Electrophorèse capillaire (CE)

La recherche d’un éventuel potentiel des liquides ioniques dans le domaine de l’électrophorèse capillaire date de moins d’une dizaine d’années et n’a été étudié que par un petit nombre d’équipes dans le monde. Il existe actuellement une vingtaine d’articles sur ce sujet qui mettent en évidence de nouveaux systèmes d’interactions dans un large domaine d’applications. Les propriétés des liquides ioniques telles que leur non volatilité, leur stabilité thermique, et surtout leur faculté à solubiliser des composés organiques et inorganiques, en ont fait des composés d’intérêt en électrophorèse capillaire. Cependant, leur forte viscosité et leur forte conductivité sont les inconvénients majeurs des liquides ioniques et impliquent que ces nouveaux milieux ne peuvent pas être utilisés purs, mais uniquement en tant que composant de l’électrolyte support.

La grande solubilité des liquides ioniques dans les solvants organiques (εr > 7) et la

milieux en électrophorèse capillaire en milieu aqueux (CE), mais aussi en milieu organique (NACE).

Dans toutes les applications qui seront citées dans la suite de ce paragraphe, l’utilisation des liquides ioniques dans l’électrolyte support a provoqué une baisse, puis une inversion du flux électroosmotique [99-101]. Ce phénomène est dû à la modification dynamique de la paroi du capillaire, elle-même due aux interactions électrostatiques du cation des liquides ioniques et des groupements silanol de la paroi du capillaire (Figure 7). Yanes et coll. ont montré qu’à une certaine concentration en liquide ionique (90 mM pour le [BMIM,BF4]), le flux se stabilise ce qui pourrait s’expliquer par une « saturation » complète

de la paroi du capillaire [99].

5.3.4.1 Electrophorèse capillaire en phase aqueuse (CE)

Stalcup et coll. ont été les premiers à avoir mis en évidence l’intérêt de liquides ioniques en tant que nouvel électrolyte support en CE. Ils ont développé une méthode électrophorétique simple et reproductible pour la séparation de composés polyphénoliques en utilisant d’abord des sels de tétraéthylammonium [102], puis des sels d'imidazolium

([CnMIM] avec n = 2, 4) [99] comme électrolyte support. Il résulte de ces études un système

d’interactions complexe (Figure 7) mettant en jeu l’analyte et le cation du liquide ionique libre en solution et/ou en interaction avec la paroi. Il semble que l’interaction entre les polyphénols et les cations libres soit prédominante [99]. La nature du cation et de l’anion du liquide ionique a une grande influence sur l’efficacité de la séparation. Par exemple, le cation [BMIM] permet d’obtenir une meilleure résolution comparée à EMIM, mais le temps d’analyse est plus long. De même, il n’y a pas de séparation avec les anions CF3SO3- et NO3-,

alors que l’anion BF4- produit une séparation reproductible.

Figure 7 : Mécanismes de séparation de composés polyphénoliques mettant en jeu des liquides ioniques à base de cation 1-alkyl-3-méthylimidazolium [99]

De la même manière, Jiang et coll. ont utilisé les liquides ioniques à base de cation imidazolium et leur propriété de modification dynamique de la paroi du capillaire, comme électrolyte support pour des séparations de protéine [103]. La modification de la charge à la surface interne du capillaire a permis d’obtenir des séparations efficaces et répétables pour des protéines basiques. Cabovska et coll. ont étudié le comportement de phénols monohalogénés, isomères de position, en présence de [EMIM,BF4] ou de [Et4N,BF4] [104]. Dans les deux cas,

l’affinité avec le cation du liquide ionique dépend aussi bien de la taille du groupement halogène que de la place du substituant (para ou ortho). Une étude RMN suggère une association entre le EMIM et les phénols provenant d’une interaction π-π entre le cycle imidazolium et le phénol. Plus récemment, plusieurs applications en EC ont mis en jeu les liquides ioniques à base de cation imidazolium comme électrolyte support ou additif à l’électrolyte support. Qi et coll. ont étudié les séparations d’anthraquinone et de dérivés bioactifs de flavone dans des herbes chinoises, en présence de β-cyclodextrine et de

[BMIM,BF4] ou de [EMIM,BF4] [105,106]. Dans leur dernière publication, ils ont réalisé la

séparation et la détermination de sucres végétaux issus de plantes médicinales par

chromatographie électrocinétique micellaire capillaire (MEKC) avec du [BMIM,BF4] comme

agent modificateur [107]. Yu et coll. ont travaillé sur la séparation d’herbicides (acide benzoique et chlorophénoxy acides) en présence de [EMIM,Cl] ou de [EMIM,PF6] [108].

