Brevet FR2093980A1 — publié le 19720204

7i 19805 , La présente invention concerne un procédé d'isotachopho-rèse à contre-courant selon lequel on introduit un échantillon contenant des ions de même polarité qu'on veut séparer, dans une colonne placée entre deux électrodes, on introduit un élsctro-5 lyte de tête contenant des ions de même polarité mais de mobilité supérieure à cellules ions de la partie de la colonne qui se trouve entre l'échantillon et l'électrode vsrs laquelle migrent les ions en question lorsqu'on applique une tension entre les électrodes, on introduit un electrolyte de queue entre l*é-10 chantillon et l'autre électrode, contenant des ions de même polarité mais de mobilité inférieure k celle des ions de l'échantillon, et on fournit 1'électrolyte de tête à. la colonne sous une pression telle que cet électrolyte circule vers l'échantillon. L'isotachophorèse (du Grec iso = égal, et tacho = vi-15 tesse) est un procédé de séparation par électrophorèss décrit par exemple dans Anal. Chim. Àcta 38 (1967) 233-237, sous le de "Displacement lilectrophoresis". On effectue essentiellement 1'isotachophorèse en introduisant un échantillon contenant un certain nombre d'ions différents de même polarité dans un type 20 de colonne dans lequel l'échantillon se trouve entré deux élec-trolytes contenant des ions de même polarité que les ions de l'échantillon qu'on veut séparer, l'un des électrolytes contenant des ions dont la mobilité est supérieure à celle de l'échantillon, l'autre électrolyte contenant des ions de mobilité infé-25 rieure à celle de l'échantillon. L'électrolyte contenant des ions de mobilité la plus grande, appelé électrolyte de tête, est introduit dans la partie de la colonne associée à l'électrode vers laquelle migrent les ions de l'échantillon, et 1'électrolyte ayant les ions les moins mobiles, appelé électrolyte de queue,est intro-30 duit au niveau de l'autre électrode. Si on applique une tension aux électrodes, les ions migrent dans la colonne, les ions de l'échantillon se séparant en fonction de leur mobilité. On décrit en détail plus loin ce processus. L'avantage essentiel de 1'isotachophorèse par rapport à 35 11électrophorèse classique est qu'on peut séparer des quantités très faibles d'échantillon et obtenir des limites très brutales entre les zones séparées de l'échantillon, celles-ci ne s*étendant 2093980 71 19805 pas au cours de ïa séparation comme dans 1'électrophorèse classique. Un inconvénient réside cependant en ce qu'il faut utiliser une longue colonne pour travailler avec des concentration*» ioniques très faibles, et avec des ions ayant des différences de 5 mobilité très faibles, si bien qu'il faut des potentiels très élevés pour qu'il existe un champ suffisant dans la colonne. On peut cependant réduire considérablement la longueur de la colonne en utilisant un contre-courant d'électrolyte de tête, c'est-à-dire en pompant celui-ci dans le sens inverse de la migration dès 10 ions de l'échantillon. On consultera à ce propos l'article de Preetz-et Pfeifer, Anal. Chim. Acta 38 (1967) 255-260. Dans ce cas, on peut obtenir une séparation sans déplacer dans la colonne la limite entre 1'échantillon et 1*électrolyte de tête. En raccourcissant la colonne, on peut obtenir le champ nécessaire avec 15 des potentiels relativement faibles. Le problème réside cependant dans le choix du contre-courant et de l'intensité du no,",""i électrique dans la colonne de manière que l'une des zones obtenues après séparation de l'échantillon soit pratiquement immobile jusqu'à la fin de la séparation et jusqu'à l'obtention d'un état 20 d'équivalence. Pour résoudre ce problème, oh a jusqu'ici appliqué un procédé selon lequel on observe la limite entre l'électrolyte de tête et la première zone de l'échantillon et on règle le contre-courant, par exemple à l'aide d'un réservoir réglable en hauteur associé à la colonne contenant l'électrolyte de tête, dès que la 25 limite a tendance à se déplacer dans un sens ou dans l'autre. Ceci implique cependant qu'on doit toujours observer le dispositif pendant toute la séparation et il est de plus difficile de réaliser manuellement les corrections extrêmement petites nécessaires du contre-courant de manière à ne pas perturber la séparation. L'in-30 vention concerne donc un procédé d'isotachophorèse à contre-courant qui élimine ces inconvénients. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention res-sortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence au dessin annexé sur lequel : 35 Les figures la et 1b représentent schématiquement la sé paration des ions différents d'un échantillon ; et 71 19805 3 2093980 La figure 2 représente schématiquement un dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé de 11 invention. Les figures la et 1b représentent une colonne 1 dans laquelle se trouvent une anode 5 et une cathode 4.. On suppose que 5 l'échantillon à séparer est introduit dans la partie S de la colonne et que cet échantillon contient des sels de deux anions différents C et C~, C~ étant supposé avoir une mobilité supé-— + rieure à C^, et un cation commun R . La partie L de la colonne est remplie d'électrolyte