Brevet FR2483248A1 — publié le 19811204

APPAREIL DE CHROMATOGRAPHIE LINEAIRE SUR COUCHE EN SURPRESSION. La présente invention concerne un appareil de chromatographie linéaire sur couche en surpression, comportant une plaque de base portant la couche de sorption. A l'aide de cet appareil, il est possible d'effectuer une chromatogra- phie sur une couche de sorption isolée et mise en pression à l'aide d'une plaque élastique, pneumatiquement, hydrauliquement ou d'une autre manière, en opérant à une température réglable, sur une longueur et une largeur quelconques, dans une ou deux directions, en voie sèche ou en voie humide, en opérant avec cons- tance ou avec gradient, dans une ou dans deux dimensions et, également, suivant la technique dite de débordement. La chromatographie sur couche en surpression constitue une technique de chromatographie en phase liquide faisant intervenir les surfaces planes et isolées. La couche de sorption est complètement isolée à l'aide d'une plaque mise en pression de l'extérieur et, entre les particules du sorbant, le solvant est maintenu dans une condition d'écoulement forcé à l'aide d'un dispositif de dosage approprié (brevet hongrois n0 173 749). Cette forme très nouvelle de chromatographie en phase liquide sur des surfaces présente, par comparaison à la chromatographie sur couche classique plusieurs avantages: le temps de passe est plus court, la dissolution est meilleure et il faut moins de solvant; en outre, le développement effectué avec des mélanges de solvants visqueux peut être accéléré, le processus peut être suivi visuellement, il est possible d'utiliser des réactifs agressifs, etc. Egalement, la chromatographie en couche en surpression permet d'obtenir tous les avantages de la chromatographie sur colonne sous haute pression. Pour la chromatographie sur couche et en surpression, on ne connais- sait jusqu'à maintenant que la chambre circulaire en surpression {décrite par exemple dans l'article de E. Tyihak, E. Mincsovics et H. Halasz: J. Chromatogr. 174, 75 (1979)}. Sur la plaque inférieure de l'appareil, formée de plexiglas, on place la couche de sorption, qui est disponible dans le commerce ou bien qui est déposée par enduction et qui a des dimensions maximales de 200x200 mm. 24à3^48 Sur cette couche, on place la plaque de revêtement en plexiglas et on dispose les composants suivants: un manomètre; * un dispositif de dosage d'échantillon mis en pression; un orifice d'introduction de gaz; une bague torique pour maintenir en place la feuille de matière plastique; une membrane en matière plastique; un orifice d'introduction du solvant, muni de conduits métalli- ques élastiques spirales. La plaque de revêtement est fixée en correspondance et le rembourrage est par exemple gonflé par injection d'azote. Dans toutes les variantes connues de la chromatographie sur couche, une caractéristique consiste en ce que la distance parcourue par le solvant (z en cm) et le temps nécessaire à cet effet (t en s) sont liés entre eux par une équation du deuxième degré: z2 t= k, k désignant la constante de vitesse. Cela s'applique aussi bien à la variante à disques circulaires et à la variante linéaire correspondant à ce qu'on appelle la technique HPTLC {R. E. Kaiser: "EinfUhrung in die Hochleistungs-DUnnschicht-Chromatographie", Institute for Chromatography, Bad DUrkheim, 19761 qu'à l'appareil à disques circulaires utilisé en chromatographie sur couche en surpression {Tyihak et al.: J. Chromatogr. 174, 75 (1979)1; dans le dernier cas, on ne peut maintenir, le long du rayon du cercle, une vitesse constante du solvant déjà pour des raisons de principe. Dans la variante linéaire de chromatographie sur couche en surpression, on ne peut obtenir la condition d'un bon chromatogramme sur couche, c'està-dire vitesse constante d'écoulement du solvant ou bien un front linéaire du solvant, qu'en utilisant des couches isolées sur les bords et qu'en introduisant le sol- vant à l'aide d'un fil ou d'une plaquette, placé avant la zone d'entrée du sol- vant, ou bien à l'aide d'une rainure ménagée dans la couche de sorption (demande de