Brevet FR2239269A1 — publié le 19750228

La présente invention concerne des matières d'adsorp- tion pour chromatographie et leur procédé de- mise en oeuvre. La chromatographie est très utilisée pour la séparation des mélanges. Dans le cas de petites quantités de substances,suivant la complexité du mélange et les quantités des divers constituants, on peut utiliser avantageusement la chromatographie sur couche mince, la chromatographie en couche épaisse ou la chromatographie sur colonne. Ces méthodes cependant présentent des inconvénients. Lorsqu'un mélange a des constituants en faible quantité, la concentration peut sistre trop faible pour pouvoir être discernee. Dans le cas de la chromatographie sur couche mince, si on essaie d'accroître la concentration du mélange sur la plaque, les constituants principaux ont tendance à surcharger le chromatrogramme.Il apparat donc des queues derrière les constituants principaux enrichis et ces queues cachent ies constituants peu concentrés. En réalité, l'utilisation de très faibles quantités de matière est limitée et en conséquence les constituants à de faibles concentrations ne peuvent pas & re séparés. Dans.le cas de la chromatographie sur colonne, on peut utiliser des quantités de matière relativement importantes, si bien que cet inconvénient est éliminé, mais l'absorbant doit avoir une dimension particulaire relativement grosse de manière que le débit maintenu soit raisonnable. En conséquence, la résolution de la chromatographie sur colonne est toujours inférieure à celle de la chromatographie sur couche mince. Pour améliorer la résolution de la chromatographie sur couche mince, on a dirigé les efforts vers l'augmentation de l'activité de-ltadsorbant, la modification de la nature des solvants et la modification d'autres caractéristiques physiques du système. On peut consulter à cet effet Stahl, "Thin Layer Chromatography", Springer-Verlag, New-York, 1969, "Thin Layer Chromatography", Tech. Bull., n 22, Brinkmann Instruments, Inc., New-York, 1962 et Janchen, "Thin Layer Chromatography, Cumulative Bibliography I", 1965-1967, et "Cumulative Bibliography Il", 1967-1969, Camag, Muttenz, Suisse. D'autres procédés de séparation présentent aussi les avantages d'une résolution accrue. Ils comprennent la chroma tographie avec échange d'ions, la chromatographie gaz-liquie, l'ùtilisation de tamis moléculaires, etc. Tous ces systèmes reposent sur une interaction surface-fluide, la surface devant être maximale de préférence, les autres' paramètres ne variant pas par ailleurs. L'importance de l'amélioration de la résolution de la chromatographie est une -meilleure certitude sur ia résolution du mélange en tous ses sonstituants 'intéressants, I'ob- tention de petites quantités d'échantillons très purs et enfin l'obtention de tels résultats à petite et à grande échelle. L'invention concerne des adsorbants destinés à la chromatographie solide-liquide, ayant une granulométrie bien précise et ayant un rapport pondéral élevé de grosses particules aux petites. Plus précisément, l'invention met en oeuvre un mélange d'adsorbants chromatographiques solides qui comprennent 70 à 90 % en poids, de préférence 80 à 90 en poids de particules de grosse dimension et 30 à 10 %. de-préférence 20 à 10 % environ en poids de petites particules. En moyenne, le diamètre des petites particules est compris entre environ 10 et 20 O/o du diamètre des grosses particules, de préférence entre environ 12 et 18 % de ce diamètre. Au cours d'une chromatographie sur colonne-, on utilise des particules grossières supplémentaires en plus des particules grossières des adsorbants à particules de deux dimensions. Dans de tels adsorbants à particules de trois dimensions, le rapport à la fois des pourcentages pondéraux et des diamètres des ad- sorbants supplémentaires grossiers et des' adsorbants de dimension moyenne sont très analogues à ceux des adsorbants à deux dimensions particulaires. De manière