de tête cité qui comprend des anions 10 A dont la mobilité est supérieure à tous les anions de l'échantillon et un cation R+ qui est avantageusement le même que celui de l'échantillon. La partie T de la colonne tournée vers la cathode est remplie d'électrolyte qui contient un anion B~ dont la mobilité est inférieure à celle de tous les anions de l'échan- 15 tillon, et un cation R+ qui est avantageusement le même que celui de tête de 1'électrolyte/.Lorsqu'on applique une tension continue entre les électrodes 4 et 5, les cations migrent vers la cathode 4 et les anions vers l'anode 5. Du fait des différences de mobilité des anions, on obtient un gradient de potentiel croissant par pa-20 lier^dans les zones L, S et T. Le gradient de potentiel dans la zone S provoque cependant la séparation des anions dans cette zone suivant leur mobilité, si bien que les ions qui ont la mobilité la plus élevée s'approchent de l'électrolyte de tête, et les ions C~ de mobilité inférieure s'approchent de la zone T. 25 Du moment qu'il passe un courant d'intensité pratiquement constante dans la colonne, les anions d'échantillon se séparent et, après la séparation, les différentes zones de la colonne migrent vers l'anode 5 avec une vitesse commune qui dépend de la mobilité des ions A- et R+, le gradient de potentiel augmentant par zones 30 depuis l'anode. Les zones ainsi réalisées sont très stables car un anion qui diffuse par exemple dans une zone se trouvant en amont avec un gradient de potentiel inférieur a une vitesse inférieure à celle qui le ramène dans sa zone d'origine. De la même façon, un anion qui diffuse vers une zone arrière du fait de 35 l'existence d'un gradient de potentiel dans cette zone revient dans sa zone d'origine. On obtient ainsi une très bonne autostabilisation des limites des zones. Pour détecter les différentes 71 19805 4 2093980 zones et leur longueur, on utilise avantageusement le gradient de potentiel qui augmente par paliers,Par exemple, on peut mesurer la température qui augmente par paliers de façon correspondante à la face externe de la colonne ou bien le potentiel en un 5 ou plusieurs points de la colonne. Il est aussi évidemment possible de mesurer avec l'électrode la conductivité des zones passant à un certain emplacement, et, dans la mesure où les substances séparées absorbent les rayons ultraviolets, on peut aussi utiliser de manière classique une mesute d'absorption des ultraviolets. 10 Comme on l'a vu précédemment, il existe cependant un inconvénient dans la séparation décrite ci-dessus, car il faut utiliser une colonne assez longue, surtout lorsque la différence est faible entre les mobilités des différents ions de l'échantillon, et pour obtenir le champ nécessaire, il faut appliquer une 15 tension très élevée entre les électrodes, ce qui pose des problèmes de construction et de sécurité. On peut cependant réduire considérablement la longueur de la colonne en pompant de façon continue l'électrolyte de tête dans la colonne au cours de la séparation. On peut choisir convenablement l'importance de ce contre-20 courant de manière que la limite entre les zones L et S reste pratiquement fixe. Jusqu'à présent, on effectuait manuellement cette commande du contre-courant pour obtenir cette fixation des zones, en général en observant la limite et, en fonction de son déplacement, en élevant ou abaissant le niveau de liquide dans un 25 réservoir contenant de l'électrolyte de tête. Ce mode opératoire présente cependant l'inconvénient de nécessiter l'observation permanente de l'échantillon, et un réglage brutal du niveau de liquide peut modifier l'importance du contre-courant de manière à perturber sérieusement la séparation. L'invention concerne donc 30 un procédé de réglage du contre-courant de manière qu'une certaine limite entre les zones occupe une position fixe. On va maintenant décrire plus précisément l'invention en se référant à la figure 2 qui représente schématiquement un dispositif destiné à mettre en oeuvre le procédé de l'invention. 35 Sur la figure 2, la référence 1 désigne une colonne placée entre une chambre 3 d'anode et une chambre 2 de cathode. Une anode 5 et une cathode 4 se trouvent dans les chambres d'électrode et 5 ' ' 2093980 71 19805 sont associées à une source 6 de courant. La colonne comprend de plus un robinet 7 à plusieurs voies destiné à associer la colonne avec soit la chambre 2 soit un dispositif 8 d'injection d'échantillon. Grâce à ce dispositif, on peut introduire l'échan-5 tillon dans un capillaire placé entre l'électrolyte de queue introduit dans la chambre 2 et l'électrolyte de tête introduit dans la chambre 3, et en plus dans la partie de la colonne qui se trouve entre le robinet et cette chambre. La partie de la colonne qui se trouve du côté de l'anode comprend aussi avan-10 tageusement un robinet 10 permettant d'introduire ou de retirer de l'électrolyte de tête. De plus, il existe un diaphragme 20 entre la colonno^t la chambre 5, de manière à permettre le balayage de la colonne avec du liquide sans modifier l'état de la chambre. Avec les polarités d'électrodes 4 et 5 de la figure, on 15 suppose que les anions de l'échantillon sont soumis à la séparation. Si d'autre part l'échantillon contient des cations différents, on choisit une polarité inverse au niveau des électrodes. Le dispositif comprend de plus un ensemble destiné à modifier le contre-courant/^!'