4 juin 2025
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Cet article explore l'importance du choix et de la préparation de l'éluant, en soulignant les considérations clés qui garantissent des mesures fiables et robustes en chromatographie ionique.
Le choix du bon éluant en chromatographie est crucial, en particulier pour la chromatographie d'échange d'ions (également appelée chromatographie ionique ou IC), tout comme le choix de la colonne appropriée. Les deux doivent fonctionner en harmonie pour obtenir des performances de séparation optimales. En chromatographie, on parle souvent du « triangle de dépendance », c'est-à-dire 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 abordant le rôle des éluants (phases mobiles) dans l'IC, les types d'éluants utilisés et les 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 éluant) joue un rôle crucial et interdépendant dans le processus de séparation. La modification d'un composant influence les autres. Si l'équilibre entre eux est perturbé, cela peut avoir un impact négatif sur la résolution des pics, la rétention des analytes et les performances globales de la méthode.
Il est essentiel de comprendre ce triangle 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 crucial 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 les meilleures performances possibles dans votre analyse IC.
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 haute pression, l'éluant est dégazé à l'aide d'un dégazeur d'éluant. Il s'écoule ensuite à travers un injecteur (injecteur 6/2 illustré) avant d'être pompé à travers la colonne. Les analytes sont détectés après avoir traversé la colonne.
La suppression en chromatographie ionique est utilisée pour éliminer les influences de conductivité de l'éluant. Elle réduit le bruit de fond au minimum, permettant un rapport signal/bruit plus élevé pour les pics résultants. Cette étape de suppression se produit 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 à base d'acides, de bases ou de sels. Sa composition spécifique dépend de la charge de l'ion à séparer. Pour l'analyse des anions, l'éluant est généralement à base de 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 à base d'acide nitrique, d'acide sulfurique ou d'acide méthanesulfonique à faible concentration.
Comme pour toutes les séparations par chromatographie liquide, la phase mobile 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 être effectué à l'aide 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 en raison d'une conductivité de base élevée, d'une absorbance UV élevée à la même longueur d'onde que l'analyte ou d'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 provoquer de réactions indésirables avec la phase stationnaire et doivent être chimiquement stables afin d'éviter toute interférence ou dégradation pendant 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 associé 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, car elle affecte leurs temps de rétention. Les facteurs les plus importants à prendre en compte sont mentionnés ci-dessous.
En IC, une augmentation de la concentration de l'éluant entraîne souvent des temps de rétention plus courts et une séparation plus rapide. Cependant, cela se traduit par une conductivité de fond plus élevée.
Pour les pics d'analyte surchargés (concentration élevée de la matrice), la rétention plus faible des ions éluants (concentrations plus élevées d'éluant) par rapport au pic d'analyte surchargé peut entraîner un étalement du pic (figure 3), tandis qu'une rétention plus forte de l'ion éluant (concentrations réduites d'éluant) peut entraîner un avancement du pic (figure 4).
Prenons l'exemple du pic de chlorure dans l'eau de mer. Dans le cas d'un front de pic, le pic de chlorure surchargé se déplace plus tôt vers les acides organiques et les traces d'oxohalogénures devant le chlorure. Dans le cas d'un étalement de pic, le pic de chlorure surchargé se déplace plus tard vers le nitrite et le bromure [6].
Les modifications du pH de l'éluant entraînent des changements dans l'équilibre de dissociation de l'analyte, modifiant ainsi 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 aux conditions de pH extrêmes [7,9].
De plus, 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 base et améliore la sensibilité de détection [8].
Pour la séparation des ions, nous recommandons d'isoler d'abord les ions monovalents, puis les ions multivalents. L'introduction d'ions multivalents parmi les 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 des colonnes et aux variations d'un lot à l'autre.
Les constantes de dissociation sont également influencées par la température. Par conséquent, les changements de température influencent le temps de rétention, en particulier pour les acides et les bases. Un four à colonne permet de stabiliser les conditions de température et d'assurer des mesures stables.
Lorsque des éluants carbonatés sont utilisés à des températures plus élevées, un effet en V se produit, les anions monovalents éluant plus tôt et les anions multivalents éluant plus tard (figure 6). Pour les éluants hydroxyde, cet effet est connu sous le nom d'effet hydroxyde en V incliné (figure 7), car tous les ions éluent plus tard, en particulier les anions multivalents.
