Matériel pour la chromatographie en couche mince
La présente invention a pour objet un matériel pour la chromatographie en couche mince, par exemple une feuille cohérente dans laquelle une mince couche est fermement liée à un support inerte.
La chromatographie en couche mince est une technique qui a rencontré beaucoup d'attention dans la chimie des séparations. Il s'agit d'une technique très populaire qui s'est développée rapidement. Parmi les avantages de la chromatographie en couche mince, on peut citer sa simplicité, un développement rapide et une sélectivité pour une grande variété de séparations. Le grand nombre d'adsorbants disponibles et la facilité à varier les autres composants comme des agents fluorescents et des agents de formation de complexes, ainsi que le choix des solvants d'élution constituent un grand nombre de paramètres qui peuvent être choisis pour obtenir une séparation donnée. En général, la chromatographie en couche mince est une technique qui présente de nombreux avantages et offre des garanties totales.
Un inconvénient significatif empêche toutefois une acceptation encore plus large de cette technique. Les éléments de chromatographie couramment disponibles sont constitués par une plaque de verre portant un adsorbant en couche mince. Selon la pratique habituelle, l'usager doit recouvrir et préparer lui-même les plaques. Cela implique l'acquisition et l'emmagasinage des adsorbants et des plaques de verre, et leur séchage avant l'emploi.
Même après leur préparation, les éléments chromatographiques sous forme de plaques de verre exemptes de liant requièrent une manutention soigneuse par suite de la tendance de l'adsorbant à tomber sous forme de poudre.
En outre, les dimensions et le poids des plaques de verre les rendent difficiles à manier, impratiques à emmagasiner et impropres à constituer des enregistrements.
On peut obtenir des plaques de verre précouvertes d'une couche mince. Cependant, bien que ces plaques évitent à l'usager les inconvénients de leur préparation, elles sont fragiles et sujettes à s'endommager pendant le transport. Les plaques de verre précouvertes sont également peu pratiques à emmagasiner et impropres à constituer des enregistrements par suite de leur nature fragile.
Le matériel faisant l'objet de l'invention est caractérisé par un adsorbant chromatographiquement actif lié à un support inerte flexible par un liant polymérique.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution du matériel objet de l'invention:
la fig. 1 est une vue partielle de cette forme d'exécution, et
la fig. 2 est un diagramme explicatif.
Le matériel représenté comprend une couche mince 1 formée d'un adsorbant et d'un liant, déposée sur un support inerte flexible 2. Le diagramme de la fig. 2 donne la longueur de migration du solvant pour le méthanol en centimètres, en fonction du temps en minutes, pour une plaque de verre connue à couche mince exempte de liant (courbe en trait plein) et pour le matériel contenant une mince couche avec un liant (courbe en ligne pointillée).
Pour constituer le matériel représenté, il faut préparer un revêtement en couche mince chromatographiquement actif comprenant un adsorbant chromatographiquement actif et un liant polymérique. I1 est surprenant que des adsorbants puissent être combinés avec des liants polymériques sans empoisonner notablement les propriétés d'adsorption chromatographiquement actives des adsorbants. Le liant polymérique permet d'obtenir des revêtements en couche mince cohérents et résistants qui montrent pratiquement la même activité que les revêtements connus fragiles exempts de liant.
Comme le revêtement est cohérent et résistant à l'abrasion, il n'est pas nécessaire d'utiliser des plaques de verre encombrantes et peu pratiques qui sont ordinairement exigées pour assureur la résistance et la protection des revêtements chromatographiques fragiles exempts de liant. I1 suffit de prévoir un support flexible inerte pour les revêtements cohérents et résistants contenant l'adsorbant et le liant polymérique. On voit facilement que le matériel pour la chromatographie en couche mince est grandement amélioré par l'emploi d'un tel revêtement.
La chromatographie en couche mince est une technique de séparation extrêmement utile avec de nombreux corps à rechercher et de nombreux solvants. Il est nécessaire de choisir un liant polymérique qui soit inerte visà-vis des corps inconnus, et insoluble dans les solvants d'élution. II est évident qu'aucun liant simple ne peut montrer ces propriétés relativement à tous les corps inconnus et à tous les solvants d'élution. Comme les solvants organiques sont les plus largement utilisés dans la chromatographie en couche mince, le matériel va être décrit avant tout avec des liants qui fonctionnent de la manière désirée avec les solvants organiques les plus usuels. Toutefois, il est évident que ce matériel peut comprendre un liant inerte vis-à-vis d'autres systèmes de solvants usuels. y compris les solvants d'élution aqueux.