électrolyte de tête. Cet ensemble comprend 20 un réservoir 11 dans lequel peut se déplacer un flotteur 13 permettant de faire varier le niveau du liquide dans le réservoir, donc la pression du contre-courant. Une aiguille 14 supporte le flotteur et est associée à un électroaimant 15, si bien qu'en modifiant l'intensité du courant passant dans 1'électroaimant, 25 on peut élever ou abaisser le flotteur dans le réservoir. On réalise la commande de l'intensité du courant qui passe dans 1'électroaimant par un dispositif de détection 17 associé à la colonne. L'organe de détection peut être un thermocouple, mais il peut s'agir aussi de tout autre élément détecteur cité à pro-30 pos de la figure 1. On relie le thermocouple à un amplificateur 18 dont la sortie est reliée à un dispositif 19 de commande. Ce dernier est lui-même relié à 1'électroaimant 15. Le signal du thermocouple doit alors commander le contre-courant de manière qu'une limite de zone, avantageusement la limite entre l'élec-35 trolyte de tête et la première zone de l'échantillon, reste pratiquement fixe au niveau du thermocouple. Comme on l'a envisagé précédemment, on peut obtenir le signal correspondant à une élé 71 19805 6 2093980 vation de. la température à la frontière qui provoque une élévation de température de la surface externe de la colonne. Ainsi, le dispositif 19 doit donner principalement un signal de sortie qui maintient le flotteur 13 en position fixe lorsque le 5 signal du thermocouple correspond à une température qui est la valeur moyenne entre la température de l'électrolyte de tête et celle de l'échantillon dans la première zone. Un signal correspondant à une température plus faible va provoquer une . tion légère du contre-courant par élévation du flotteur 13, . 10 un signal qui correspond à une température élevée doit provoquer une légère augmentation du contre-courant, c'est-à-dire un abaissement du flotteur 13. A cet égard, il faut noter que la cce du contre-courant par un flotteur réglable verticalement n'est évidemment qu'un exemple de dispositif destiné à faire varier is 15 contre-courant. Un grand avantage du dispositif représenté de réglage du. contre-courant est cependant qu'on peut obtenir très petites modifications,du contre-courant, sans oscillation, sans perturber de façon très importante la séparation dans la colonne. Cependant, on peut utiliser de façon générale tout dis-20 positif créant une surpression.Comme le montre le dessin, le dispositif 19 est aussi associé à une source 6 de courant, et le rôle de cette connexion est de maintenir fixe une certaine limite de zone en faisant varier le courant électrique dans la colonne en fonction du courant fourni par le thermocouple. Evidemment, 25 il est aussi possible de fixer la limite de zone en modifiant à la fois le contre-courant et le courant électrique. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs 30 sans pour autant sortir du cadre de l'invention, qui est défini dans les revendications annexées. BAD ORIGINAL 71 1930^ REVENDICATIONS 20939S0 1. Procédé d1isotachophorèse à contre-courant, du type dans lequel on introduit un échantillon contenant des ions de même polarité à séparer, dans une colonne placée entre deux 5 électrodes on introduit un électrolyte de tête contenant des ions de ladite polarité et de mobilité supérieure à celle des ions de l'échantillon dans la partie de la colonne placée entre l'échantillon et l'électrode vers laquelle migrent les ions lorsqu'on applique une tension entre les électrodes, on intro-10 duit un électrolyte de queue contenant des ions de ladite polarité mais de mobilité inférieure à celle des ions de l'échantillon entre celui-ci et l'autre électrode, et on fournit Hélectro-lyte de tête à la colonne sous une pression telle que l'électrolyte circule vers l'échantillon, ledit procédé étant caractérisé 15 en ce qu'on représente la limite entre des zones contenant des ions de mobilité différente par un signal fourni par un dispositif indicateur associé à la colonne et on commande à l'aide du signal fourni par le dispositif indicateur la pression de l'électrolyte de tête et/ou la tension appliquée aux électrodes 20 de manière que la limite de zone se déplace à une vitesse voulue. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un signal qui indique que la mobilité des ions à la limite augmente,provoque une diminution de la pression citée et qu'un signal indiquant que la mobilité des ions à la limite diminue, 25 provoque une augmentation de ladite pression. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un signal indiquant que la mobilité des ions à la limite augmente, provoque une augmentation de la tension citée et qu'un signal indiquant que la mobilité des ions diminue à la limite,pro- 30 voque une diminution de cette tension. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on maintient la limite en position fixe par rapport au dispositif indicateur.