Le choix du bon éluant en chromatographie est crucial, en particulier pour la chromatographie par échange d'ions (également connue sous le nom de chromatographie ionique ou CI), tout comme le choix de la bonne colonne. Les deux doivent fonctionner en harmonie pour obtenir une performance de séparation optimale. En chromatographie, on parle souvent du "triangle de dépendance", c'est-à-dire de la relation d'interdépendance entre les analytes, la phase stationnaire et l'éluant. Cet article de blog se concentre sur la partie éluant de ce triangle en discutant du rôle des éluants (phases mobiles) dans la CI, des types d'éluants utilisés et des éléments à prendre en compte lors du choix et de la préparation d'un éluant pour votre application spécifique.
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La figure 1 illustre comment ce concept s'applique spécifiquement à la chromatographie ionique. Chacun des trois composants - analytes, phase stationnaire, et l'éluant - joue un rôle crucial et interconnecté dans le processus de séparation. La modification d'un composant influe sur les autres. Si l'équilibre entre eux est rompu, cela peut avoir un effet négatif sur la résolution des pics, la rétention de l'analyte et la performance globale de la méthode.
La compréhension de ce triangle est essentielle pour développer des méthodes de chromatographie ionique efficaces. Il fournit un cadre simple pour le dépannage et l'optimisation de la stratégie de séparation pour des défis analytiques spécifiques. Il est essentiel de connaître les propriétés de l'éluant qui peuvent affecter la séparation des analytes. Cela vous permet d'utiliser ces propriétés à votre avantage et d'obtenir la meilleure performance possible dans votre analyse CI.
En chromatographie, l'éluant (phase mobile) est la solution liquide qui transporte les analytes à travers la colonne de séparation (phase stationnaire) (figure 2). Avant d'entrer dans la pompe à haute pression, l'éluant est dégazé à l'aide d'un dégazeur d'éluant. Il passe ensuite dans un injecteur (injecteur 6/2 illustré) avant d'être pompé dans la colonne. Les analytes sont détectés après avoir traversé la colonne.
La suppression en chromatographie ionique est utilisée pour éliminer les influences de la conductivité de l'éluant. Elle réduit le bruit de fond au minimum, ce qui permet d'obtenir un rapport signal/bruit plus élevé pour les pics obtenus. Cette étape de suppression a lieu entre la colonne et le détecteur.
L'éluant joue un rôle crucial dans la séparation des analytes en fonction de leurs interactions avec la colonne. En chromatographie ionique, l'éluant est généralement basé sur des acides, des bases ou des sels. La composition spécifique dépend de la charge de l'ion à séparer. Pour l'analyse des anions, l'éluant est généralement basé sur des mélanges de carbonate de sodium / bicarbonate de sodium, d'hydroxyde de sodium ou d'hydroxyde de potassium. Les éluants pour l'analyse des cations sont généralement basés sur de faibles concentrations d'acide nitrique, d'acide sulfurique ou d'acide méthanesulfonique.
Comme pour toutes les séparations par chromatographie liquide, la phase mobile de l'IC est le paramètre le plus facile à modifier pour influencer la séparation des analytes. En revanche, la colonne et le système de détection sont dans la plupart des cas prédéfinis.
Le choix d'un éluant approprié peut se faire sur la base d'un large éventail de critères. Les paramètres suivants doivent notamment être pris en compte [1–8]:
L'éluant ne doit pas interférer avec la méthode de détection, par exemple une conductivité de base élevée, une absorbance UV élevée à la même longueur d'onde que l'analyte, ou une réaction avec les analytes d'intérêt. Cela garantit la meilleure stabilité possible de la ligne de base, la reproductibilité des temps de rétention et la sensibilité. [4].
Les produits chimiques utilisés pour l'éluant ne doivent pas créer de réactions indésirables avec la phase stationnaire et doivent être chimiquement stables pour éviter toute interférence ou dégradation au cours de l'analyse [5]. Il est donc nécessaire de connaître les propriétés de la phase stationnaire. Les fabricants décrivent souvent les conditions standard ainsi que les limites de la phase stationnaire - par exemple, la plage de pH appropriée ou l'ajout de modificateurs organiques.
Lisez notre article de blog pour en savoir plus sur le choix d'une colonne IC et l'optimisation de la séparation des analytes.
