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Analyse de la Dispersion de Taylor et Electrophorèse Capillaire pour la Caractérisation des Polymères

Hervé Cottet (UMR CNRS 5247, Université de Montpellier 2 - Equipe Dynamique des Systèmes Biomoléculaires Complexes, Institut des Biomolécules Max Mousseron)

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L’électrophorèse capillaire (EC) est une méthode séparative miniaturisée (diamètre interne compris entre 10 et 75 µm) et automatisée permettant de réaliser des séparations sous champ électrique dans une veine liquide. L’analyse d’échantillons très visqueux par EC ne présente pas les mêmes limitations qu’en chromatographie (absence de phénomènes de digitation visqueuse). Il est, par conséquent, possible d’analyser et de séparer des échantillons de viscosité très importante (jusqu’à plusieurs dizaines de milliers de cP).
Par ailleurs, la détermination des rayons hydrodynamiques (ou des coefficients de diffusion) par l’analyse de la dispersion de Taylor (TDA) est une méthode simple, rapide et absolue, qui ne consomme que quelques nL d’échantillon. Cette méthode consiste à injecter une bande de soluté dans un tube capillaire ouvert et à la mobiliser sous l’influence d’un flux hydrodynamique (profil de vitesse parabolique, écoulement de Poiseuille). Le principe de la détermination du rayon hydrodynamique repose sur la relation de Taylor-Aris qui établit le lien entre l’étalement du pic de soluté (voir Figure 1) et le coefficient de diffusion moléculaire.

Dans le cas d’échantillons polydisperses, la TDA permet de déterminer le rayon hydrodynamique moyen en poids (détecteur sensible à la concentration massique) ou en nombre (détecteur sensible à la concentration molaire). Cette moyenne est très différente de celle obtenue par diffusion dynamique de la lumière (DLS), ce qui fait de la TDA une méthode complémentaire à la DLS. Des exemples d’applications seront présentés et comparés aux méthodes de diffusion de lumière [1,2]. L’utilisation de la TDA pour le suivi des réactions de polymérisation sera abordée. La possibilité de coupler l’EC avec la TDA ouvre des perspectives intéressantes puisqu’il est possible de séparer les constituants d’un mélange sous champ électrique et de les analyser en ligne par TDA pour déterminer leurs rayons hydrodynamiques [3].

Article en rapport avec le sujet :

[1] Determination of dendrigraft poly-L-lysine diffusion coefficients by Taylor dispersion analysis. H. Cottet, M. Martin, A. Papillaud, E. Souaïd, H. Collet, A. Commeyras, Biomacromolecules, 2007, 8, 3235-3243.

[2] Taylor Dispersion Analysis of Mixtures. H. Cottet, J.-P. Biron, M. Martin, Anal. Chem., 2007, 79, 9066-9073.

[3] Size-based characterization by the coupling of Capillary Electrophoresis to Taylor Dispersion Analysis. T. Le Saux, H. Cottet. Anal. Chem., 2008, 80, 1829-1832.

Légende de la figure:

Exemples de Taylorgrams obtenus à différentes pressions de mobilisation pour un standard de polystyrènesulfonate (PSS) et une petite molécule (phtalate). Conditions expérimentales : capillaire en silice vierge, 50 cm ? 50 µm d.i., tampon borate 80 mM, pH 9.2.