Colonnes Chromolith^® : la haute performance à basse pression

Si vous utilisez des colonnes de séparation particulaires classiques lorsque vous travaillez en chromatographie liquide haute performance (HPLC) en recherche et dans l'industrie, vous devez utiliser des pressions pouvant atteindre 1400 bar. Cependant, ces hautes pressions ne sont pas nécessaires quand on utilise les colonnes Chromolith^® spéciales de la gamme Supelco^®, qui sont constituées d'une pièce d'un seul tenant et permettent des performances de séparation rapides et de haut niveau avec une contre-pression dans la colonne relativement faible. Elles sont fabriquées exclusivement à Darmstadt en Allemagne.

Qu'il s'agisse de résidus d'insecticide dans du miel, de colorant artificiel dans du jus d'orange ou de la pureté d'un médicament, les méthodes de séparation chromatographiques sont indispensables dans de nombreux domaines de la recherche et de l'industrie. La chromatographie liquide haute performance (HPLC) est devenue la méthode d'analyse la plus utilisée.

Qu'est-ce qui rend la HPLC si spéciale ? Les particules extrêmement fines du matériau de séparation garantissent des performances de séparation élevées. Plus le matériau de séparation (connu sous le nom de phase stationnaire) est fin, meilleure est la performance de séparation. Et c'est exactement là que se situe le défi, car plus le matériau est fin, moins il y a d'espaces entre les particules. Cela augmente la pression générée dans la phase mobile pour séparer les substances à analyser.

"On atteint facilement 300 bar voire plus dans une séparation rapide haute performance avec de très petites particules", explique Petra Lewits, cheffe de produit responsable de cette partie de la gamme Supelco^® au sein de l'activité Life Science de Merck. "Il est même possible que cela atteigne 1400 bar. Mais à un certain point, vous atteignez la limite, parce qu'une très haute pression continue exerce une contrainte sur l'ensemble du système. Les colonnes contenant des petites particules se colmatent relativement rapidement. Cela a un effet négatif important sur la durée de vie de la colonne et sur le coût de l'analyse", souligne Mme Lewits.

Il existe toutefois une solution qui permet de dépasser cette limite. Au lieu d'utiliser des colonnes avec des phases stationnaires toujours plus fines, il est possible d'utiliser un monolithe, une colonne de séparation qui est constituée d'une pièce d'un seul tenant. Lorsque les premiers modèles sont apparus sur le marché dans les années 1990, la performance de séparation était encore trop faible. Cela a changé quand le chercheur japonais Kazuki Nakanishi est parvenu à fabriquer un monolithe à partir de gel de silice. Une expertise en chimie n'était toutefois pas suffisante pour mettre le produit sur le marché. Il lui fallait un soutien émanant de l'industrie. Karin Cabrera, qui travaillait sur les nouveaux matériaux de chromatographie en R&D chez Merck à l'époque, a entendu parler de cette situation. Mme Cabrera, titulaire d'un doctorat en chimie, a su reconnaître le grand potentiel du produit et a pris contact avec des collègues de l'Université de Kyoto.

Les principes chimiques à l'origine de la formation des gels de silice n'étaient pas vraiment un secret. En revanche, les exigences pour fabriquer une colonne de séparation à partir d'une pièce d'un seul tenant constituent ce qui différencie ce procédé d'un procédé classique. Les monolithes sont formés dans des tubes de gélation spécialement préparés, ce qui crée ensuite la forme cylindrique recherchée. Un tube de gélation différent est employé pour chaque taille de colonne HPLC.
La taille des macropores est déterminée par l'utilisation d'oxyde de polyéthylène. Les mésopores, qui sont environ cent fois plus petits, se forment ensuite à la surface du gel de silice. Ils sont ensuite utilisés pour séparer le mélange de substances.

Cependant, il fallait d'abord surmonter un problème crucial. Pour que des colonnes monolithiques puissent être utilisées en HPLC, elles devaient être suffisamment stables en présence à la fois d'une pression et de solvants. Merck a développé un procédé spécial juste pour cela, procédé dans lequel les monolithes sont revêtus de plastique haute performance. Le successeur de Karin Cabrera, Benjamin Peters, explique : "Le revêtement est l'étape la plus délicate ; il est au cœur de la fabrication des colonnes Chromolith^®. À ce jour, aucun de nos concurrents n'a réussi à mettre un revêtement comparable autour des monolithes de gel de silice." Par conséquent, vingt ans plus tard, ce procédé spécial demeure spécifique aux produits analytiques de la gamme Supelco^®.