analogue, les adsorbants à plusieurs dimensions particulaires peuvent etre~réalises en vue d'une séparation chromatographique à l'échelle industrielle. Lors de la réalisation de colonnes ayant au moins trois adsorbants, chaque adsorbant satisfa-it à des relations analogues avec les adsorbants de dimension particulaire plus grande et plus petite, comme dans le cas des adsorbants à deux dimensions particulaires : le diamètre des particules plus petites correspond à 10 à 20 % des particules de dimension juste supérieure, et constitue 15 à 50 % en poids du poids des particules de dimension ouste supérieure. En conséquence, le mélange a habituellement des particulespetites, moyennes et grosses, les petites particules constituant 2 à 10 parties pour 100 parties des particules des deux dimensions plus grosses. En pratique, lors du tamisage et du classement des particules par dimensions, celles-ci sont habituellement présentes suivant une répartition correspondant à une plage relativement étroite de dimensions. En conséquence, dans le mode de réalisation le plus simple de l'invention, on combine un adsorbant chromatographique grossier à un adsorbant chromatographique fin, les deux adsorbants ayant les caractéristiques suivantes. Pour les particules fines,50% au moins et de préférence 75 0A au moins en poids des particules ont un diamètre différant- de moins de 50 %, en plus ou en moins, du diamètre des particules correspondant à la moyenne pondérale du mélange fin. Dans ie cas des partircules grossières, la plupart des particules et de préférence 90 % en poids de celles-ci ont un diamètre différant de moins de 15 %,en plus ou en moins, du diamètre des particules correspondant à la moyenne pondérale du mélange de particules grossières. Ainsi, si les particules correspondant à la moyenne pondérale ont un diamètre de 100 microns2 la totalité en pratique des particules du mélange a une dimension comprise entre 90 et 110 microns. Les particules grossières et fines -sont mélangées mécaniquement sous forme d'un mélange pratiquement homogène, suivant les rapports pondéraux indiqués. Bien que l'invention ne- soit nullement limitée par une théorie quelconque, on pense que la résolution élevée assurée par l'invention est due au cas physique suivant. La séparation chromatographique dépend à la fois de la' surface et des cavités.~~ La configuration des particules est telle que, lors du garnissage drune colonne, en l'absence de très petites particules, il existe une quantité notable d'espace libre entre les particules. La possibilité de séparation d'un mélange en ses constituants dépend de la surface de l'adsorbant, de manière que le nombre d'adsorptions et de désorptions d'un constituant à la surface de la matière de sorption soit maximal. Cependant, si les par ticules sont tassées au point que la surface de la matière est maximale, mais supprime les cavités, le- solvant ne peut pas pénétrer de façon notable jusqu'à la surface, ét le passage du solvant le long du chromatographe est soit très lent soit nul.L'utilisation d'un mélange de particules fines et grossières assure des valeurs optimales de la surface spécifique et des cavités, de manière que le solvant ne puisse pas s'écouler de façon continue le long du chromatogramme, la surface spé cifique ayant cependant un rendement optimal. L'utilisation de la granulométrie selon l'invention est avantageuse pour toute séparation d'un mélange reposant sur l'interaction d'un fluide (gazeux ou liquide) et d'une surface solide, l'interaction étant différentielle entre les divers éléments du fluide et la surface. L'interaction peut être une adsorption, une dissolution, une interaction dipolaire ou ionique ou une interaction reposant sur la dimension des cavités. Selon 1 l'ånvention,~les adsorbants courants peuvent etre utilisés, notamment l'alumine, le gel de silice, lé kieselguhr, le graphite, le charbon activé, le polyamide, etc., ces adsorbants étant