Le grand nombre de solvants disponibles interdit la discussion particulière de chaque type.
De même, le support doit être inerte vis-à-vis du solvant d'élution utilisé et de l'activité chromatographique de la couche adsorbante. Les spécialistes n'auront aucune difficulté à choisir le support et le liant appropriés au vu de ce qui va suivre. Les polyesters inertes de dimensions stables comme le téréphtalate de polyéthylène sont préférés comme support. On peut aussi utiliser valablement des films de vinyle, des films de polyoléfine. des films de cellulose ou des films de polyamide.
On peut également employer des feuilles métalliques, par exemple d'aluminium. Comme le support constitue une partie passive de l'élément en ce sens qu'il suffit qu'il soit inerte. et comme les propriétés physiques et chimiques de nombreux films flexibles sont bien connues, le spécialiste sera capable de trouver le support flexible le mieux approprié pour une application donnée.
Les adsorbants peuvent être ceux qui sont bien connus tels que l'alumine. les gels de silice, le Kieselguhr, les poudres de polyamides et la cellulose. Des additifs tels que les composés du phosphore ou les composés fluorescents qui sont utilisés dans les éléments chromatographiques connus à plaque de verre conviennent aussi dans le nouveau matériel et peuvent être inclus si on le désire.
Pour illustrer la manière dont les procédés applicables aux éléments chromatographiques connus sans liant à plaque de verre peuvent être utilisés avantageusement avec le matériel envisagé maintenant, on peut considérer l'emploi du nitrate d'argent. Le nitrate d'argent forme des complexes faibles avec les groupes oléfines et, quand il est incorporé dans une couche adsorbante, il sert à différencier ces matières. Pour utiliser de tels agents de formation de complexes avec les éléments connus exempts de liant, le nitrate d'argent est ajouté à la boue de l'adsorbant avant le revêtement. Non seulement cela entraîne un dépôt d'argent métallique sur les mains de l'opérateur. mais ordinairement rend le revêtement adsorbant. déjà pulvérulent, encore plus fragile.
En revanche, il suffit que le matériel contenant un liant soit trempé dans une solution alcoolique de nitrate d'argent et séché avant l'emploi. L'incorporation du nitrate d'argent par cette méthode n'affecte d'aucune façon la nature physique du revêtement.
Bien que cela soit facultatif, le matériel chromatographique décrit peut être activé de la manière connue par chauffage avant l'emploi. Le matériel répond à une telle activation sensiblement de la même façon que les éléments connus exempts de liant, chacun montrant sensiblement la même différence de comportement après avoir été activé pendant une heure environ à llO"C.
Cela illustre bien le parallélisme des propriétés chromatographiques recherchées du matériel avec liant et des éléments sans liant, les propriétés physiques du matériel avec liant étant améliorées par l'inclusion du liant.
Le liant polymérique doit être insoluble dans le solvant d'élution utilisé pour le développement chromatographique. Le liant doit de préférence ne pas recouvrir ou saturer complètement la surface d'adsorption. Le liant doit également assurer l'adhérence entre l'adsorbant et le support inerte. I1 est possible de former une couche secondaire sur le support qui améliore l'adhérence du liant, mais cela n'est pas recommandé car un autre composant est introduit qui peut affecter défavorablement les séparations chromatographiques.
Trois types généraux de liants polymériques sont les plus utilisés avec les solvants de développement organiques conventionnels. Ce sont: les polymères hydrophiles qui comprennent l'alcool polyvinylique, les mélanges gélatine-alcool polyvinylique et les dérivés de la gélatine et les dérivés de la cellulose tels que la carboxyméthylhydroxyéthyl-cellulose ; les polymères thermodurcissants qui comprennent les résines mélamine-formaldéhyde, les résines poly(vinyl-formal), les résines poly(vinyl-acétal), les résines poly(vinyl-butyral), les résines urée-formaldéhyde, les résines poly-isocyanate, les résines poly(hydroxy-éther), les résines époxy et d'autres résines à liaisons croisées et leurs mélanges ; et les polymères oléfines qui comprennent le polyéthylène et le polypropylène, tous deux sous forme d'émulsion ou non.
