Chapitre IX Construction des cartes d’identité : aide au choix raisonné des colonnes chromatographiques
IX. B.2.b Etude par familles de phases stationnaires
L’étude se poursuit en fonction des trois grandes familles de phases stationnaires mises en évidence au chapitre précédent : les phases purement alkyles (Tableau IX-2), celles possédant un groupement polaire intercalé (Tableau IX-3) et enfin les phases de type Aqua (Tableau IX-4).
Tableau IX-2 : Matrice des corrélations obtenue pour les seules phases alkyles (C).
r CP1A CP2A CP3A CP1D CP2D αCH2 SS AsAmiodarone
CP1A 1,00
CP2A -0,04 1,00
CP3A -0,06 -0,05 1,00
CP1D 0,55 -0,12 0,56 1,00
CP2D 0,10 -0,74 0,32 0,03 1,00
αCH2 0,76 -0,21 -0,01 0,32 0,26 1,00
SS 0,28 -0,28 0,01 0,07 0,27 0,67 1,00
AsAmiodarone 0,37 0,36 -0,01 0,13 -0,20 0,25 0,17 1,00
Tableau IX-3 : Matrice des corrélations obtenue pour les phases à groupement polaire intercalé (P).
r CP1A CP2A CP3A CP1D CP2D αCH2 SS AsAmiodarone
CP1A 1,00
CP2A -0,35 1,00
CP3A 0,15 -0,66 1,00
CP1D 0,90 -0,29 0,23 1,00
CP2D 0,41 -0,91 0,76 0,40 1,00
αCH2 0,65 -0,55 0,05 0,67 0,48 1,00
SS 0,47 -0,74 0,67 0,27 0,77 0,29 1,00
AsAmiodarone -0,31 0,58 -0,16 -0,26 -0,55 -0,36 -0,33 1,00
Tableau IX-4 : Matrice des corrélations obtenue pour les phases Aqua (A).
r CP1A CP2A CP3A CP1D CP2D αCH2 SS AsAmiodarone
CP1A 1,00
CP2A -0,03 1,00
CP3A -0,23 0,06 1,00
CP1D -0,18 -0,38 0,79 1,00
CP2D 0,17 -0,78 0,15 0,38 1,00
αCH2 0,83 -0,39 -0,35 -0,23 0,37 1,00
SS 0,57 -0,03 0,40 0,46 -0,06 0,35 1,00
AsAmiodarone -0,15 0,02 -0,31 -0,23 -0,27 0,07 -0,34 1,00
De par leur diversité, les niveaux de corrélations s’avèrent dépendre de la nature des phases stationnaires. Commençons par les corrélations entre composantes principales uniquement.
Construction des cartes d’identité…
Concernant la paire {CP1A ; CP1D}, on observe une corrélation décroissante dans l’ordre :P> global C> >A≈0. Cet ordre traduit bien une quasi invariance des regroupements des phases P et de leur positions sur les classifications à haut et bas niveau de solvant, contre une modification des groupes des phases alkyles (type C) et une dispersion totale des groupes Aqua (A) entre haut et bas niveaux de modificateur organique.
Les corrélations pour {CP2A ; CP2D} respectent l’ordreP> A> global C> , signifiant la présence d’une contribution dipolaire commune à la détermination des secondes composantes principales.
La paire {CP1D ; CP3A} reprend quant à elle un ordre de corrélation inverse à {CP1A ; CP1D}, avec A C> ≥ global > ≈P 0, confirmant ainsi la signification de CP3A (interactions de type dipôle-dipôle) et son utilité pour distinguer les phases à groupement purement alkyle mais de stratégies de protection différentes vis-à-vis des groupements silanol résiduels. D’ailleurs, la forte corrélation, constatée pour {CP2A ; CP3A}70 et uniquement pour les phases à groupement polaire intercalé, prouve que CP3A n’apporte pas un gain significatif d’information pour ce type de phases, alors que cette composante en introduit un réel pour les autres familles. Ce phénomène démontre clairement que les composantes principales d’un même sous-espace fournissent des apports d’information différentiés selon la nature des phases stationnaires.
Abordons désormais les corrélations mettant en jeu des sélectivités.