utilisés-normalement en chromatographie liquide-liquide et solide-liquide. De plus, on peut utiliser des supports courants revêtus d'une phase stable, comme dans le cas de la chromatographie en phase gazeuse, ou des résines échangeuses d'ions ou des tamis moléculaires.Par exemple, dans le cas de la chromatographie en couche épaisse, la plaque de chromatographie peut être préparée de manière connue dans la technique, par- exemple par une technique par verse et tapotement, ou'à l'aide d'un dispositif d'étalement ; cependant, l'épaisseur de la couche formée à l'aide' de cet adsorbant modifié peut entre accrue jusqu'à quelques millimètres, sans formation de craquelures. Le chromatogramme épais et agrandi a habituellement une épaisseur comprise entre environ 0,5 et 4 mm. Lors de la chromatographie sur colonne, l'invention permet l'utilisation d'un adsorbant ayant un diamètre inférieur à celui des adsorbants utilisés jusqu'à présent.Comme l'adsorbant fin qui donne une résolution élevée est regroupé par les adsorbants grossiers, les problèmes posés par un tassement irrégulier, la formation de fissures après séchage de la colonne, par les faibles débits lors de l'utilisation d'un adsorbant fin, etc., sont très améliorés. De manière analogue, des garnitures relativement fines de support peuvent titre utïlisées en chromatographie en phase gazeuse pour la réalisation dtune colonne ayant une résolution accrue et de remplissage facile. On prépare un certain nombre de compositions diffétentes d'adsorbants à l'aide de gel de silice du commerce. Pour la formation des adsorbants fins, on utilise une méthode de sédimentation pour la séparation du gel de silice lavé et non acide destiné à la chromatographie sur couche mince, en quelques fractions. La granulométrie de chaque fraction est déterminée par diffusion de la lumière dans un photomètre, à l'aide de la loi de Stokes qui permet le calcul du diamètre des particules. Dans le cas des'adsorbants grossiers, on lave du gel de silice du commerce destiné à la chromatographie sur colonne avec du chloroforme et on utilise des tamis standardisés. La matière retenue sur chaque tamis est séchée et secouée pendant une heure. Le tableau qui suit indique les divers mélanges adsorbants de diverses qualités. XC désigne un adsorbant très grossier, C un adsorbant grossier, M un adsorbant moyen, F un adsorbant fin et XF un adsorbant très fin. Les chiffres 2, 3 et 4 désignent des compositions utiles pour la chromatograhie sur couche épaisse, pour la chromatographie sur colonne et pour la chromatographie à échelle industrielle respectivement. Dans le tableau qui suisti les numéros suiv; le mot "tamis désignent le numéro de référence des tamis de la série normalisée des Etats-Unis d'Amérique (ASTM), les chiffre s entre parenthèses désignant la dimension des orifices des tamis, en microns. DIMENSION PARTICULAIRE DES CONSTITUANTS Catégorie Dimension nominale* Rapport en poids Méthode XC-2 XC-3 XC-4 très 29 # 20 % 15 % 4 % Sédimentation grossier 230 + 10 % 85 % 14 % Tamis 70/60 (210-250) 1840 # 10 % 82 % Tamis 12/10 (1680-2000) C-2 C-3 C-4 grossier 20 # + 20 % 15 % 4 % 2 % Sédimentation 163 # 10 % 85 % 14 % 4 % Tamis 100/80 (149-177) 1300 ± 10 % 82 % 13 % Tamis 16/14 (1190-1410) 10,3 mm # 10% 81 % Tamis 7/16"-3/8" (9510-11200) M-2 M-3 M-4 moyen 15 # 20 % 15 % 4 % 2 % Sédimentation 115 # 10 % 85 % 14 % 4 % Tamis 140/120 (105-125) 920 # 10 % 82 % 13 % Tamis 20/18 (841-1000) 7175 # 10 % 81 % Tamis 5/16"-1/4" (635-800) F-2 F-3 F-4 fin 10 # # 25 % 15 % 4 % 2 % Sédimentation 10 % 85 % 14% 4 % Tamis 200/170 (74-88) 650 ..