initiation CPG - Julien Tap

SOMMAIREI. INTRODUCTION........................................................................................................................ 2II. PRINCIPE .................................................................................................................................... 2III. MATERIELS................................................................................................................................ 2IV. METHODES................................................................................................................................. 3V. MANIPULATION........................................................................................................................ 3A. LE TEMPS MORT : ....................................................................................................................... 3B. LE FACTEUR DE TRAINEE F: ....................................................................................................... 4C. NOMBRE DE PLATEAUX ET HEPT............................................................................................... 4VI. RESULTATS................................................................................................................................ 4VII. INTERPRETATIONS .................................................................................................................5A. VERIFICATION DU FONCTIONNEMENT......................................................................................... 51. Facteur de traînée : .............................................................................................................. 52. Temps mort :......................................................................................................................... 5B. OPTIMISATION DE LA MANIPULATION......................................................................................... 51. Etude de la sélectivité ........................................................................................................... 52. Etude de la résolution........................................................................................................... 63. Optimisation du débit ...........................................................................................................74. Optimisation de la température ............................................................................................ 8C. ANALYSE AVEC DEBIT OPTIMUM ET TEMPERATURE OPTIMUM.................................................... 8VIII. CONCLUSION............................................................................................................................. 81

substances apolaires. La séparation s’effectue en fonction de la masse desconstituants : plus la masse est faible plus le temps de rétention dans la colonnes estfaible. L’épaisseur du film de 0,25µm permet une bonne capacité de la colonne.‣ Le détecteur est un FID c'est-à-dire un détecteur à ionisation par flamme. Envoyéedans une flamme de dihydrogène, la combustion de l’échantillon crée des ionsmicelles qui entraîne un courant électrique entre les électrodes. La réponse transmiseà un électromètre est fonction du débit masse du carbonne.IV. MéthodesA partir du logiciel de pilotage, une méthode d’analyse sera paramétrée. Lesparamètres sont :Le débit de gaz, la température du four, l’acquisition, l’intégration et l’impression durapport.Le rapport obtenu pour chaque analyse permet de connaître :‣ Le temps de rétention des composés tr.‣ Le facteur de capacité k’ :tr − tk't0k'2par le facteur de sélectivité α en effetα= . Quand α ≠1 alors les pics sont séparés.k 1'‣ Le facteur de résolution R :0= Les facteurs de capacité permettent d’estimer la séparation des composéstr2− tr1R = 2 .Où w est la largeur du pic à la base exprimée en unité de temps,w1+ w2déterminée par l’intersection des tangentes aux points d’inflexion à la courbe gaussienne etde la ligne de base. Quand R> 1,25 alors la résolution est bonne.A partir de ces grandeurs caractéristiques, le nombre de plateau N peut être définipar :⎛ tr ⎞N = 16⎜⎟⎝ w ⎠2LLa hauteur équivalente à un plateau théorique (HEPT) est ainsi calculée : HEPT =Noù L est la longueur de la colonne.L’optimum des paramètres de la manipulation est défini quand l’HEPT est minimum.V. ManipulationDans un premier temps une vérification de fonctionnement sera effectuée par le tempsmort et le facteur de traînée.A. Le temps mort :Pour cela il faut comparer le temps mort expérimental et le temps mort théorique.Le temps mort expérimental est celui du temps de rétention du gaz le plus léger enl’occurrence ici le pentane. Le temps mort théorique est définie par tth=Vcolonnedebit3

