Influence du TBAF sur la taille des échantillons Avicel

Dans la littérature, il est décrit que l’augmentation de la quantité de LiCl en solution de LiCl/DMAc favorise la dissolution des échantillons de cellulose (Strlič et al., 2002).

Par analogie, l’étude de l’influence de la teneur en TBAF dans la solution de préparation TBAF/DMSO, sur les volumes hydrodynamiques des échantillons de cellulose Avicel est réalisée. Différents échantillons de cellulose Avicel ont ainsi été préparés à des concentrations variables de TBAF en solution (de 100 à 2,5 mg/mL). Les chromatogrammes obtenus sont représentés sur la Figure 50.

Les chromatogrammes obtenus démontrent une forte influence de la concentration en TBAF sur le fractionnement des échantillons, et par conséquent sur le volume hydrodynamique, d’un même échantillon de cellulose.

Figure 50 Chromatogrammes cellulose Avicel à 1 mg/mL, préparée à différentes concentrations en TBAF (solvant d’élution : DMSO ; débit d’élution : 0,5 mL/min ; 60°C)

Les échantillons préparés avec les plus fortes concentrations en TBAF, 100 et 50 mg/mL, présentent des chromatogrammes avec un pic étalé, résultant d’une hétérogénéïté des échantillons. Le chromatogramme de l’échantillon Avicel préparé à partir d’une solution TBAF/DMSO de concentration en TBAF de 100 mg/mL présente deux pics d’élution.

142 Les chromatogrammes d’échantillons de plus faible concentration en TBAF, 2,5 et 5 mg/mL présentent d’importantes différences. Le pic d’élution de l’échantillon préparé à 5 mg/mL est légèrement étalé, alors que le pic d’élution de l’échantillon préparé à 2,5 mg/mL présente 2 pics nettement distincts. Le 1er _{pic est élué dans le volume mort V}

o de la colonne et représente la majorité du signal (> 50 %). Le 2nd _{pic est très étalé.}

Enfin, les pics d’élution des échantillons préparés avec des concentrations en TBAF de 10 et 20 mg/mL présentent un aspect bien défini et similaire (Figure 51).

Figure 51 Chromatogrammes des échantillons Avicel préparés [TBAF] = 10 et 20 mg/mL (solvant d’élution : DMSO ; débit d’élution : 0,5 mL/min ; 60°C)

Différentes hypothèses peuvent expliquer ces phénomènes (Figure 52).

Une concentration insuffisante en TBAF ne permet pas une dissociation totale des chaînes de cellulose en solution. C’est le cas des échantillons préparés avec des solutions de TBAF de concentration 2,5 et 5 mg/mL. Une partie de l’échantillon est dissous tandis qu’une autre partie est juste gonflée.

Par conséquent la partie de l’échantillon gonflé peut présenter un volume hydrodynamique trop important pour permettre sa rétention dans le système de colonne (2,5 mg/mL). Dans des conditions idéales en molécules de TBAF en solution, la dissolution est totale et permet une dissociation totale des chaînes de cellulose, sans que la teneur en TBAF influe de manière significative sur les volumes hydrodynamiques (10 et 20 mg/mL).

143 Les fibres de cellulose sont totalement dissociées. Cependant, les molécules de TBAF en excès peuvent soit (i) s’agréger sur les chaînes libres, soit (ii) rompre les liaisons hydrogène intra-moléculaire, responsables de la conformation de la cellulose en solution, et permettre le dépliement total de la chaîne. Dans ces 2 cas, le volume hydrodynamique des chaînes de cellulose augmente (50 et 100 mg/mL).

Figure 52 Conformations possibles des chaînes de cellulose dissoutes selon la concentration en TBAF

Pour les différents échantillons Avicel analysés, les différentes valeurs de masses molaires (MM sup, MM inf, Mn et Mw) ont pu être déterminées grâce aux chromatogrammes et à la courbe de calibration CC DT 0 (Figure 41) déterminées précédemment. Ces valeurs ont pu être comparées aux valeurs données par les fournisseurs et aux valeurs Mv mesurées par viscosimétrie (chapitre II). Ces valeurs sont résumées dans le Tableau 28.

Les masses molaires obtenues pour les échantillons préparés aux concentrations 100, 50, 5 et 2,5 mg/mL sont très nettement supérieures aux valeurs de référence (MM fournisseur et Mv). A trop forte ou trop faible concentration en TBAF, le volume hydrodynamique des échantillons est anormalement élevé ce qui conduit à une surestimation des masses molaires calculées.

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Tableau 28 Comparaison avec les valeurs fournisseurs et viscosimétriques, des masses molaires obtenues par calibration relative de l’échantillon Avicel préparé avec différentes concentrations en TBAF.

[TBAF] % exclu Ip Mn* Mw*

Mv* MM* MM* fournisseur

non-traité traité inf sup inf sup

100 2,4 2,7 82,1 221,3 36,6 47,8 7,2 27,6 24,3 56,7 1,1 12,6 14,2 27,6 2142,7 50 3,5 2,1 110,0 233,4 31,7 2142,7 20 0,9 1,1 43,6 48,4 17,8 176,4 10 0,8 1,1 43,8 46,9 20,7 125,9 5 1,3 1,3 68,2 87,0 24,0 1541,6 2,5 64,5 1,4 52,5 74,6 3,6 125,9

* Mn, Mw, Mv et MM sont exprimées en kDa ; [TBAF] en mg/mL

Les phénomènes d’agrégation de molécules de TBAF sur les chaînes polymériques de cellulose dus à la forte teneur en TBAF (50 et 100 mg/mL) ou les phénomènes de dissolution partielle (2,5 et 5 mg/mL) peuvent être responsables de ces volumes hydrodynamiques importants des échantillons en solution.

En revanche, les échantillons préparés à 10 et 20 mg/mL de TBAF présentent des masses molaires sensiblement similaires aux masses molaires de référence. A ces concentrations en TBAF, les systèmes de solvant TBAF/DMSO respectifs, dissolvent parfaitement la cellulose Avicel, sans modification apparente des volumes hydrodynamiques de ces échantillons.

D’après la littérature, la détermination de la distribution de masses molaires par méthode relative nécessite la préparation des standards et des échantillons inconnus dans les mêmes conditions. Les masses molaires de l’échantillon Avicel préparés avec une solution TBAF/DMSO de concentration en TBAF de 10 mg/mL, sont déterminées à partir de CC DT 1 et comparées à celles déterminées avec CC DT 0 (Tableau 29).

Tableau 29 Masses molaires de Avicel préparé en TBAF de 10 mg/mL, selon deux courbes de calibration

% exclu Ip Mn* Mw* MM*

inf sup

CC DT 0 0,8 1,1 43,8 46,9 17,8 176,4 CC DT 1 0,9 1,1 45,7 49,8 26,0 202,2

145 Les valeurs obtenues par l’emploi des CC DT 1 et CC DT 0 sont proches. Ces résultats confirment que nos courbes de calibration sont similaires. Par conséquent, l’utilisation de la courbe de calibration CC DT 0 pour l’ensemble des échantillons semble possible et validée.

Le système de solvant TBAF/DMSO de concentration en TBAF de 10 mg/mL permet l’obtention de chromatogrammes mieux définis. Ce système de solvant est privilégié pour la dissolution des autres échantillons de cellulose.

III.3.3.2 Détermination de la distribution de masses molaires d’échantillons de