+ # 10 % 82 % 13 % Tamis 30/25 (595-707) 5210 # 10 % 81 % Tamis 4/3,5 (90500-101600) XF-2 XF-3 XF-4 très fin 7 # 30 % 15 % 4 % 2 % Sédimentation 58 # 10 % 85 % 14 % 4 % Tamis 270/230 (53-63) 460 P -+ 10 % 82 % 13 % Tamis 40/35 (420-500) 3680 # 10 % 81 % Tamis 6/5 (128000-152200) Remarque : = micron Pour démontrer l'amélioration de la résolution assurée par l'adsorbant de l'invention, on utilise les diverses catégories suivantes de gel-de silice pour séparer divers types de mélanges organiques, ayant des poids moléculaires compris dans des plages différentes. On agite doucement 25 g de l'adsorbant choisi (voir tableau) avec 55 à 65 cm3 d'eau contenant 4 cm3 de méthanol. La quantité d'eau varie avec la teneur en humidité du gel de silice ; la quantité particuliére d'eau à utiliser est facilement déterminée, de manière que l'adsorbant-ait la meilleure consistance possible sans que la plaque ne se fissure. La suspension est soigneusement mélangée de manière qu'elle forme une dispersion relativement uniforme dépourvue de bulles d'air et on la verse sur une plaque de verre de 20 x 20 cm, par verse et tapotement.On sèche alors la plaque en la chauffant à 115 + 3 C pendant une heure et on la refroidit dans un dessicateur. On prépare des plaques suivant le procédé- décrit, en vue des expériences qui suivent. On obtient un mélange d'huiles essentielles de faible poids moléculaire et de sesquiterpenoides à. partir d'un extrait à l'éther de pétrole de Acorus calamus. Qn sépare préalablement l'extrait d'une part en quatre taches en utilisant la chromatographie ordinaire sur-couche mince avec un gel de silice du commerce, et en 5 pics principaux-par chromatographie en phases gazeuse, avec-des pourcentages différents de phases fixes polaire et non polaire à des températures différentes, avec et sans programmation.Lorsqu'pn place le mélange sur une plaque de chromatographie de 1,7 mm d'épaisseur, préparée avec 25 g de gel de silice de la plage de dimensions particulaires faibles, de la catégorie F-2, et lorsqu'on développe deux fois avec un mélange 12/12/1 de-pentane/benzène/éther, on obtient 15 zones différentes en utilisant le même système solvant que dans la chromatographie ordinaire sur couche mince qui donne 4 taches. Dans le second cas, on obtie'nt un mélange dtalcalof des de poids moléculaire moyen à partir d'un extrait au chloro- forme de la racine de Coptis chinensis, extrait préalablement à ltéther de pétrole de manière que les constituants solubles dans l'huile soient retirés. De nombreux articles indiquent que 3 à 7 alcaloIdes peuvent être isolés par chromatographie en couche mince et par d'autres procédés. Les essais réalisés pour la répétition de ce travail par chromatographie ordinaire sur couche mince, selon technique antérieure, donnent aussi aussi 7 taches.Lors dal!utilisation de ltadsorbant modifié F-2 à base de gel de silice, sur une plaque de chromatographie de 1,7 mm, le développement par un système solvant contenant du chloroforme, du méthanol et de l'alcool amylique dans des rapports 8/2/1 donne 52 zones différentes, comptées à l'oeil à la lumière ultraviolette à 366 et 254 microns. Dans la troisième expérience, on utilise le gel de silice B-3 pour garnir les colonries de chromatographie. Le système solvant optimal pour chaque mélangesparticulier est d'abord déterminé par chromatographie sur couche mince, puis utilisé dans la colonne, avec des quantités croissant progressivement d'un solvant polaire. Les fractions éluées à partir de la colonne sont concentrées et vérifiées sur un chromatogramme sur couche mince. Avec les divers types de mélanges organiques, la séparation réalisée par les colonnes avec l'ad- sorbant selon l'invention est très semblable à celle qu'assure le chromatogramme sur couche mince. Le débit de la colonne est amélioré de façon raisonnable. L'invention présente un certain nombre d'avantages. Pour un chromatogramme dtune dimension donnée, on obtient une résolution améliorée. La chromatographie sur colonne peut gtre directement reliée au résultat obtenu par chromatographie sur couche -mince, si bien que les paramètres correspondant à une séparation particulière peuvent être d'abord déterminés avec un très faible échantilion, sur un chromatogramme sur couche mince. Ces paramètres sont alors appliqués directement aux séparations