VII. InterprétationsA. Vérification du fonctionnement1. Facteur de traînée :Le facteur de traînée est donné sur le rapport sous la dénomination de « tailling ». Fest proche de 1 pour tous les pics à part parfois celui du nonane. Cependant les pics sont tousfins ce qui confère à l’appareillage une bonne efficacité.2. Temps mort :Pour un débit de 0,8ml/min et une température de 70°C, le temps mort expérimental23000 * π 0,0125est de 2,462 minutes alors que le temps mort théorique est de tth== 1,840,8minutes.Le temps mort expérimental est plus important que le temps mort théorique, ceci estdu au fait que le pentane n’est pas assez léger pour être considéré comme un composé nonretenu par la colonne.B. Optimisation de la manipulation1. Etude de la sélectivitéGraphique 1 : Selectivité (C9 ) en fonction du debitselectivité1,361,341,321,31,281,261,241,221,21,180 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6debit ml/minLe graphique 1 permet de montrer que plus le débit augmente plus la sélectivité estimportant. Ainsi le nonane, avec un débit de gaz vecteur plus important, est mieux séparé dupic de l’octane. Pour la suite du TP, lorsque qu’un débit constant sera nécessaire il sera de1ml/min.5

Graphique 2 : selectivité (C9 ) en fonction de la temperatureSélectivité1,221,21,181,161,141,121,11,081,061,041,0250 70 90 110 130 150Temperature en °CLe graphique 2 indique que plus la température est élevé plus la sélectivité estmauvaise. Cela signifie qu’à une température élevée le nonane se volatilisant plus facilementest de moins en moins séparé de l’octane.2. Etude de la résolutionGrahique 3 : Composé C9 resolution = f(debit)Resolution1098765432100 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6debit ml/minLe graphique 3 montre que plus le débit du gaz vecteur est important plus larésolution est faible. Ceci est du au fait que les constituants sortent plus rapidement entraînantun rapprochement des pics caractéristiques. Néanmoins, R> 1,25 dans tous les cas donc larésolution est bonne.6

Graphique 4 : Composé C9 résolution = f(température)109876résolution5432100 20 40 60 80 100 120 140 160température en °CLe graphique 4 indique le fait que la température est élevé plus la résolution est faible.Ceci est du au fait que les constituants sont volatilisés plus rapidement et que leur sortie versle détecteur sont proche. Cependant la résolution reste bonne puisque jusqu’à 140 R>1,25.3. Optimisation du débitGraphique 5 : HEPT =f(debit)0,001440004200040000HEPT0,0008heptN3800036000Plateaux34000320000,0006300000,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6Debit ml/minLe graphique 5 n’a pas l’allure caractéristique d’une courbe de Van Deemter qui il y apeut être une erreur de manipulation pour un débit de 1ml/min. Cependant il faut à la fois unebonne sélectivité et une bonne résolution, il semblerait après une analyse des données que ledébit optimum est proche de 0,9 ml/min.7

4. Optimisation de la températureGraphique 6 : HEPT = f(temperature)1600000,00091400000,00081200000,00071000000,0006Nb plateau80000PlateauHEPT0,00050,0004HEPT600000,0003400000,0002200000,00010060 70 80 90 100 110 120 130 140 150Temperature en °CLe graphique 6 indique que la température optimale est proche de 110°C.C. Analyse avec débit optimum et température optimumLa recherche des meilleures réglage a permis déduire que l’analyse est optimisé avecun débit de 0,9ml/min et une température de 110°C. L’analyse des chromatogrammes et durapport permet d’affirmer que la manipulation est optimisée. En effet les pics sontparfaitement séparés avec une résolution au minimum égale à 2,5.Les pic sont fins etsymétriques. Le nombre de plateaux théoriques est maximal pour le nonane ainsi que pour lesautres alcanes. Voir annexe.VIII. ConclusionCette initiation à la chromatographie en phase gazeuse nous a permis d’une part demettre à profit nos connaissances théoriques sur un appareillage moderne et d’autre partd’optimiser une analyse en fonction du débit et de la température. Nous avons été confronté àdes données expérimentales qui nous ont conduit après discussion à déduire les paramètresoptima.Cependant cette technique avec un détecteur FID est destructrice et ne permet pas derécupérer les échantillons séparés. Cette analyse est alors sérieusement concurrencé par lachromatographie liquide haute pression (HPLC) que nous étudierons dans un prochain TP.8