brevet hongroise du 6 décembre 1979, déposant: Chinoin Rt.). En ce qui concerne la chromatographie linéaire sur couche en surpres- sion, il existe entre la distance parcourue par le solvant (z en cm) et le temps nécessaire à cet effet (t en s) une relation linéaire: z k tf o k désigne la constante de vitesse, c'est-à-dire que la chromatographie en couche en surpression permet d'obtenir des conditions identiques à la chroma- tographie sur colonne, ce qui signifie qu'on a affaire à une technique chroma- tographique qualitativement nouvelle. Parmi les deux variantes possibles de la chromatographie sur couche en surpression, à savoir la chromatographie circu- laire et la chromatographie linéaire, la mise au point du dernier procédé est la plus intéressante car il faut s'attendre à un progrès technique dans le sens d'une séparation plus efficace. Pour la chromatographie linéaire sur couche en surpression, il est nécessaire d'utiliser des plaques de sorption spéciales (conformément au brevet indiqué ci-dessus), ainsi qu'un appareil spécial (une chambre). L'appareil conforme au brevet hongrois nO 173 749 ne convient, comme cela a été précisé dans le document {Tyihak et al.: J. Chromatogr. 191, 293 (1980)), que pour une chromatographie sur des distances relativement courtes, bien qu'il apparaisse en premier lieu que la vitesse d'écoulement du solvant reste également constante pour des distances plus grandes. Cependant, du fait que, comme cela est généralement connu, le nombre de plateaux théorique, ou - bien le coefficient de séparation introduit par Kaiser (rédacteur en chef) dans le livre "EinfUhrung in die Hochleistungs-DUnnschicht-Chromatographie" {Institute for Chromatography, Bad DUrkheim, (1976)} augmente proportionnelle- nient à la distance parcourue, on pourrait obtenir une séparation meilleure que par le passé sur de plus grandes distances (par exemple de 30 à 100 cm). Il résulte du principe de base de la chromatographie sur couche en surpression que, comme dans le cas de la chromatographie sur colonne avec rem- plissage solide, on opère avec exclusion des vapeurs du solvant. Cela conduit surtout dans le domaine de la chromatographie liquide-solide (chromatographie par adsorption), avec les éluants à composants multiples fréquemment utilisés, à une séparation des solvants, ce qui provoque dans certains cas une séparation incorrecte et une accumulation des corps à séparer dans la lisière de zones. Dans le domaine de la chromatographie sur colonne à haute performance, on effectue dans de telles conditions un préconditionnement du sorbant avec le solvant; cependant, on ne connaît pas d'appareil linéaire convenant pour ce processus opératoire. Il est par conséquent souhaitable de mettre au point un appareil linéaire convenant également pour un processus en voie humide car il serait alors possible de simuler les processus dans le cas de la chromatogra- phie sur colonne de haute performance et de faire intervenir simultanément les deux techniques à des fins analytiques et/ou préparatoires. L'invention a pour but d'éliminer les inconvénients décrits ci-dessus et de fournir un appareil de chromatographie linéaire sur couche en surpression à l'aide duquel on puisse effectuer une chromatographie sur une couche de sorp- tion isolée et mise en pression à l'aide d'une plaque élastique, pneumatique- ment, hydrauliquement ou d'une autre manière, en opérant à une température ré- glable, sur une longueur et une largeur quelconques, dans une ou deux directions, en voie sèche ou en voie humide, en opérant avec constance ou avec gradient, dans une ou dans deux dimensions et, également, suivant la technique dite de débordement. L'invention est basée sur le principe technique fondamental consistant en ce que, dans la chromatographie linéaire sur couche en surpression, la vitesse d'écoulement du solvant est constante sur toute la longueur de la couche, ce qui fournit la possibilité de faire intervenir de plus longues distances et, par conséquent, d'obtenir une meilleure séparation. L'invention est en outre basée sur la découverte que les inconvénients précités