4 juin 2025
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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 CI, une augmentation de la concentration de l'éluant conduit souvent à des temps de rétention plus courts et à une séparation plus rapide. Toutefois, 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 de l'éluant (concentrations plus élevées de l'éluant) par rapport au pic d'analyte surchargé peut conduire à une queue de pic (figure 3), tandis que la rétention plus forte de l'ion de l'éluant (concentrations plus faibles de l'éluant) peut conduire à un fronting du pic (Figure 4).
Prenons l'exemple du pic de chlorure dans l'eau de mer. En ce qui concerne le front du pic, le pic de chlorure de surcharge se déplace plus tôt vers les acides organiques et les traces d'oxohalogénures avant le chlorure. Dans le cas d'un pic de queue, le pic de chlorure de surcharge se déplace plus tard vers le nitrite et le bromure. [6].
![Effet sur la forme des pics (fronting ou tailing) des pics de bromure de surcharge (0,1, 1, 10, 100, 300 et 500 mmol/L de bromure) avec différentes concentrations d'éluants d'hydroxyde de sodium. Figure adaptée de Wahab et al [6].](https://metrohm.scene7.com/is/image/metrohm/Eluent-blog-post-Fig-3-Peak-Shape-Hydroxide?qlt=85&wid=800&ts=1766134631786&$xh-544$&dpr=off "Effet sur la forme des pics (fronting ou tailing) des pics de bromure de surcharge (0,1, 1, 10, 100, 300 et 500 mmol/L de bromure) avec différentes concentrations d'éluants d'hydroxyde de sodium. Figure adaptée de Wahab et al [6].")
![Effet sur la forme des pics (fronting ou tailing) des pics de bromure de surcharge (0,1, 1, 10, 100, 300 et 500 mmol/L de bromure) avec différentes concentrations d'éluants carbonate/hydrogénocarbonate. Figure adaptée de Wahab et al [6].](https://metrohm.scene7.com/is/image/metrohm/Eluent-blog-post-Fig-4-Peak-Shape-Carbonate?qlt=85&wid=800&ts=1766134683885&$xh-544$&dpr=off "Effet sur la forme des pics (fronting ou tailing) des pics de bromure de surcharge (0,1, 1, 10, 100, 300 et 500 mmol/L de bromure) avec différentes concentrations d'éluants carbonate/hydrogénocarbonate. Figure adaptée de Wahab et al [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 peut stabiliser les conditions de température et garantir des mesures stables.
Lors de l'utilisation d'éluants carbonatés à des températures plus élevées, un effet de forme en V se produit où les anions monovalents s'éluent plus tôt et les anions multivalents plus tard (Figure 6). Pour les éluants d'hydroxyde, cet effet est connu sous le nom d'effet de forme en V incliné de l'hydroxyde (Figure 7) parce que tous les ions éluent plus tard, en particulier les anions multivalents.
![Effet en V de la température sur le temps de rétention des anions communs (1. fluorure, 2. chlorure, 3. nitrite, 4. bromure, 5. nitrate, 6. phosphate, et 7. sulfate) avec la colonne Metrosep A Supp 19 - 150/4.0 en utilisant l'éluant standard carbonate [10].](https://metrohm.scene7.com/is/image/metrohm/Eluent blog post - Fig 6 - V-shape effect?qlt=85&wid=800&ts=1766136923604&dpr=off "Effet en V de la température sur le temps de rétention des anions communs (1. fluorure, 2. chlorure, 3. nitrite, 4. bromure, 5. nitrate, 6. phosphate, et 7. sulfate) avec la colonne Metrosep A Supp 19 - 150/4.0 en utilisant l'éluant standard carbonate [10].")
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.
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 à analyser jouant le rôle d'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 des scénarios idéaux, les temps de rétention des autres cations ne seront que légèrement modifiés.
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.
18-Couronne-6-étherDes 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.
![Chromatogrammes superposés avec des cations communs (lithium, sodium, ammonium, potassium, calcium et magnésium) montrant l'effet de l'ajout de 18-crown-6-éther (en orange) à l'éluant [3,11].](https://metrohm.scene7.com/is/image/metrohm/Eluent blog post - Fig 9 - 18-crown-6 ether with common anions?qlt=85&wid=800&ts=1766139570221&dpr=off "Chromatogrammes superposés avec des cations communs (lithium, sodium, ammonium, potassium, calcium et magnésium) montrant l'effet de l'ajout de 18-crown-6-éther (en orange) à l'éluant [3,11].")
| 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.
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.
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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