Brevet FR2518752A1 — publié le 19830624

"PROCEDE DE REALISATION DE COLONNES POUR CHROFETOGRAPHIE EN PHASE LIQUIDE ET COLONNE AINSI OBTENUE" La présente invention concerne un procédé de réalisation d'une colonne pour chromatographie en phase liquide, essentiellement constituée par un tube métallique contenant une poudre compacte de microparticules solides. Elle concerne également une colonne pour chromatographie en phase liquide obtenue par le procédé selon l'invention. L'invention trouve une application particuliere ment avantageuse dans le domaine de la séparation et l'analyse de molécules lourdes par chromatographie en phase liquide. Un article de la revue "International Laboratory" décrit, à la page 35 du numéro de Mars 1981, une colonne pour chromatographie en phase liquide constituée par un tube d'acier inoxydable de dimensions standard dans cette technique, à savoir : 6,35 mm de diamètre extérieur, 4,6 mm de diamètre intérieur et 25 cm de-longueur. Selon un procédé classique, les colonnes de ce type sont remplies individuellement d'une poudre de microparticules solides, en suspension épaisse dans un produit d'imprégnation.Les microparticules solides sont le plus souvent constituées par des grains de silice dont les dimensions sont de l'ordre de 5 ou 103sm. De façon à obtenir une résolution satisfaisante et une bonne stabilité de la colonne, la poudre de microparticules est tassée de façon très compacte en exerçant à une extrémité du tube une pression très élevée pouvant atteindre 700 bars. Outre l'utilisation de très hautes pressions, ce procédé connu de fabrication présente d'autres inconvénients. D'une part, il exige une grande consommation de produits d'imprégnation souvent constitués de solvants liquides plus ou moins toxiques et inflammables. D'autre part, il conduit à une limitation des dimensions des colonnes aux dimensions standard mentionnées ci-dessus, ceci afin d'obtenir des pièces suffisamment homogènes ce, qui est essentiel dans la mesure où l'homogénéité d'une colonne est un facteur déterminant quant à sa résolution. Cependant, les limites imposées aux dimensions des colonnes sont, par ailleurs, autant de limites imposées à leur résolution puisqu'on sait, en effet, que-la résolution d'une colonne augmente lorsque sa longueur augmente. Le but de la présente invention est de remédier à ces inconvénients en réalisant une colonne pour chromatographie en phase liquide de grande longueur, de faible diamètre, présentant néanmoins une très bonne stabilité et une homogénéité satisfaisante. En effet, selon la présente invention, un procédé de réalisation d'une colonne pour chromatographie en phase liquide, essentiellement constituée par un tube métallique contenant une poudre compacte de microparticules solides, est notamment remarquable en ce que, après avoir rempli de poudre un tube métallique initial et l'avoir fermé à ces-deux extrémités, on en réduit le diamètre extérieur à l'aide d'une technique d'allongement, de façon à tasser très fortement la poudre de microparticules à l'intérieur du tube métallique initial allongé, dit tube final. Avantageusement, la technique d'allongement consiste en au moins une opération d'étirage effectuée à travers une filière. Àinsi, la forte réduction du diamètre extérieur du tube initial (généralement 0,5 à 3 cm), qui peut être réalisée en plusieurs opérations d'allongement, permet d'obtenir au moins la même porosité que par le procédé classique de remplissage sous pression et dans certaines conditions des valeurs notablement plus faibles. Un autre avantage de l'invention est d'obtenir des tubes finaux de n'importe quel diamètre extérieur jusqu'à 0,-5 mm pour des longueurs d'autant plus importantes que le diamètre diminue; pour un diamètre extérieur de 0,5 mm, par exemple, la longueur du tube final peut dépasser zoom. Afin de pouvoir. contrôler la porosité de la poudre dans le tube final, on envisage que le remplissage du tube métallique initial est effectué à sec. Dans ce cas, la porosité du produit final est déterminée-par la gamme de réduction utilisée, c'est à dire la succession des réductions de diamètre subies par le tube initial au cours des opérations d'allongement. De même, lorsque le remplissage du tube métallique initial est effectué avec un mélange épais de poudre dans un produit d'imprégnation destiné à contrôler la porosité finale de la