions CN- et PO- lorsque des composés contenant du phosphore ou de l’azote pénètrent dans la flamme, et ces ions sont détectés.
Détecteur à capture d’électrons (EECD).
Utilisé pour la détection sélective de composés hautement néoélectroniques tels que les composés organohalogénés, les composés organométalliques et les composés nitrés. Les composants sont détectés en lisant les changements dans les valeurs de tension afin de maintenir constant le courant ionique recueilli dans le collecteur.
Chromatographe en phase gazeuse et spectromètre de masse
Un chromatographe en phase gazeuse-spectromètre de masse est un instrument qui combine un chromatographe en phase gazeuse et un spectromètre de masse par l’intermédiaire d’une interface. Un échantillon contenant plusieurs composants est d’abord séparé en composants individuels par le chromatographe en phase gazeuse, puis le spectromètre de masse mesure les spectres MS des composants individuels pour une détermination qualitative des composants, suivie d’une détermination quantitative à partir de l’intensité spectrale des ions.
Les chromatographes en phase gazeuse et les spectromètres de masse sont utilisés pour l’analyse de la composition de diverses huiles, l’analyse qualitative des solvants organiques, l’analyse qualitative et quantitative des gaz générés par divers matériaux et des espèces gazeuses générées par la pyrolyse, l’analyse des COV (composés organiques volatils) dans l’air et dans l’eau, etc.