Meilleures pratiques pour les colonnes de séparation en chromatographie ionique (IC) - Partie 2
La composition de l'éluant influence directement la séparation des ions cibles puisqu'elle modifie leur temps de rétention. Les facteurs les plus importants à prendre en compte sont les suivants.
Les modifications du pH de l'éluant entraînent des changements dans l'équilibre de dissociation de l'analyte, ce qui modifie le temps de rétention de l'analyte (Figure 5).
Le pH doit être maintenu dans une plage qui empêche la dégradation ou l'altération de la phase stationnaire, en particulier pour les colonnes à base de silice, qui sont sensibles à des conditions de pH extrêmes. [7,9].
En outre, les méthodes de détection telles que la conductivité et l'absorption UV sont sensibles aux variations de pH. Un pH fixe minimise le bruit de fond et améliore la sensibilité de la détection. [8].
Notre recommandation pour la séparation des ions est d'isoler d'abord les ions monovalents, puis les ions multivalents. L'introduction d'ions multivalents au milieu d'ions monovalents en augmentant la force de l'éluant ou en modifiant le pH de l'éluant présente des risques importants. Ces séparations (et donc la résolution des pics) sont particulièrement sensibles au vieillissement de la colonne et aux variations d'un lot à l'autre.
L'ajout d'un solvant organique (méthanol, acétone ou acétonitrile, par exemple) aux éluants aqueux a généralement peu d'influence sur le temps de rétention des ions non polarisables (fluorure, chlorure, sodium, calcium, etc.). Les ions polarisables et moins hydrophiles (par exemple, iodure, thiocyanate, cations d'ammonium organiques, etc.
En outre, les modificateurs organiques sont souvent utilisés pour augmenter l'ionisation à l'intérieur de la source d'ionisation électrospray lorsqu'un chromatographe ionique est couplé à un spectromètre de masse.
Des agents complexants sont utilisés pour obtenir une meilleure séparation des ions de métaux alcalins. L'ajout du 18-crown-6-éther (1,4,7,10,13,16-hexaoxacyclooctadécane) à l'éluant permet une meilleure séparation entre Na+, NH4+ et K+. Cette modification est utile, par exemple, pour améliorer la détermination des traces de NH4+ dans les échantillons d'eau naturelle avec une charge élevée de K+.
La figure 9 montre que le temps de rétention du K+ augmente de manière significative après l'ajout du 18-crown-6-éther à l'éluant (tableau 1). Cela peut s'expliquer par la formation du complexe K+-18-crown-6-éther, comme le montre la figure 10, qui est considérablement plus grand. Le temps de rétention du potassium augmente en raison de l'encombrement stérique et, par conséquent, de la distance qui le sépare de NH4+. Il n'y aura pas d'inférence avec l'ammonium même à des concentrations élevées de potassium.
| Pic | Composant | TR [min] | TR [min] (18-couronne-6) |
|---|---|---|---|
| 1 | Lithium | 4.31 | 4.25 |
| 2 | Sodium | 5.60 | 5.61 |
| 3 | Ammonium | 6.28 | 6.42 |
| 4 | Potassium | 8.46 | 10.39 |
| 5 | Calcium | 17.47 | 17.00 |
| 6 | Magnesium | 20.78 | 20.00 |
Les acides dicarboxyliques forment des complexes avec de nombreux cations divalents. En général, ces complexes ont une charge réduite. Par conséquent, lorsque des acides dicarboxyliques sont ajoutés à l'éluant, les cations multivalents sont moins fortement retenus et éluent plus tôt. L'ampleur de cette accélération est influencée par la constante de complexation du complexe cationique spécifique.
La figure 11 montre cet effet sur le magnésium, le calcium et le zinc lors de l'utilisation de l'acide dipicolinique (également connu sous le nom d'acide pyridine-2,6-dicarboxylique, PDC ou DPA) comme modificateur d'éluant. Comparé au calcium ou au magnésium, le zinc, métal de transition, forme un complexe beaucoup plus fort avec l'acide dipicolinique. Par conséquent, il est fortement influencé même par de faibles concentrations de cet agent complexant. Le zinc élue déjà avant le lithium dans le chromatogramme b), et il est totalement complexé et élue avec le pic d'injection dans c). Le calcium est faiblement complexé par l'acide dipicolinique, mais son complexe est plus fort que celui du magnésium. La résolution du magnésium et du calcium est réduite dans le chromatogramme b), alors que dans c) le calcium élue déjà avant le magnésium. Ce modificateur est appliqué pour réduire le temps d'exécution des déterminations analysant le calcium et le magnésium en plus des cations de métaux alcalins.
