Chromatographie en phase gazeuse - Principe généraux et instrumentation

Comme toutes les méthodes chromatographiques, la chromatographie en phase gazeuse (Gaz Chromatography, GC) est une méthode de séparation. Elle repose sur la migration différentielle des constituants du mélange à analyser, dans la colonne de séparation contenant une phase stationnaire. Celle-ci est, généralement, déposée sous forme d’un film très mince (de l’ordre du µm d’épaisseur) sur la surface interne de la colonne, long tube capillaire de silice fondue enroulé sur un support. Cette migration se produit sous l’effet d’une phase mobile gazeuse appelée gaz vecteur. La particularité du procédé est d’opérer en totalité sur des produits volatilisés. Cela implique de maintenir la colonne à une température minimale convenable, tout en prévenant la dégradation thermique de la phase stationnaire et des composés à séparer.

Depuis son invention au milieu du XX^e siècle (la première publication par Erika Cremer date de 1951, mais l’invention de la technique est souvent attribuée à Martin et Synge), elle est devenue la méthode de choix pour la séparation des molécules volatiles. C’est ce qu’explique [P 1 486], qui présente ses applications concernant arômes, parfums, industries pétrolière et agroalimentaire, santé, environnement et pollution, etc.

En dehors de la séparation proprement dite, la chromatographie en phase gazeuse nécessite des éléments essentiels à l’obtention des analyses : un système d’injection des échantillons, choisi parmi les différentes possibilités disponibles commercialement, pour permettre leur introduction dans la colonne en fonction de leur nature, et au moins un système de détection en ligne des composés séparés. De nombreux détecteurs peuvent être utilisés, mais, associée à la spectrométrie de masse, la chromatographie en phase gazeuse est une technique très puissante pour l’analyse des mélanges complexes. Ce couplage permet l’identification jusqu’à la quantification, même à l’état de traces, des espèces contenues dans un échantillon, du fait de la conjugaison de son grand pouvoir séparatif et de la sensibilité de la détection.

Le traitement et l’exploitation des résultats sont rendus très performants par l’emploi des logiciels de pilotage des appareils, qui offrent toujours plus de fonctionnalités pour simplifier la tâche des utilisateurs. Ceci fait qu’on accède désormais à un nombre considérable de données à partir d’un chromatogramme obtenu avec une haute résolution, tant du point de vue séparation que de celui de la détection, et de l’identification, par comparaison avec les bases de données des spectres de masse.

À l’opposé, en contrôle de routine ou sur site, la technique doit pouvoir être mise en œuvre quotidiennement, par des personnes dont les méthodes séparatives ne sont pas l’expertise. Cela conduit à disposer d’appareillages permettant une analyse clé en mains, « presse bouton », indispensables dans les nombreux secteurs d’activité où la GC est employée.

Cet article rassemble les principes et les aspects fondamentaux régissant le fonctionnement de la technique, et passe en revue les différents éléments qui composent le chromatographe en phase gazeuse, en particulier la colonne, les injecteurs et les détecteurs.

Aucun chromatographiste ne peut suivre tous les articles concernant la GC. En première approche, nous proposons une liste de livres afin de s’orienter pour des recherches plus détaillées, qu’il est aussi très facile de compléter par des recherches ciblées sur Internet. Plusieurs articles des Techniques de l’Ingénieur détaillent certains aspects plus confidentiels de la technique qui ne peuvent qu’être mentionnés dans cet article.

Malgré la taille forcément contrainte de l’article, notre ambition est de fournir au lecteur une vue d’ensemble suffisamment détaillée de la technique pour l’appréhender dans ses nombreuses facettes avant de compléter ses informations par des lectures spécialisées.