Matériau d'emballage en gel de silice : Terminologie de base1

Cet article explique la terminologie de base liée au matériau de garnissage en gel de silice utilisé pour la HPLC. Il regroupe des termes couramment utilisés dans les manuels d'instructions des colonnes et les guides d'utilisation de la HPLC.

Le gel de silice est un polymère d'acide silicique amorphe représenté par SiO2-nH2O. À la surface du gel de silice se trouvent des groupes silanol (Si-OH), dont trois types sont connus : isolé, vicinal (lié par hydrogène à un groupe silanol voisin) et geminal (Fig. 1). Les groupes silanol présentent généralement une faible acidité, bien que celle-ci puisse varier en fonction de l'état individuel du groupe.

Les groupes silanol servent de sites actifs d'adsorption en chromatographie d'adsorption. Ce sont des groupes essentiels utilisés pour ajouter des groupes fonctionnels de phase stationnaire par liaison chimique, comme décrit ci-dessous.

Le gel de silice chimiquement lié est un matériau de garnissage en gel de silice auquel un groupe fonctionnel de phase stationnaire a été lié chimiquement (par liaison covalente). Le gel de silice chimiquement lié est normalement fabriqué en réagissant un composé organosilane pouvant contenir divers groupes fonctionnels avec les groupes silanol à la surface du gel de silice (une réaction appelée silylation). ODS est un acronyme pour le nom d'un matériau de garnissage largement utilisé en chromatographie en phase inverse. Il s'agit de gel de silice auquel le groupe fonctionnel n-octadécylsilyle a été ajouté. Une méthode d'exemple de préparation de l'ODS est montrée dans la Fig. 2.

Lors de la préparation de gel de silice chimiquement lié, si la molécule d'organosilane contient un seul groupe fonctionnel réactif comme montré dans la Fig. 1 (un groupe Cl dans ce cas), l'organosilane réagit avec un seul groupe silanol. Cela crée ce qu'on appelle une phase stationnaire monomérique. Lorsque la molécule d'organosilane contient deux ou trois groupes fonctionnels réactifs, elle réagit avec d'autres groupes silanol supplémentaires ou des molécules d'organosilane. Cela crée une phase stationnaire polymérique. Les phases chimiquement liées peuvent varier en fonction des conditions de synthèse. Un exemple d'ODS préparé à partir d'un organosilane contenant trois groupes fonctionnels (octadécyltrichlorosilane) est montré dans la Fig. 3. En plus de cet exemple, il existe d'autres phases stationnaires polymériques contenant encore plus de groupes silyles, et ayant des groupes fonctionnels qui se lient au gel de silice en trois sites. Il existe également du gel de silice chimiquement lié contenant des liaisons polymériques mélangées à des liaisons de type monomérique à un seul groupe silanol, comme montré dans la Fig. 2. (Lorsque cela se produit, les deux groupes Cl restants deviennent des groupes OH.)

En général, les phases stationnaires monomériques sont faciles à synthétiser et leur synthèse est hautement reproductible, tandis que leurs inconvénients incluent une faible durabilité et une faible capacité de rétention. Pendant ce temps, les phases stationnaires polymériques sont très difficiles à synthétiser, mais de nombreuses formes différentes et groupes fonctionnels de phase stationnaire peuvent être introduits en fonction des conditions de synthèse. De plus, les phases stationnaires polymériques ont une bonne capacité de rétention et sont très durables.
Cependant, aucun type n'est nécessairement meilleur que l'autre, car le type le plus approprié dépend de l'analyse effectuée. Des différences caractéristiques sont également présentes entre les fabricants, et la sélection du matériau de garnissage nécessite une certaine quantité d'essais et d'erreurs et l'utilisation de documents techniques et de données fournies par le fabricant.

La préparation de gel de silice chimiquement lié laisse toujours derrière elle des groupes silanol non réagis en raison de l'encombrement stérique et d'autres causes (appelés groupes silanol résiduels, l'un encerclé en rouge dans la Fig. 3). Bien que les groupes silanol résiduels puissent avoir un effet positif sur la séparation, dans la plupart des cas, ils causent une traînée des pics des composés basiques. Par conséquent, après l'introduction des groupes fonctionnels de phase stationnaire, les groupes silanol résiduels sont alors silylés. Ce processus de silylation est appelé endcapping. Éliminer tous les groupes silanol résiduels est difficile même avec l'endcapping, et chaque fabricant a sa propre méthode pour traiter ce problème.



Référence :
1) JIS K 0214:2013 Termes techniques pour la chimie analytique (partie Chromatographie)