résultant d'une séparation du solvant, analogues à ceux qu'on rencontre en chromatographie sur colonne, à haute performance, peuvent être éliminés par un préconditionnement par le solvant et par l'introduction de l'échantillon le cas échéant sous pression. Cela constitue simultanément la condition pour la simulation des processus de séparation en chromatographie sur colonne de haute performance. On a trouvé, en outre, qu'il est possible d'effectuer une chromato- graphie dans une ou bien dans deux directions lorsqu'on utilise des couches de sorption qui ne sont isolées que sur les côtés correspondants et lorsque l'appa- reil de chromatographie comporte un ensemble d'orifices d'introduction du solvant qui peuvent être utilisés selon le besoin. Enfin, on a trouvé que, par réglage de la température de la couche de sorption à une valeur différant supérieurement ou inférieurement de la normale, il était possible d'améliorer la précision de séparation. L'invention a en conséquence pour but de fournir un appareil de chro- matographie linéaire sur couche en surpression qui. comporte une plaque de base portant la couche de sorbant. Lors de la construction de l'appareil selon l'in- vention, on utilise la relation linéaire démontrée par la théorie existant entre le nombre de plateaux théorique (coefficient de séparation) et la distance de parcours du solvant, en réalisant un appareil convenant également pour de lon- gues distances. Pour le processus en voie humide, l'appareil est équipé d'un système de dosage convenant pour une introduction variable du solvant. Par incorporation d'un régulateur de température, il est possible de régler la tem- pérature de la couche de sorbant, et par conséquent la température de travail. L'appareil selon l'invention comporte les composants suivants. 1. une plaque de base dimensionnée en correspondance aux exigences du nouveau procédé pour recevoir la couche de sorbant et, d'autre part, pour la régulation de la température. 2. Une plaque de pression qui est transparente, chimiquement résistante, élastique, pourvue d'un rembourrage et qui convient pour assurer la compression de la couche de sorption. 3. Des liaisons capillaires pour l'introduction de l'éluant et des échantillons. D'autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante et des figures jointes, données à titre illus- tratif mais non limitatif. La figure 1 est une coupe d'un mode de réalisation de l'appareil selon l'invention. La figure 2 est une coupe des liaisons capillaires permettant l'intro- duction de l'éluant. Les figures 2a, 2b, 2c et 2d représentent d'autres modes de réalisation des liaisons capillaires, en coupe et en vue en plan. La figure 3 représente le dispositif d'alimentation en échantillons; et Les figures 4a, 4b, 4c et 4d montrent différentes possibilités d'intro- duction de l'échantillon et de l'éluant. Comme le montre la figure 1, la couche de sorbant 1 est portée par une plaque de base 2 pouvant être équipée thermostatiquement. Cette plaque de base 2 peut être reliée par l'intermédiaire de tubulures 3 à un ultrathermostat. La membrane 4 de la plaque assurant la compression de la couche de sorption est fixée sur une plaque de verre ou de matière plastique transparente 5. La mem- brane est reliée à des tubulures capillaires 6, 7 servant à introduire l'échan- tillon et l'éluant. Les tubulures capillaires traversent la plaque transparente par l'intermédiaire de joints d'étanchéité 8 pour déboucher à l'air libre. La plaque de base 2 et la plaque de pression 5 sont appliquées l'une contre l'autre à l'aide de la fermeture de sûreté 9. Pour l'introduction du fluide sous pression 10 (liquide ou gaz) entre la membrane 4 et la plaque de pression 5, il est prévu une vanne 11. La pression est indiquée à l'aide d'un manomètre 12. Le rembourrage élastique formé d'un côté de la plaque de pression 5 assure la fermeture directe de la couche de sorbant 1. La force de compression dépend de la grandeur de la pression régnante. Les joints d'étanchéité 8 des tubulures capillaires permettent un mouvement de la membrane 4 ou des tubulures capillaires 