L'ajout d'un solvant organique (par exemple, du méthanol, de l'acétone ou de l'acétonitrile) à des éluants aqueux a généralement peu d'influence sur le temps de rétention des ions non polarisables (par exemple, le fluorure, le chlorure, le sodium, le calcium, etc.). Les ions polarisables et moins hydrophiles (par exemple, iodure, thiocyanate, cations ammonium organiques, etc.) sont généralement élués plus tôt avec l'utilisation d'un modificateur organique.
De plus, les modificateurs organiques sont souvent utilisés pour augmenter l'ionisation à l'intérieur de la source d'ionisation par électrospray lorsqu'un chromatographe ionique est couplé à un spectromètre de masse.
En chromatographie ionique, les temps de rétention des cations peuvent être modifiés en ajoutant des agents complexants à l'éluant [3,11]. L'agent complexant sert de ligand, le cation analyte fonctionnant comme ion métallique central. Plus un ligand est sélectif par rapport à un ion métallique central, plus son influence sur le temps de rétention est forte. Dans l'idéal, les temps de rétention des autres cations ne varient que légèrement.
Les agents complexants couramment utilisés comprennent les éthers couronnes et les acides dicarboxyliques tels que l'acide oxalique, l'acide dipicolinique et l'acide tartrique.
Des agents complexants sont utilisés pour obtenir une meilleure séparation des ions alcalins. L'ajout de 18-couronne-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 de la teneur en NH4+ à l'état de traces dans des échantillons d'eau naturelle à forte charge en K+.
La figure 9 montre comment le temps de rétention du K+ augmente considérablement après l'ajout de 18-couronne-6-éther à l'éluant (tableau 1). Cela s'explique par la formation du complexe K+-18-couronne-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 par rapport au NH4+. Il n'y aura aucune interférence avec l'ammonium, même à des concentrations élevées de potassium.
| Pic | Composant | RT [min] | RT [min] (18-crown-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 retenus moins fortement et élués 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 lorsque l'acide dipicolinique (également connu sous le nom d'acide pyridine-2,6-dicarboxylique, PDC ou DPA) est utilisé comme modificateur d'éluant. Par rapport au calcium ou au magnésium, le zinc, métal de transition, forme un complexe beaucoup plus fort avec l'acide dipicolinique. Il est donc fortement influencé même par de faibles concentrations de cet agent complexant. Le zinc est déjà élué avant le lithium dans le chromatogramme b), et il est totalement complexé et élué avec le pic d'injection dans c). Le calcium est faiblement complexé avec l'acide dipicolinique, mais son complexe est plus fort qu'avec le magnésium. La résolution du magnésium et du calcium est réduite dans le chromatogramme b), tandis que dans c), le calcium est déjà élué avant le magnésium. Ce modificateur est appliqué pour réduire le temps d'analyse des déterminations analysant le calcium et le magnésium en plus des cations de métaux alcalins.
| Pic | Composant | RT [min] (a) | RT [min] (b) | RT [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 répond à vos besoins en matière de séparation, vous pouvez envisager l'automatisation. Il existe plusieurs façons d'automatiser la préparation des éluants. 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. Merck propose des concentrés pour tous les éluants standard des colonnes Metrohm. Ces concentrés d'éluants peuvent être dilués automatiquement à l'aide, par exemple, d'un module de production d'éluant 941.
De plus, pour les éluants hydroxydiques tels que NaOH, KOH ou LiOH, le module IC continu 948, CEP est un choix idéal. Ce module peut préparer en continu des éluants hydroxydiques par électrolyse à partir d'un concentré hydroxyde.
Les éluants constituent un élément clé du triangle de dépendance en chromatographie ionique. Il est essentiel de prendre en compte les étapes de préparation correctes, les réactifs chimiques utilisés et de nombreuses autres variables avant de préparer un éluant. Le choix et la préparation appropriés de l'éluant sont cruciaux pour obtenir une mesure fiable et robuste en chromatographie ionique.
Pour approfondir vos connaissances en chromatographie ionique, téléchargez nos monographies ci-dessous et commencez à travailler avec votre instrument CI.
[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
Monographie : Chromatographie ionique pratique – Introduction
Monographie : Techniques avancées de détection en chromatographie ionique
Manuel des colonnes : Metrosep A Supp 19
La deuxième édition entièrement révisée et mise à jour de la monographie « Ion Chromatography » propose une exploration approfondie de la théorie et des applications pratiques de la chromatographie ionique. Elle comprend également des discussions détaillées sur la théorie, les méthodes de détection et les types de colonnes de séparation.
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