La sélectivité méthylène se révèle partiellement corrélée à CP1A pour toutes les familles de phases (ordre de corrélationA> global C≈ >P) et avec les composantes CP2A et CP1D71 uniquement pour les phases P. Si la corrélation avec CP1A est attendue, celle avec CP2A l’est beaucoup moins et traduit certainement une modification de la surface hydrocarbonée accessible en fonction de la nature du modificateur organique pour les phases P.
La sélectivité de forme est globalement peu corrélée avec les autres descripteurs, hormis quelques cas que nous allons détailler. La sélectivité de forme n’est reliée à la sélectivité méthylène que pour les phases purement alkyles, qui regroupent des greffons C8 et C18. On retrouve ainsi les résultats de Sander et Wise [377], pour qui la sélectivité de forme SS dépend de la longueur du greffon. De surcroît, cette corrélation confirme la primauté de l’influence du groupement polaire intercalé, mais aussi des fonctions polaires de façon plus générale, sur la longueur de la chaîne alkyle. D’autre part, la sélectivité de forme s’avère associée avec CP2A72 seulement pour les phases comprenant un groupement polaire intercalé, soulignant l’importance des interactions dipolaires pour l’orientation et l’organisation de la couche alkyle dont dépend la sélectivité de forme.
L’asymétrie de pic de l’amiodarone ne révèle pas de corrélation particulière avec les autres descripteurs, sauf avec les secondes composantes principales et uniquement pour les phases à groupement polaire intercalé, exprimant ainsi l’effet de la nature du modificateur organique sur l’efficacité de protection.
A ce stade d’investigation, les jeux de composantes principales s’avèrent partiellement corrélés, avec la rétention pour dénominateur commun. Néanmoins, ces relations dépendent des familles de phases stationnaires. Dès lors, il n’est pas envisageable d’éliminer une composante principale de l’ensemble des descripteurs présélectionnés pour cause de redondance partielle de l’information, compte tenu de leur potentiel à discriminer certains types de phases. Au sortir des études de corrélations sont encore en lice 8 descripteurs potentiels, dont 5 composantes principales, une asymétrie et 2 sélectivités. Cependant reste désormais à discuter le cas CP1A, proche de la sélectivité méthylène, au travers de leur rapport degré d’information/robustesse.
70 Les paires CP2A/CP2D et CP2A/CP3A exhibant une corrélation prononcée, et ce uniquement pour les phases à groupement polaire intercalé, nous ne discuterons pas de la corrélation CP3A/CP2D, transitivement reliée aux deux précédentes.
71 Cette dernière corrélation αCH2/CP1D découle des corrélations multiples pour les couples CP2A/CP3A et CP1D/CP3A se produisant seulement pour les phases P.
72 Ainsi que CP3A et CP2D, par effet transitif.
IX.B.3 Rapport informativité/robustesse
La sélectivité méthylène est connue pour une faible sensibilité apparente par rapport aux facteurs de rétention sur lesquels elle est basée [219]. Ce phénomène est une fois encore vérifié, via le coefficient d’information73, qui s’élève à 5,30% pour αCH2, contre 26,53% et 59,82%
respectivement pour la sélectivité de forme et les facteurs de rétention des neutres de Tanaka74. Ainsi, la sélectivité méthylène atténue fortement les variations mises en évidence par les facteurs de rétention, à l’inverse de la sélectivité de forme qui, pour sa part, semble très informative.
Cependant, les sélectivités des solutés neutres possèdent des coefficients de variation environ dix fois inférieurs à ceux de leurs facteurs de rétention relatifs, comme le montrent les travaux de Kele et Guiochon [103, 321-325] : les sélectivités sont aussi plus robustes.
Les informativités et les niveaux de robustesse respectifs de la sélectivité méthylène et de CP1A conduisent donc à des rapports informativité/robustesse équivalents.
La sélectivité méthylène se déterminant simplement comme le rapport de deux facteurs de rétention d’homologues successifs, il existe une grande diversité de définitions pour ce descripteur. En reprenant les facteurs de rétention d’alkylbenzènes homologues du Chapitre V, mesurés sur un premier panel de 12 phases stationnaires, le Tableau IX-5 montre qu’il est possible de définir deux sélectivités méthylène différentes
CH2
Pentylbenzène A
Butylbenzène
k
α = k et
CH2
Ethylbenzène B
Toluène
k
α = k , respectivement déterminées dans les conditions chromatographiques des phases A (70% de méthanol ou 59% d’acétonitrile) et B (45% de méthanol ou 33% d’acétonitrile) du Chapitre V.
