Chromatographie liquide sur glace
# Chromatographie liquide sur glace

La chromatographie liquide sur glace est un domaine spécialisé de la chromatographie, et est un procédé de séparation physique.

Tout d’abord, il existe deux développements possibles en ce qui concerne l’innovation de nouvelles méthodes de séparation, soit le développement de nouveaux matériaux ou soit la modification chimique du matériel déjà connu. C’est la deuxième option qui a été retenue par les deux scientifiques Yuiko Tasaki et Tetsuo Okada. L'inventeur de la chromatographie sur glace est inconnu, mais ces derniers sont les seuls à avoir publié sur le sujet depuis 2006. Depuis ce temps, ils ont publié plusieurs articles scientifiques et récemment, en 2009, ils ont publié un article démontrant l’utilité de la chromatographie sur glace et les développements futurs de celle-ci

## Principes de la technique

### Théorie

La chromatographie sur glace se base principalement sur la chromatographie liquide. Comme dans la chromatographie liquide, la phase stationnaire polaire est composée de particules de glace et d'une phase mobile composée de substances apolaires telles que le THF et l’hexane. Ainsi, un soluté polaire sera plus retenu par la phase stationnaire et prendra plus de temps à sortir de la colonne. À l'inverse, un composé apolaire sortira plus rapidement de la colonne.

### Préparation

La phase mobile est saturée avec des morceaux de glace qui sont par la suite thermorégulés à la température du montage. Les particules de glace sont préparées par l’introduction de gouttelettes d’eau nébulisées directement dans de l’azote liquide. Avec la méthode des gouttes nébulisées, on récolte les particules de glace qui ont un diamètre de 75 μm et moins. D'ailleurs, celles-ci ont un intervalle de diamètre de 20 à 100 μm et les particules ont normalement une taille de 50 μm.

Ensuite, les particules sont versées dans un compresseur chromatographique en acier inoxydable (volume = 40 $cm^3)$ qui est directement connecté à une colonne PEEK (polyéther éther cétone) de 7,5 mm de diamètre par environ 150 mm de longueur) et c’est à ce moment que les particules étant immergées dans l’azote liquide sont enfoncées avec une tige de plastique ou en PTFE (polytétrafluoroéthylène). Cette étape est effectuée à l’air libre afin que l’azote liquide soit vaporisé dans l’air ambiant, ce qui a pour conséquence d’élever légèrement la pression dans le compresseur, ce qui pousse les particules de glace à entrer dans la colonne. Après le remplissage de la colonne, la colonne est transférée à un bain thermostat à basse température.

Le ratio du volume de la phase stationnaire glacée versus la colonne entière est de 70% après le réchauffement de la colonne. De plus, la température de la colonne, la boucle d’échantillon et le réservoir de solvant sont gardés à une température de -10 à -15 degrés Celsius. Quant à la phase mobile, elle est prérefroidie par le passage d’un tube enroulé connecté entre la pompe et l’injecteur de l’échantillon.

### Mécanisme

Le mécanisme de rétention de cette technique est l’adsorption des analytes sur la surface de la glace. Elle se fait par les liaisons hydrogène qui sont sur la surface cristalline. En d’autres mots, l’adsorption se fait par des interactions sur les liaisons OH et O situées à la surface de la glace.

De surcroît, la rétention des analytes ne dépend pas seulement de la phase stationnaire, mais aussi de la couche quasi-liquide qui se forme sur la glace.

## Avantages et inconvénients

La glace est très sécuritaire, peu coûteuse et ne cause aucun problème environnemental. Comme la chromatographie se passe à basse température et à basse pression (0,1 Pa) il est possible d’augmenter la pression sans risque de briser la colonne.

Par contre, la préparation de la glace n’est pas évidente. Il faut la préparer sous haute pression (nébulisation de l’eau) et avec de l’azote liquide afin de faire des micros particules de glace. Également, deux jours après sa préparation, il est noté qu’il y a des variances dans les résultats obtenus, donc, la colonne a une faible durée de vie.

## Applications

La chromatographie sur glace peut d’ailleurs servir à séparer des molécules telles que les estrogènes, les acides aminés et les polyéthers acycliques. Les analytes possédant deux groupes apolaires ou plus peuvent être retenus sur cette phase stationnaire. D’ailleurs, la séparation chromatographique des phénols et des couronnes d’éthers sont deux autres catégories que la chromatographie sur glace permet de séparer facilement.

De surcroît, la chromatographie sur glace ne sert pas seulement à la séparation d’analyte, mais aussi à l’observation de phénomènes thermodynamiques. Par exemple, la glace est exposée à l’eau qui sature la phase mobile comme dans la troposphère où la glace est exposée à l’air saturé d’eau. La notion thermodynamique qui permet d’expliquer ce phénomène est la couche quasi-liquide. Ainsi, la chromatographie sur glace pourrait éventuellement aider à élucider ce mystère. Pour preuve, une expérience a déjà été réalisée avec quatre composés colorés et une colonne remplit de neige par un certain Supatashvili. Son but n’était pas de séparer ces composés, mais bien d’étudier le rôle géochimique de la neige. Il a pu observer que la séparation des produits se faisait selon leur masse molaire plutôt que selon leur structure.

## Variante

### Dopage au NaCl

Une expérience réalisée est le dopage de la glace avec du NaCl. La couche quasi liquide de la glace solubilise le sel. Ceci crée un nouvel environnement où la phase quasi liquide change sa composition chimique sur la glace ce qui a pour conséquence de retenir les analytes d’une autre façon puisque la couche quasi-liquide ne contient plus que des molécules d’eau. Effectivement, la couche quasi-liquide est une théorie qui est toujours en débat comme écrit précédemment et le fait de doper la phase stationnaire avec du NaCl apporte une explication du rôle de la rétention des analytes avec une phase stationnaire glacée à l’aide des bases de la thermodynamique qui, elles, sont fondées.