La concentration la plus avantageuse du liant polymérique dans la couche adsorbante de revêtement est comprise entre 4,5 et 65 % en poids de cette couche.
Moins de 4,5 % de liant n'améliore pas de façon appréciable la cohésion de la couche mince et son adhérence au support par rapport aux éléments à plaque de verre exempts de liant.
Un liant particulièrement utile avec les solvants d'élution organiques est l'alcool polyvinylique. On peut inclure jusqu'à 16 % en poids de cet alcool dans une couche adsorbante sans affecter désavantageusement la qualité d'adsorption propre d'un adsorbant tel que le gel de silice. Des couches contenant de plus grandes quantités de liant présentent un développement un peu plus lent bien qu'assurant par ailleurs des séparations tout à fait satisfaisantes et complètes, comparativement au développement obtenu avec les quantités préférées indiquées.
Toute méthode de revêtement conventionnelle et tout appareil connu peuvent être utilisés pour déposer le mélange adsorbant-liant sur le support, par exemple des lames, des couteaux à air, des rouleaux ou des trémies de revêtement.
On peut démontrer clairement le progrès constitué par les éléments décrits par le test dit de la a brosse en poil de chameau . Ce test consiste simplement à brosser du matériel pour la chromatographie avec une brosse en poil de chameau, à raison de 50 coups. Un élément chromatographique conventionnel à couche mince à pla que de verre montre une élimination complète du revêtement pour moins de 50 coups de brosse, et ordinairement après un ou deux coups, tandis que le matériel pour la chromatographie en couche mince tel que décrit plus haut ne montre pratiquement aucune perte de matière de la couche adsorbante après 50 coups.
Exemple I
On disperse soigneusement dans un mélangeur 160 g de gel de silice ( Anasil, Type S > , Analytical Enginee- ring Laboratories, Inc.), 245 ml de méthyl-isobutylcétone, 10 g de poly(vinyl-butyral) d'un poids moléculaire moyen de 50 000 et contenant de 9 à 13 % d'alcool polyvinylique ( Butvar B-76 ) et 3 ml d'une composition de résine comprenant 43,8 % d'urée, 41,2 % de formaldéhyde et 15 % d'alcool butylique ( Uformite F-240 ).
La dispersion est déposée en couche mince sur un film de téréphtalate de polyéthylène jusqu'à ce qu'elle se prenne en un revêtement cohérent et adhérent. Le produit résultant sépare les composants du mélange test standard de Desaga (colorants rouge, jaune et bleu).
Le mélange de colorants est fourni par Brinkmann Instruments, Inc., et contient 0,01 % en poids de 4-diméthylaminoazobenzène, d'indophénol et de Sudan Red
G dans un solvant benzénique. On obtient la séparation en utilisant du chloroforme comme solvant de développement. Le développement est complet en quatre minutes.
Exemple 2
On mélange soigneusement 130 g d'adsorbant polyamide nylon 11 pulvérisé (Brinkmann Instruments, Inc.), 260 ml de méthyl-isobutylcétone, 13 g de Butvar B-76 et 7 ml d' < (Uformite F-240 , et on recouvre avec ce mélange un film de téréphtalate de polyéthylène. Le revêtement adhère fortement au film et résiste à l'abrasion. Après durcissement, le film recouvert sépare le mélange test de colorants de Desaga après dix minutes de développement avec du méthanol.
Exemple 3
On mélange soigneusement 50 g d'adsorbant de cellulose non substituée normale ( Cellulose MN 300 ,
Brinkmann Instruments, Inc.), 10 g d'alcool polyvinylique ( Elvanol 70-05 , DuPont), et 300 ml d'eau, et on recouvre de ce mélange un film de téréphtalate de polyéthylène. Le revêtement est séché et un mélange de deux colorants (couleurs alimentaires rouge et bleue, R.T.
French Co.) est séparé avec du méthanol, le développement se faisant en quatre minutes.