Tableau IX-5 : Sélectivités méthylène déterminés lors du test en conditions étendues.
Phase stationnaire Abréviation Modificateur
organique CH2 αA
CH2
αB
Méthanol 1,455 1,842
Capcell Pak C8 UG 120 E8_1
Acétonitrile 1,400 1,701
Méthanol 1,311 1,590
XTerra RP8 P8_1
Acétonitrile 1,292 1,568
Méthanol 1,489 1,756
Discovery RP Amide C16 P16_1
Acétonitrile 1,417 1,689
Méthanol 1,395 1,684
XTerra RP18 P18_1
Acétonitrile 1,369 1,642
Méthanol 1,461 1,791
SymmetryShield RP18 P18_2
Acétonitrile 1,430 1,713
Méthanol 1,455 1,866
Zorbax Eclipse XDB-C8 C8_1
Acétonitrile 1,418 1,745
Méthanol 1,434 1,843
Symmetry C8 C8_2
Acétonitrile 1,407 1,733
Méthanol 1,427 1,819
Kromasil C8 C8_3
Acétonitrile 1,405 1,709
Méthanol 1,601 1,982
J’Sphere ODS H80 C18_1
Acétonitrile 1,554 1,855
Méthanol 1,556 1,939
Zorbax StableBond C18 C18_2
Acétonitrile 1,510 1,817
Méthanol 1,540 1,918
Nucleosil C18 HD C18_3
Acétonitrile 1,488 1,788
Méthanol 1,557 1,905
Symmetry C18 C18_4
Acétonitrile 1,521 1,811
73 Le coefficient d’information définit l’informativité d’une variable (cf. section VIII.C page 133)
74 Moyenne quadratique des CI (%)
Construction des cartes d’identité…
Non seulement les valeurs de
CH2
αA et
CH2
αB sont affectées par les conditions chromatographiques – la fraction et la nature du modificateur organique, et le choix des solutés homologues – mais ces variations introduites par le choix des conditions s’avèrent aussi plus prononcées que celles observées entre les phase stationnaires. En effet, on constate des écarts de 0,3 à 0,4 entre nos deux définitions de la sélectivité à couple colonne/solvant identique, alors qu’entre des phases d’hydrophobie différentes, la différence observée n’excède jamais 0,3 entre les deux phases extrêmes, la J’Sphere ODS H80 (C18_1) et la XTerra RP8 (P8_1).
De surcroît, si la sélectivité méthylène était équivalente à CP1A, l’ordre d’hydrophobie attendu serait le suivant : le groupe des C18 « atypiques » peu rétentives (C18 L) < le groupe des C8 (C8 H) < les groupes des C18 « classiques » (C18 H). Or la Figure IX-2, tracée avec toutes les phases alkyle testées, montre une inversion entre le groupe des C18 peu rétentives et celui des C8, défaut qui explique que la corrélation ne soit que partielle (r=0,76).
αCH2
1,4 1,45 1,5 1,55
C18 H C18 L C8 H
1,4 1,45 1,5 1,55 1,6 1,65
C18 H C18 L C8 H
MeCN MeOH
Figure IX-2 : Valeurs de la sélectivité méthylène déterminée à partir du couple pentylbenzène/butylbenzène en fonction des sous-familles de phases alkyles.
Ainsi, la sélectivité méthylène ne s’avère pas aussi discriminante que CP1A, qui elle est véritablement reliée à l’hydrophobie de la phase. Des deux descripteurs, nous ne conserverons donc que CP1A. De plus, sélectionner CP1A au lieu de αCH2 permet non seulement de préserver une dimension temporelle75 qui facilite la relation caractérisation/comportement chromatographique, mais aussi de conserver une interprétation thermodynamique plus directe qu’avec un rapport de facteurs de rétention.
A l’issue des études de corrélations et de la discussion concernant la sélectivité méthylène, sont conservés au final sept descripteurs : les cinq composantes principales, la sélectivité de forme et l’asymétrie du pic de l’amiodarone. Ces descripteurs vont désormais servir de base à la construction des cartes d’identité des colonnes.