d'un échantillon relativement important, sur une colonne. La préparation des chromatogrammes est facile et le débit est accru, En conséquence, l'utilisation du mélange -adsorbant de l'invention accroît le rendement de préparation du chromatogramme, son utilisation et finalement améliore les résultats obtenus à partir du chromatogramme. REVENDICATIONS 1. Mélange de particules de granulométrie assurant une résolution élevée, caractérisé en ce qu'il comprend 70 à 90 parties de particules grossières dont 90 % en poids au moins ont un diamètre qui ne diffère pas de plus de 10 % du diamètre moyen et 10 à 30 parties de particules fines dont le diamètre moyen est compris entre 10 et 2p % du diamètre moyen des particules grossières, 50 % en poids au moins des particules fines ayant un diamètre qui ne diffère pas de plus de 50 % du diamètre moyen des particules fines. 2. Mélange selon la revendication 1, caractérisé en ce que les particules sont en gel de silice adsorbant. 3. Mélange selon la revendication 1, caractérisé en ce que les particules sont en alumine adsorbante. 4. Mélange selon l'une des revendications 2 et 3 caractrissé en ce qu'il contient 80 à 90 parties de particules grossières et 20 à 10 parties de particules fines, le diamètre moyen des particules fines correspondant à 12 à 18 % de celui des particules grossières. 5. Mélange selon la revendication 1, caractérisé en ce qutil comprend plus de 2 dimensions différentes de particules, la relation entre chaque type de particules et les particules de dimension juste supérieure étant la meme que la relation entre lesdites particules fines et lesdites particules grossières. 6. Mélange selon la revendication 1, caractérisé en ce que les particules sont des tamis moléculaires, un garnissage de supportXde chqromatographie en phase gazeuse ou une résine échangeuse disions. 7. Procédé de séparation d'un mélange de matières, par introduction du mélange à l'étant fluide dans une zone de résolution comprenant un garnissage de particules de dimensions variables, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend l'utilisation de particules dont la granulométrie est telle que 70 à 90 parties sont formées de particules grossières dont 90 % en poids au moins ont un diamètre différent de moins de 10 % du diamètre moyen, et 30 à 10 parties de particules fines dont le diamètre moyen est compris entre 10 et 20 % du diamètre des particules grossières et dont 50 % en poids au moins ont un diamètre qui ne diffère pas de plus de 50 56 du diamètre moyen. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que les particules comprennent des particules grossières supplémentaires, la relation entre les particules d'une dimension et celle de la dimension juste inférieure étant pratiquement les mimes que la relation entre les particules moyennes et les particules fines 9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que les particules sont un gel de silice,une alumine, des tamis moléculaires, des supports de chromatographie en phase gazeuse ou des résines échangeuses d'ions. 10. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la zone de résolution est destinée à une chromatographie sur couche épaisse, à une chromatographie sur colonne ou à une chromatographie en phase gazeuse, 11. Procédé de préparation d'une zone chromatographique, caractérisé en ce qu'il comprend la combinaison sous forme d'une dispersion uniforme de 70 à 90 parties d'un garnissage de chromatographie dont 75 % au moins ont un diamètre qui ne diffère pas de plus de 10 56 du diamètre moyen et 30 à 10 parties de particules dont le diamètre moyen est compris entre 10 et 20 56 du diamètre des premières particules, 75 96 en poids au moins des particules les plus petites ayant un diamètre ne différant pas de plus de 50 56 du diamètre moyen, le procédé comprenant de plus la répartition des particules dans une zone de chromatographie de manière que celle-ci assure une résolution élevée.