Exemple 4
On mélange soigneusement 90 g de gel de silice ( Silica Gel H. Brinkmann Instruments, Inc.), 5 g d'alcool polyvinylique ( Elvanol 70-05 > > DuPont) et 235 ml d'eau, et on recouvre de ce mélange un film de téréphtalate de polyéthylène. Le revêtement est séché et un mélange test standard de Desaga est séparé en quatre minutes avec du chloroforme comme solvant de développement.
Exemple 5
On mélange soigneusement 57 g de gel de silice ( Silica Gel H. Brinkmann Instruments, Inc.), 11,4 g d'alcool polyvinylique ( Elvanol 70-05 , DuPont), 2,5 ml de n-butanol et 165 g d'eau distillée. On dépose le mélange sur un film de téréphtalate de polyéthylène. Le revêtement est séché et un mélange de colorants standard de Desaga est séparé en quatre minutes à l'aide de chloroforme comme solvant de développement.
Exemple 6
On mélange soigneusement 57 g de gel de silice ( Silica Gel H. Brinkmann Instruments, Inc.), 19 g d'alcool polyvinylique ( Elvanol 70-05 DuPont), 2,5 ml de n-butanol et 165 g d'eau, et on étend ce mélange sur un film de téréphtalate de polyéthylène. Le revêtement est séché et un mélange de colorants standard de
Desaga est séparé en quatre minutes à l'aide de chloroforme comme solvant de développement. La séparation après les quatre minutes de développement n'est pas aussi bonne que dans les exemples 4 et 5, mais des résultats semblables sont approchés après un développement plus long. La séparation est satisfaisante bien que non supérieure.
Exemple 7
On mélange soigneusement 100 g d'oxyde d'aluminium ( Alumina AG , Bio-Rad Laboratories), 5 g d'alcool polyvinylique et 110 g d'eau et on dépose ce mélange sur un support de téréphtalate de polyéthylène de la manière indiquée dans l'exemple 4. L'élément chromatographique résultant sépare le mélange test de colorants en quatre minutes en utilisant du toluène comme agent de développement.
Exemple 8
On mélange soigneusement 23 g de gel de silice, 0,75 g d'alcool polyvinylique et 29 g d'eau, et on recouvre de ce mélange un support de téréphtalate de polyéthylène, de la manière décrite dans l'exemple 4. L'élément résultant montre une activité chromatographique sensiblement égale à celle de l'élément de l'exemple 4, mais apparaît pulvérulent et adhère faiblement au support.
Pour démontrer les avantages obtenus avec le matériel selon l'invention, le matériel pour la chromatographique en couche mince décrit aux exemples 1 à 8 est brossé avec une brosse en poil de chameau, à raison de 50 coups, de la manière indiquée précédemment. Le matériel décrit aux exemples 1 à 7 ne montre aucun changement observable dans le revêtement. En revanche, le revêtement du matériel décrit à l'exemple 8 est notablement éliminé du support.
Exemple 9
On traite un support de téréphtalate de polyéthylène (0,12 mm d'épaisseur) avec une solution à 20 % d'acide trichloracétique dans de la méthyléthylcétone. On applique ensuite une mince couche d'alcool polyvinylique à partir d'une solution à 2 % dans un mélange en parties égales d'eau et d'éthanol, le taux de revêtement étant de 4 g de revêtement sec par mètre carré.
On mélange ensemble dans un broyeur 237,5 g de silice, 12.5 g d'alcool polyvinylique ( Rhodoviol HS 10 ), et 626 ml d'un mélange d'eau et d'éthanol dans la proportion de 6 à 3, et on revêt le support à raison d'environ 50 g de revêtement sec par mètre carré, après séchage à 400 C pendant six minutes. L'épaisseur de la couche est d'environ 80. Une couche similaire préparée avec du Rhodoviol BS-10 à la place du Rhodo viol HS-10) comme alcool polyvinylique montre une porosité accrue mais une moindre cohésion.
Les deux couches donnent de bonnes séparations chromatographiques quand elles sont essayées avec les mélanges de colorants indiqués ci-dessus.
Dans les mélanges tels que ceux utilisés dans cet exemple, la proportion d'alcool polyvinylique doit être inférieure à 30 % du poids total de l'alcool polyvinylique et de la silice.
