Caractérisation par la détermination des masses molaires

Dans le domaine de l’analyse et de la caractérisation des substances chimiques, l’analyse chimique élémentaire et surtout la détermination de la masse molaire sont essentielles dans l’identification de la molécule. En chimie organique (ou minérale) classique, les composés sont constitués d’atomes en nombre et nature bien définis. Ils présentent, en outre, des propriétés physiques : densité, température de fusion, température d’ébullition, etc., bien précises et sont caractérisés par une masse molaire unique et généralement faible (inférieure à 1 000 ou 2 000). La détermination de leur masse molaire ou masse d’une mole c’est-à-dire 6,022 × 10²³ molécules se fait aisément par l’analyse des propriétés thermodynamiques des solutions binaires constituées par la substance à étudier en solution (à faible concentration) dans un solvant donné. Les méthodes dérivées de ces propriétés thermodynamiques (méthodes dites colligatives) comme la cryoscopie, l’ébulliométrie ou la tonométrie sont parfaitement adaptées.

En chimie macromoléculaire (matières plastiques, caoutchouc, polymères hydrosolubles ou biopolymères : protéines, acides nucléiques, virus, etc.), le problème de la détermination de la masse molaire est plus complexe. En effet, ces substances macromoléculaires présentent, dans la plupart des cas, des dimensions et des masses molaires relativement élevées, de sorte que les méthodes colligatives citées précédemment ne sont pratiquement pas utilisables. De plus, les composés macromoléculaires présentent, à de rares exceptions près, une importante hétérogénéité de masse définie par la polymolécularité de la substance. Il existe, contrairement aux espèces chimiques bien définies, une répartition plus ou moins large des masses molaires, d’où la notion de courbe de distribution et de valeurs moyennes de la masse molaire. Afin d’accéder à ces différents paramètres moléculaires, il a fallu développer un certain nombre de méthodes plus adaptées à ce type de substances, comme les méthodes hydrodynamiques (viscosité, chromatographie d’exclusion stérique, etc.) ou les méthodes du rayonnement : interaction entre matière et rayonnement (diffusion multi-angulaire de la lumière,etc). Ces deux groupes de techniques étant généralement associées pour fournir de meilleurs résultats.

Le but de cet article n’est pas de décrire en détail le principe et encore moins la pratique de ces différentes méthodes, mais d’en donner un aperçu général, en particulier de préciser le type de paramètres moléculaires et le domaine de masse accessible, ainsi que leurs avantages, inconvénients et difficultés. Quelques exemples pratiques d’application à certaines substances macromoléculaires spécifiques et largement utilisées dans la chimie macromoléculaire sont donnés.