Très récemment, Marszall et coll. ont obtenu la séparation de l’acide nicotinique et de ces

isomères de structures en présence de [EMIM,BF4] comme additif à l’électrolyte [109]. Ces

différentes applications ont montré avec succès, le grand intérêt de l’utilisation des liquides ioniques dans de nombreux domaines analytiques (pharmaceutique, environnement…). Malheureusement les interprétations aux interactions complexes mises en jeu n’ont pas été données. Elles restent pour la plupart basées sur les travaux précurseurs de Yanes (Figure 7).

Pour un autre type d’application, Qin et coll. ont utilisé un greffage covalent de la surface interne du capillaire par le cation imidazolium. Ce greffage, directement inspiré de la synthèse des liquides ioniques, suit un protocole expérimental complexe schématisé sur la Figure 8. Cette approche a été appliquée à la séparation de drogues positivement chargées [110], d’ADN [111] et d’ions métalliques [112,113]. Les études réalisées avec ce type de capillaires ont montré une bonne stabilité du flux électroosmotique jusqu’à 80 heures d’utilisation. De plus, le caractère covalent de ce greffage permet une bonne compatibilité pour le couplage avec la spectrométrie de masse.

Figure 8 : Schéma réactionnel de la procédure du greffage covalent des liquides ioniques [112]

Une dernière voie d’application des liquides ioniques en EC a été investiguée par Mwongela et coll. Les liquides ioniques ([CnMIM,X] n = 2, 4 ; X = BF4-, PF6-, Cl-, CF3SO3-)

ont été étudiés en MEKC pour des séparations de composés achiraux (alkylarylcétones, et chlorophénols) et de composés chiraux (dérivés de binaphtyle) [114]. Un agent polymére chiral (l’oleyl-leucyl-valinate de sodium) et les liquides ioniques ont été ajoutés à un tampon de faible conductivité respectivement en tant que phase pseudo-stationnaire et modificateur. Pour les composés chiraux, la séparation énantiomère dépend des interactions entre les analytes et l’agent polymère. Cependant, la présence de liquide ionique influe sur le temps d’élution et sur l’efficacité des pics, mais aucune interprétation sur les interactions n’est fournie.

5.3.4.2 Electrophorèse capillaire en phase non aqueuse (NACE)

La très bonne miscibilité des liquides ioniques dans de nombreux solvants organiques (εr > 7) et leurs propriétés de solubiliser des composés organiques ou inorganiques ont fait de

ces nouveaux milieux, des composés d’intérêts comme additif en NACE. Ce domaine d’activité, très récent, a donné lieu à 6 publications, exclusivement du groupe de Vaher et Koel.

Plusieurs liquides ioniques à base de cation imidazolium [CnMIM,X] (n = 4,8 ; X =

PF6-, CH3CO2-, CF3CO2-, NTf2-, CF3(CF2)2CO2-) ont été testés comme additifs dans

l’acétonitrile, dans le méthanol ou dans le carbonate de propylène, pour la séparation de colorants insolubles dans l’eau [115], de phénols et d’acides aromatiques [116,117], et de

polyphénols [118,119]. Il résulte de ces études que la nature de l’anion ainsi que la concentration du liquide ionique, sont les paramètres influents sur le comportement électrophorétique dans ces milieux. L’utilisation des liquides ioniques dans des solvants aprotiques a permis la séparation de composés neutres (Figure 9) due à l’hétéroconjugaison entre l’acide de Brønsted (acide carboxylique, phénol) et l’anion du liquide ionique [100,116]. En effet, de nombreux acides de Brønsted ont la propriété d’être des acides faibles en milieu aprotique. Les anions en solution sont très faiblement solvatés et interagissent donc avec les composés hydrogène donneurs.

Figure 9 : Séparation de phénols (a) et d’acides aromatiques (b) par électrophorèse en milieu non-aqueux en présence de liquide ionique [116]

Condition : Capillaire en silice vierge : 50 µm d.i. * 80 cm (détection, 53 cm)

Electrolyte : Acétonitrile + [BMIM,CF3CO2-] 0,23 mg.mL-1 (a) et 0,98 mg.mL-1 (b)

Solvant : H2O/MeOH en différentes proportions

Tension appliquée : +18 kV. Température : 25°C. Détection UV 210 nm

Identification : (a) 0 EOF ; 1 p-éthylphénol ; 2 phénol ; 3 hydroquinone-naphthol ; 4 résorcinol ; 5 phloroglycinol dihydrate ; 6 1,3dihydroxynaphthalène ; 7 pyrocatéchol (b) 0 EOF ; 1 acide p-aminobenzoique ; 2 acide m-aminobenzoique ; 3 acide benzoique ; 4 acide hippurique ; 5 acide m-nitrobenzoique ; 6 acide salicylique

Plus récemment, Vaher et coll. ont réalisé la séparation en détection indirecte de cations métalliques contenus dans une eau minérale avec un électrolyte MeOH pur contenant 20 mM de BMIM CF3(CF2)CO2 [100]. Le mécanisme de séparation reste toutefois à

déterminer.