| Pic | Composant | TR [min] (a) | TR [min] (b) | TR [min] (c) |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Sodium | 6.79 | 6.50 | 5.39 |
| 2 | Potassium | 10.42 | 9.93 | 8.08 |
| 3 | Magnesium | 33.05 | 29.90 | 19.05 |
| 4 | Zinc | 38.24 | 3.38 | – |
| 5 | Calcium | 44.48 | 35.87 | 16.08 |
Une fois que vous avez trouvé l'éluant spécifique qui correspond à vos besoins de séparation, vous pouvez envisager l'automatisation. Il existe plusieurs façons d'automatiser la préparation de l'éluant. L'une d'entre elles consiste à préparer un stock d'éluant (concentré) à partir duquel vous pouvez facilement diluer automatiquement la concentration exacte d'éluant. Des concentrés sont disponibles chez Merck pour tous les éluants standards des colonnes Metrohm. Ces concentrés d'éluant peuvent être automatiquement dilués avec, par exemple, un module de production d'éluant 941.
En outre, pour les éluants hydroxydes tels que NaOH, KOH ou LiOH, le module IC continu 948, CEP est un choix idéal. Ce module peut préparer en continu des éluants d'hydroxyde par électrolyse en utilisant un concentré d'hydroxyde.
Les éluants sont un élément clé du triangle de dépendance de la chromatographie ionique. Les étapes de préparation correctes, les réactifs chimiques utilisés et de nombreuses autres variables sont essentiels à prendre en compte avant de préparer un éluant. Le choix et la préparation appropriés de l'éluant sont cruciaux pour une mesure de chromatographie ionique fiable et robuste.
Pour approfondir vos connaissances sur la chromatographie ionique, téléchargez nos monographies ci-dessous et commencez à travailler avec votre instrument IC.
[1] Kromidas, S. The HPLC Expert; Wiley-VCH: Weinheim, 2016.
[2] Haddad, P. R.; Jackson, P. E. Ion Chromatography; Journal of Chromatography Library; Elsevier: Amsterdam, 1990.
[3] Schäfer, H.; Läubli, M. Monograph: Ion Chromatography; Metrohm AG: Herisau, Switzerland, 2023. https://www.metrohm.com/en/products/8/1085/81085077.html
[4] Liu, Y.; Kaiser, E.; Avdalovic, N. Determination of Trace-Level Anions in High-Purity Water Samples by Ion Chromatography with an Automated On-Line Eluent Generation System. Microchemical Journal 1999, 62 (1), 164–173. DOI:10.1006/mchj.1999.1699
[5] Zou, J.; Motomizu, S.; Fukutomi, H. Reversed-Phase Ion-Interaction Chromatography of Inorganic Anions with Tetraalkylammonium Ions and Divalent Organic Anions Using Indirect Photometric Detection. Analyst 1991, 116 (12), 1399–1405. DOI:10.1039/AN9911601399
[6] Wahab, M. F.; Anderson, J. K.; Abdelrady, M.; et al. A. Peak Distortion Effects in Analytical Ion Chromatography. Anal. Chem. 2014, 86 (1), 559–566. DOI:10.1021/ac402624a
[7] Martin, D. Column Chromatography; IntechOpen, 2013.
[8] Motomizu, S.; Oshima, M.; Hironaka, T. Ion-Exchange Chromatographic Determination of Anions by Indirect Photometric Detection: Comparison of Eluent Ions with Respect to Sensitivity Enhancement. Analyst 1991, 116 (7), 695–700. DOI:10.1039/AN9911600695
[9] Acikara, Ö. B. Ion-Exchange Chromatography and Its Applications. From the Edited Volume Column Chromatography, Edited by Dean F. Martin and Barbara B. Martin, InterOpen 2013. DOI:10.5772/55744
[10] Metrohm AG. Column Manual A Supp 19 (6.01034.4x0); 8.107.8013EN / 2023-03-08; Metrohm AG: Herisau, Switzerland, 2023.
[11] Kolb, M.; Seubert, A.; Schäfer, H.; Läubli, M. (Editor). Monograph: Practical Ion Chromatography, 3rd ed.; Metrohm AG: Herisau, Switzerland, 2020. https://www.metrohm.com/en/products/8/1085/81085069.html
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