Fiche de révision : Chromatographie ionique

📋 Plan du Cours

1. Principe de la chromatographie ionique
2. Circuit et composants de l’appareil
3. Résines, colonnes et capacité
4. Suppression, éluants et logiciel
5. Étapes de l’échange d’ions
6. Analyse des anions
7. Analyse des cations
8. Applications de la chromatographie ionique

📖 1. Principe de la chromatographie ionique

🔑 Notions clés & Définitions

• Chromatographie ionique : Technique de séparation des ions et des molécules polaires dans les liquides selon leur affinité avec une résine échangeuse d’ions.

★ À maîtriser

• Les ions sont fixés sélectivement à la résine, progressivement éliminés selon leur taille, leur charge et leur degré d’hydratation, puis séparés et détectés par conductivité à la sortie de la colonne.

📌 La phase mobile est un éluant différent selon l’analyse d’anions ou de cations, tandis que la phase stationnaire est une colonne adaptée à la nature de l’ion.

Compléments

• La chromatographie ionique permet de doser précisément les ions monoatomiques, les acides organiques et les sucres contenus dans une solution.

💡 Astuce mémo

Affinité avec la résine → séparation → détection par conductivité

📖 2. Circuit et composants de l’appareil

📝 Points essentiels

• L’éluant passe du flacon à la crépine, au dégazeur automatique, à la pompe, à la boucle d’injection, à la colonne, éventuellement au suppresseur MSM, au détecteur, puis à la poubelle.

• Les débits couramment utilisés sont de 0,6 mL/min ou 0,9 mL/min pour les analyses et de 3 mL/min pour la purge.

• 🔄 L’injection se déroule en trois étapes:

  1. Introduire le capillaire dans la solution
  2. Aspirer environ 1 mL avec la seringue
  3. Remplir puis injecter la boucle de 10 microlitres

💡 Astuce mémo

Flacon → crépine → dégazeur → pompe → injection → colonne → détecteur

📖 3. Résines, colonnes et capacité

🔑 Notions clés & Définitions

• Capacité d’une résine : Quantité d’ions qu’elle peut retenir, exprimée en équivalents par gramme de résine sèche ou par millilitre de résine humide.

★ À maîtriser

📌 Une résine à groupements négatifs échange des cations, tandis qu’une résine à groupements positifs échange des anions.

Compléments

• Les anions usuellement analysés sont:

  • F–
  • Cl–
  • NO2–
  • NO3–
  • SO4 2–
  • PO4 3–

• Les cations usuellement analysés sont:

  • Na+
  • NH4+
  • K+
  • Mg2+
  • Ca2+

💡 Astuce mémo

Groupements négatifs : cations ; groupements positifs : anions

📖 4. Suppression, éluants et logiciel

★ À maîtriser

• La suppression diminue la conductivité de base de l’éluant, minimise le bruit de fond, optimise le rapport signal sur bruit et augmente la sensibilité du système de mesure.

• 🔄 Le cycle du suppresseur comprend:

  1. Suppression chimique
  2. Régénération avec une solution d’acide sulfurique
  3. Rinçage à l’eau

Compléments

• Pour les analyses anioniques, l’éluant est une dilution au vingtième d’un mélange d’hydrogénocarbonate de sodium à 0,004 mol·L⁻¹ et de carbonate de potassium à 0,1 mol·L⁻¹.

• Pour les analyses cationiques, l’éluant est une dilution au vingtième d’un mélange d’acide nitrique à 34 mmol·L⁻¹ et d’acide dipicolinique à 34 mmol·L⁻¹.

💡 Astuce mémo

Suppression du signal de l’éluant → meilleur rapport signal sur bruit

📖 5. Étapes de l’échange d’ions

📝 Points essentiels

• Lors de la fixation, les anions de l’échantillon se fixent sur la résine échangeuse d’anions à la place du contre-ion, qui est élué avec les cations non retenus.

• L’élution décroche les ions fixés grâce à la compétition d’ions négatifs, soit avec une forte concentration ionique constante, soit avec un gradient de concentration croissante.

📌 La régénération d’une résine échangeuse de cations s’effectue avec une solution acide, tandis que celle d’une résine échangeuse d’anions s’effectue avec une solution de soude.

💡 Astuce mémo

Fixation → élution → régénération

📖 6. Analyse des anions

★ À maîtriser

• L’étalon anionique contient 10 ppm de (Metrohm):

  • Cl–
  • Br–
  • SO4 2–
  • NO3–
  • F–
  • NO2–
  • PH4–

• Le débit volumique standard de la colonne anionique est de 0,6 mL/min.

• Les standards servent à calibrer la chromatographie et à obtenir les droites d’étalonnage.

📌 Les concentrations des étalons sont données en ppm pour un élément et doivent être converties en masse de sel lors de leur préparation selon la relation $n(élément)=x\,n(sel)$.

Compléments

• L’analyse chromatographique de l’eau d’Evian met en évidence des ions chlorure, nitrate et sulfate, en accord avec l’étiquette de la bouteille.

💡 Astuce mémo

Étalon → temps de rétention → calibration → échantillon

📖 7. Analyse des cations

★ À maîtriser

• Lors des analyses cationiques, la pompe péristaltique est éteinte et le débit volumique standard de la colonne cationique est de 0,9 mL/min.

• L’étalon cationique contient 10 ppm de (Metrohm):

  • Ca2+
  • Mg2+
  • Li+
  • Na+
  • NH4+
  • K+

📌 Les ions Ca2+ ne peuvent pas être analysés dans les conditions utilisées, car leur temps de rétention est supérieur à la durée d’analyse de 20 minutes.

📌 L’ion potassium ne peut pas être analysé de façon fiable avec cette méthode, car sa courbe d’étalonnage est décroissante.

Compléments

• Les cations analysables au lycée sont:
  • Li+
  • Na+
  • NH4+

💡 Astuce mémo

Débit anionique : 0,6 mL/min ; débit cationique : 0,9 mL/min

📖 8. Applications de la chromatographie ionique

★ À maîtriser

• La chromatographie ionique est utilisée pour le traitement de l’eau, l’élimination des non-sucres des jus sucrés et la déminéralisation du lactosérum.

• Les utilisations idéales comprennent:

  • Analyse des aliments et des boissons
  • Analyse des échantillons aqueux
  • Séparation et purification de molécules chargées
  • Assurance qualité et contrôle
  • Détermination de la pureté de l’échantillon
  • Analyse quantitative des ions

Compléments

• Les ions couramment analysés comprennent:
  • Lithium
  • Sodium
  • Ammonium
  • Potassium
  • Magnésium
  • Calcium
  • Fluorure
  • Chlorure
  • Nitrite
  • Nitrate

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des colonnes ioniques