poudre, la porosité du produit final est déterminée par le rapport du volume de poudre au volume d'imprégnant. Ce produit d'imprégnation est ensuite éliminé après les opérations d'allongement. Lorsque le travail de réduction en diamètre est important, il peut s'avérer nécessaire de régénérer le matériau constitutif du tube métallique par un traitement thermique de recristallisation. Dans certaines applications, comme la chromatographie de partage par exemple, on utilise très souvent de la silice à phase greffée, c'est à dire de la silice dont les grains sont recouverts d'une substance chimique telle que l'octadécylsilane. Cependant, il peut se produire que le procédé selon l'invention ne permette pas de remplir directement, au départ, letube métallique initial de poudre "greffée" dans la mesure où le fort travail de tassement mis en jeu peut conduire à la détérioration sinon à la cassure de la couche de la substance chimique. Afin diéviter cet inconvénient, il y a avantage à ce qu'on recouvre la surface de microparticules solides d'une substance chimique, après réduction en diamètre.Ainsi, la fabrication de colonnes avec de la silice à phase greffée pourrait s'effectuer en deux temps : réduction en diamètre avec de la silice pure, puis greffage de la silice in situ selon une technique connue de l'art antérieur. A la fin des opérations de réduction et, éventuellement, de greffage,-on'coupe le tube final, rempli de poudre, en tubes secondaires de façon à obtenir des colonnes de longueurs voulues. Cette technique s'applique d'ailleurs à la fabrication de colonnes de dimensions standard, avec l'avantage sur le plan industriel d'obtenir un grand nombre de colonnes en une seule fois. En effet les colonnes de diamètre extérieur usuel 6,35 mm peuvent être fabriquées sur des longueurs pouvant atteindre 5 m puis coupées, par exemple, à 25 cm, d'où la réalisation d'une vingtaine de colonnes en une seule opération, sans qu'il soit nécessaire par ailleurs de disposer de locaux spécialement aérés pour évacuer les vapeurs dégagées par les produits d'imprégnation. La description qui va suivre, en regard du dessin annexé donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention. La figure l est une représentation synoptique des différentes étapes du procédé selon l'invention. Comme le montre la figure 1, un procédé de réal-isa- tion d'une colonne pour chromatographie en phase liquide, conforme à l'invention, consiste, après avoir rempli d'une poudre 11 de microparticules solides un tube métallique initial 12 et l'avoir fermé à ses deux extrémités par des bouchons 13, 14, à réduire le diamètre extérieur dudit tube 12 à l'aide d'une technique d'allongement, de façon à tasser très fortement la poudre 11 à l'intérieur du tube métallique initial allongé, dit tube final 1S. Le matériau constituant les tubes initial 12 et final 15 est généralement de l'acier inoxydable austénitique, mais il peut être aussi de l'Inconel, du nickel ou tout autre métal ductile. La poudre Il utilisée est du même type que celles utilisées dans la technique classique de remplissage sous haute pression, c'est à dire de la silice pure, de l'alumine pure, etc.... Comme on peut le voir à la figure 1, on envisage que la technique d'allongement consiste en au moins une opération d'étirage 16 dans laquelle le tube initial passe à travers une filière 17 dont le diamètre est inférieur au diamètre du tube initial. On obtient ainsi des tubes contenant de la poudre très compacte, d'homogénéité convenable sur une grande longueur. Le diamètre extérieur du tùbe métallique initial 12, généralement compris entre O,5.et 3 cm,peut être réduit jusqu'à 0,5 mm, en répétant plusieurs fois I'opérationd'al- longement. La longueur correspondante du tube- final peut alors dépasser 100 m. Cette réduction en diamètre staccompagne d'une diminution de porosité de la poudre de microparticules. La Demanderesse a constaté en effet qu' & partir d'une porosité initiale de 50 à 60 %, on obtient sur le produit final une porosité de 20 à 35 %, ce qui conduit d'une façon générale à des colonnes dont la porosité et la stabilité sont satisfaisantes. Le contrôle de la porosité est envisagé de deux manières. Lorsque le remplissage du tube initial est effectué à sec, la porosité finale est définie par la gamme de réduction utilisée. Lorsque le remplissage du tube initial est effectué avec