Caractérisation de l’état de surface après silanisation par voie électrocinétique

électrocinétique

Comme précédemment, pour caractériser la gravure et la fonctionnalisation de la surface interne des

colonnes par l'APTEOS, des mesures de flux électroosmotique ont été effectuées à différents pH sur

des colonnes gravées et non gravées (Figure 60). Avec un pKa autour de 9,0 pour les amines primaires

et de 5,0 pour la silice, il nous est possible de mettre en évidence les modifications de surface en

faisant une étude de flux électroosmotique sur une gamme de pH= {2-9}. En effet, sur la figure 60,

102

nous pouvons observer que l’ensemble des charges apparentes de surface apportées par les différents

groupements (les silanols de la silice vierge, les groupements ammoniums provenant de l’agent de

gravure ainsi que les groupements amines de l’APTEOS provenant de la silanisation) varie

différemment en fonction de l'acidité du milieu. La modification de surface est donc caractérisée par

la modification de l’état de charge en surface interne du capillaire indiqué par la valeur du FEO.

Figure 60 : Evolution du flux électroosmotique en fonction du pH à force ionique constante, mesuré

sur colonnes modifiées par APTEOS gravées et non gravées à l’aide de différents tampons aux pH

variant de 2,0 à 9,0. (I=10mM ; T=20°C). Conditions opératoires : L

tot

=31,2cm ; l

eff

=20,5cm ;

d=50µm). Marqueur de flux : DMSO pris entre 1% et 0,01% dissout dans électrolyte d’analyse.

En comparant l’évolution du FEO sur colonnes non gravées des figures 58 et 60, nous observons

l’apparition d’un FEO anodique aux pH < 5,0 et une diminution de 35% du FEO cathodique observé

aux pH > 7,0 sur la figure 60. Ces différences nous révèlent le succès du greffage de l’APTEOS en

surface de la silice fondue puisque la condensation des silanols avec l’organoaminosilane est associée

à la présence du FEO inverse signifiant bien que des charges positives se trouvent en excès en surface

interne du capillaire. Ces charges proviennent de la protonation des amines primaires greffées.

En comparant les séries de valeurs du FEO des colonnes gravées (Figures 58 et 60), on s’aperçoit que

le flux anodique au pH inférieur ou égal à 4,0 (Figure 60) est multiplié par 5 à pH=2,0, par 3 à pH=2,5,

par 1,5 à pH=3,0 et enfin par 4 au pH=4,0 comparé à celui observé dans la colonne non greffée par

les amines (Figure 58). Cette augmentation significative du FEO anodique nous prouve que l’apport

des charges positives provient bien des amines primaires de l’APTEOS disponibles en surface. En

revanche aux pH>5,0 on observe que le FEO cathodique de la colonne gravée et greffée (série 1

Figure 60) est inférieur à celui observé sur la colonne gravée non greffée (série 1 Figure 58), ce qui

nous indique la présence des amines primaires toujours protonées sur toute la gamme de pH observés.

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

2 2,5 3 4 5 7,5 8 9

FEO

(*

10

^-8

m

²/V/

s)

pH

Effet de la gravure des colonnes nues

sur le FEO en CEC

103

A pH=7,7 on a une diminution du flux cathodique de 76,5% après silanisation tandis qu’elle est de

4,25 % à pH=9,0 (pKa amines primaires). Ceci s’explique probablement par une perte du « coating »

à pH=9,0 ce qui libérerait plus de silanols ionisés et générerait un FEO cathodique plus important en

milieu alcalin. D’ailleurs des études ont montré la susceptibilité d’attaque nucléophile des amines sur

les liaisons siloxanes en milieu basique dégradant ainsi la phase stationnaire [276, 282]. De plus à ce

même pH, la dissolution de la silice peut aussi avoir lieu en même temps.