Exemple 10
On mélange ensemble dans un broyeur 300 g de silice. 25 g d'éthylhydroxyéthylcellulose et 8 g de carboxyméthylcellulose (faible viscosité) avec 1500 ml d'un mélange d'eau et d'éthanol dans la proportion de 6 à 3, et on recouvre un support dans les mêmes conditions que celles décrites dans l'exemple 10. La couche de revêtement permet de bonnes séparations chromatographiques.
Exemple il
On mélange pendant une nuit dans un broyeur 80 g de silice (diamètre maximum des particules 0,147 mm), 80 g de silice coiloldale, 1200 ml d'une solution aqueuse à 2.5 % d'éthylhydroxyéthylcellulose, 400 ml d'une solution à 2, 5 toc de carboxyméthylcellulose (faible viscosité) et 200 ml d'éthanol. On ajoute alors 37,5 ml d'une solu tion aqueuse à 40 5 ; de glyoxal pour augmenter la résis- tance de la couche résultante aux solvants aqueux. La dispersion est alors étendue, à raison de 15 g/me sur un support de téréphtalate de polyéthylène préalablement traité avec une solution à 20 % d'acide trichloracétique dans la méthyléthylcétone.
On dépose de préférence deux couches successives de la dispersion pour donner un revêtement final d'environ 30 g/m2.
Le matériel obtenu est à couche très fine et modérément poreuse. mais donne des taches bien rassemblées.
Exemple 12
On mélange dans un broyeur 250 g de silice et 1000 ml d'une dispersion d'une pâte d'amidon formée de 22.5 g d'amidon dans 1000 mi d'eau, et on recouvre de cette dispersion un support de téréphtalate de polyéthylène (épaisseur 0.12 mm) préalablement traité avec un terpolymère d'acrylate de méthyle, de chlorure de vinylidène et d'acide itaconique. On dépose la dispersion à raison d'environ 50 g de revêtement sec par mètre carré après séchage pendant six minutes à 400 C environ.
Ce matériel donne une bonne séparation chromatographique.
Exemple 13
On mélange ensemble, comme indiqué dans l'exemple 1.75 g de poudre de cellulose, 250 ml de méthylisobutylcétone, 7,5 g de Butvar B-76 et 3 ml d' Uformite F-240 . Après dépôt comme décrit dans l'exemple 1, la couche de séparation chromatographique ainsi formée donne des résultats similaires à ceux indiqués dans l'exemple 1.
On peut utiliser d'autres liants que ceux indiqués dans les exemples 1, 2 et 13. pour obtenir des couches relativement insolubles dans les solvants organiques ordinairement employés, ces liants pouvant être par exemple l'alcool polyvinylique, le polyéthylène ou le polypropylène.
On peut encore employer comme mélange d'essai des éléments un mélange de rouge méthyle, de bleu bromophénol et de pourpre bromocrésol, en utilisant un solvant composé d'un mélange d'acétate d'éthyle, de méthanol, d'ammoniaque concentrée et d'eau dans les proportions de 60 : 30 : 5 : 5.
II résulte de ce qui précède que le matériel décrit présente une utilité inconnue jusqu'ici dans le domaine de la chromatographie. Les feuilles chromatographiques peuvent être préalablement revêtues pour former des standards exacts et reproductibles, même avec une production en masse. Ensuite. les feuilles peuvent être facilement emmagasinées ou transportées sans précautions spéciales ni danger d'endommagement. Quand on utilise ces feuilles chromatographiques, on peut retirer tout le bénéfice et tous les avantages des éléments à couche mince connus à plaque de verre et exempts de liant dans lesquels l'adsorbant est simplement déposé sur un support de verre sans liant, tout en évitant les sérieux désavantages de ces éléments connus.
Le matériel décrit sous forme de nouvelles feuilles à couche mince montre une activité chromatographique sensiblement égale à celle des éléments sans liant, sans cette pulvérisation fragile des éléments connus à plaque de verre qui empêche un prérevêtement efficace de ces plaques. Au lieu de préparer un mélange adsorbant, de déposer un revêtement à la main du mélange adsorbant sur une plaque de verre massive et de sécher cette plaque pour la rendre utilisable, il suffit pour l'usager de se procurer un matériel pour la chromatographie en couche mince prérevêtu tel que décrit plus haut et de procéder à la détermination ou séparation désirée.