6 et 7 de manière à assurer l'étanchéité du volume 10 mis en pression. Comme le montre la figure 2, la tubulure capillaire 6 servant à l'in- troduction de l'éluant est reliée par l'intermédiaire d'un cône à la membrane 4. L'étanchéité est assurée par une cale conique 13 et un écrou 14. L'éluant peut être introduit par une rainure 15 ménagée dans la couche de sorbant, mais, cependant, il est également possible de placer sur la couche de sorbant une entretoise d'espacement; dans ce cas, le liquide pénètre dans le sorbant par l'intermédiaire du canal 18 formé entre l'entretoise 17 et la mem- brane 4. D'abord la rainure 15 ou le canal 18 se remplissent et, par augmenta- tion de la pression, il commence à s'effectuer, dans la couche de sorbant 1 obturée latéralement, un écoulement linéaire dans la direction indiquée par les flèches. La tubulure capillaire 7 représentée sur la figure 3 et servant à l'in- troduction de l'échantillon est placée directement sur la couche du sorbant 1. L'échantillon introduit par surpression pénètre dans le sorbant. Cet échantillon peut être introduit dans la couche du sorbant séchée ou bien dans la couche du sorbant imprégnée au préalable de l'éluant. Lors de l'introduction de l'échan- tillon, la surpression est fonction de la grandeur de la pression dans le volume 10, de la grosseur des particules du sorbant et des conditions de visco- sité. Sur les figures 4a, 4b, 4c et 4d, on a représenté différentes variantes concernant l'introduction de l'échantillon et de l'éluant. a. Chromatographie dans une direction: L'éluant pénétrant à partir de la tubulure capillaire 6 par l'intermé- diaire de la rainure 15 dans le sorbant assure le déplacement dans une direction des composants des échantillons 20 précédemment introduits (figure 4a). b. Chromatographie dans deux directions: L'éluant qui a pénétré par la tubulure capillaire 6 et par l'intermé- diaire de la rainure 15 dans le sorbant transporte linéairement dans deux directions les composants des échantillons 20 déposés en plus grand nombre (figure 4b). c. Chromatographie dans une direction, introduction d'échantillon sous pression: L'éluant introduit par la tubulure capillaire 6 et la rainure 15 assure l'humidification ou le lavage de la couche d'éléments de sorp- tion. L'échantillon est introduit par l'intermédiaire de la tubulure capillaire 7. Le courant d'éluant transporte l'échantillon linéaire- ment dans une direction (figure 4c). d. Chromatographie dans deux directions, introduction d'échantillon sous pression: L'éluant introduit par l'intermédiaire de la tubulure capillaire 6 humidifie le sorbant dans deux directions. Les échantillons parvien- nent, par l'intermédiaire des tubulures capillaires 7 disposées en deux rangées, dans la couche de sorbant. Le courant d'éluant transporte les échantillons linéairement dans deux directions. Le front de l'éluant peut être suivi visuellement au travers de la plaque transparente de pression. Le mouvement des composants élués peut être observé directement dans le cas de composés colorés ou bien à l'aide de colorants de repérage dans le cas de composants incolores. L'interprétation du chromatogramme est effectué de la manière classique en chromatographie sur couche. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux modes 1E de réalisation décrits et représentés, elle est susceptible de nombreuses varian- tes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATION Appareil de chromatographie linéaire sur couche en surpression, qui comporte une plaque de base portant la couche de sorbant, caractérisé en ce qu'il comporte une plaque de revêtement (5) pouvant être fixée sur la plaque de base (2) plaque de revêtement qui est munie d'une membrane (4) assurant la fermeture élastique par le haut de la couche de sorbant (1), une vanne (11) d'introduc- tion d'un fluide sous pression entre la membrane (4) et la plaque de recouvre- ment (5) et, au moins un organe (6) d'introduction d'éluant, traversant de façon étanche la plaque de recouvrement (5) et la membrane (4), ainsi qu'au moins un organe d'introduction d'échantillon (7).