un melange épais de poudre dans un produit d'imprégnation qui peut être pâteux ou liquide comme le méthanol et l'hexane 'par exemple, la porosité finale est définie par le rapport du volume de poudre au volume d'imprégnant. Le produit d'imprégnation est ensuite éliminé dans une phase 19, à la fin des opérations d'allongement. Dans le cas où le rapport de réduction en diamètre est très grand, il y a parfois avantage â régénérer le matériau constitutif du tube au cours des opérations d'allongement par un traitement thermique de recristallisation ou recuit 18. Pour les matériaux austénitiques, ce recuit est réalisé par la technique classique d'hypertrempe. Lorsque les colonnes obtenues par le procédé selon l'invention sont notamment destinées à la chromatographie de partage, on utilise généralement de la silice "greffée" dont les microparticules sont recouvertes d'une substance chimique tel que l'octadécylsilane ou encore le polyéthylène glycol. Suivant le type de greffage et de remplissage, il peut se produire que l'opération de greffage 20 ne puisse être réalisée qu'après réduction en diamètre du tube initial rempli de poudre, et après recuit s'il y a lieu. Un fort tassement mécanique de la poudre et une élévation excessive de la température produisent en effet une détérioration de la couche de substance chimique. Legreffage de la silice pourrait donc s'effectuer in situ selon une technique connue, décrite par exemple dans I'article -"Pireparation and use of in situ chemically bonded small particle silica as packings in high pressure liquid chromatography" de R.K. GILPIN, D.J. CAMILLO and C.A. JANICKI, paru dans la revue "Journal of Chromatography" 121 (1976) pp 13-22. A l'issu des opérations d'allongement, de recuit et greffage éventuels, le tube final 15 est coupé en tubes secondaires 21 de façon à obtenir des colonnes de longueurs voulues, qui dans une opération finale sont équipées â leurs extrémités de raccords 22. Le procédé selon l'invention a comme principal avantage d'obtenir des colonnes beaucoup plus longues, pour un diamètre donné, que celles utilisées de façon usuelle qui ne dépassent pas une longueur d'un mètre. A titre d'exemple, les colonnes standard de diamètre extérieur 6,35 mm peuvent être aisément réalisées, par le procédé selon l'invention, sur deslongueurs de plus d'un mètre au lieu de 25 cm actuellement. La présente invention ne saurait être limitée au procédé décrit mettant en jeu une technique particulière d'allongement, à savoir l'étirage; elle-peut également être mise en oeuvre à l'aide d'autres techniques d'allongement telles que, par exemple, le laminage, le martelage et le pressa-ge isostatique. REVENDICATIONS 1. Procédé de réalisation d'une colonne pour chromatographie en phase liquide, essentiellement constituée par un tube métallique contenant une poudre compacte de microparticules solides, caractérisé en ce que, après avoir rempli de poudre un tube métallique initial et l'avoir fermé à ses deux extrémités, on en réduit le diamètre extérieur a l'aide d'une technique d'allongement, de façon à tasser fortement la poudre de microparticules solides à l'intérieur du tube métallique initial allongé, dit tube final. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la technique dtallonyement consiste en au moins une opération d'étirage. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que le remplissage du tube métallique initial par la poudre de microparticules est effectué à sec. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que le remplissage du tube métallique initial par la poudre de microparticules est effectué avec un mélange épais de poudre dans un produit d'imprégnation destiné à contrôler la porosité finale de la poudre. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'on régénère le matériau constitutif du tube métallique par un traitement thermique de recristallisation. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on recouvre la surface des microparticules solides d'une substance chimique, après réduction en diamètre. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on coupe le tube final, rempli de poudre, en tubes secondaires de façon à obtenir des colonnes de longueurs voulues. 8. Colonne pour chromatographie en phase liquide obtenue par un procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que sa longueur est supérieure à 1 mètre.