On remarque généralement après la silanisation de l’APTEOS que le FEO anodique est plus élevé en

milieu acide (pH<5,0) que sur les colonnes gravées et non greffées. En milieu basique (pH > 5,0) le

flux cathodique est toujours inférieur pour les colonnes greffées à celui obtenu pour les colonnes non

greffées, sauf au pH=5,0. Il est d’ailleurs étonnant d’observer qu’à ce même pH, le flux cathodique

observé sur les colonnes gravées et fonctionnalisées est supérieur (2,0.10

^-8

m²/V/s) à celui observé

sur les colonnes uniquement gravées (0,62.10

^-8

m²/V/s) (série 1 Figures 58 et 60). De plus, la valeur

du FEO cathodique à pH=5,0 est supérieure à celle observée aux pH plus élevés. Ceci indique que la

valeur du flux électroosmotique au pH=5,0 est probablement erronée. Cela pourrait provenir du

phénomène d’hystérésis lors des analyses dans toute la gamme de pH choisie. Le traitement de la

surface de nos capillaires de silice par l’APTEOS a bien été mis en évidence par une étude de flux

électroosmotique en prenant le DMSO ou le DMF comme marqueur de flux sur une large gamme de

pH choisis. Les électrolytes tampon pour cette étude sont composés à partir d’acide phosphorique,

d’acétate de sodium, de Tris et de phosphate choisis à de faibles concentrations (environ 10mM) et à

forces ioniques constantes (I=10mM) (partie expérimentale).

Le greffage de l’APTEOS permet d’alterner le sens du flux électroosmotique du capillaire et ainsi

d’étendre la gamme de solutés analysables sur ce type de colonnes. Une étude[282] assez détaillée

sur ce type de polycondensation permet de quantifier les amines greffées en surface par leur titration

avec HCl et d’étudier la stabilité chimique de ce type de phase stationnaire en milieu aqueux mais

aucune étude à notre connaissance ne décrit le dosage in-situ des amines en CEC. Des travaux[276]

mettent en évidence deux formes d’existence des aminoorganosilanes liés chimiquement au réseau

de silice via la liaison covalente Si-C. En effet les amines primaires existent soit sous forme NH

2

libres soit sous forme zwitterionique (NH

2

-C

2

H

6

-Si-O

^-

;

⁺

NH

3

-C

2

H

6

-Si-O). La forme zwitterionique

en milieu aqueux est la plus stable des deux. Le doublet d’électrons libres de l’amine primaire du bras

est responsable de l’attaque nucléophile des amines sur le réseau de silice en milieu alcalin (hydrolyse

des siloxanes). L’équipe de Guo a relevé la performance de ce type de colonne dans la séparation des

acides aminés dansylés, des protéines et des peptides mais aussi des énantiomères de l’épinéphrine

en électrochromatographie capillaire. Les auteurs[256] utilisent la technique sol-gel avec un seul

précurseur (APTEOS) afin de greffer les amines en surface de la silice. Puis ils ajoutent 10mM de

sélecteur chiral (heptakis (2,6-di-O-méthyl)-β-cyclodextrine) en tant qu’additif à l’électrolyte

104

composé de phosphate à 30 mM et ajusté au pH=2,5 à l’aide d’une solution de HCl à 1,2 M. Ils

arrivent ainsi à séparer les deux énantiomères avec un retour à la ligne de base et des efficacités de

l’ordre de 35000 plateaux par mètre.

Greffage du sélecteur de cyclodextrine en surface de la silice modifiée

IV.1. Principe

L’étape déterminante dans la synthèse des phases stationnaires est le greffage ou l’immobilisation

des sélecteurs chiraux à la surface des capillaires précédemment modifiés par l’APTEOS. Cette

fonctionnalisation s’effectue rapidement via un couplage dit peptidique décrit par le Dr

Pédéhontaa-Hiaa dans des conditions douces et en milieu totalement aqueux. Le mécanisme et les conditions

qualitativement optimales de ce couplage sont eux décrits par l’équipe de Sam[142] (Figures 61 et

62). La synthèse de ce type de CSPs est avantageuse en raison d’une bonne solubilité du mélange

réactionnel ainsi que de ses sous-produits en milieu aqueux. De plus, la simplicité du protocole de

greffage du sélecteur est un atout majeur. Il s’agit de former des liaisons amides entre les amines

primaires en surface et les fonctions carboxyliques du polymère ou des monomères de

β-cyclodextrine.

Dans le document Conception et évaluation de phases stationnaires chirales pour l'emploi en électrochromatographie capillaire ( Tubes ouverts et colonnes monolithes ) (Page 102-105)