Conclusion de l’étude bibliographique
Chapitre 1. Préparation des solutions et mesure de solubilité en microfluidique
1.2. Méthode de préparation en ligne des solutions
1.2.1. Principe et Montage
Cette méthode de préparation en ligne des solutions est basée sur la dissolution en ligne d’une poudre (à l’image d’un percolateur à café). Pour cela, un capillaire en PFA de 1mm de Diamètre Interne (DI) est rempli de poudre (environ 30 mg) qui est tassée manuellement. Puis ce capillaire est branché à un filtre (0,5 µm de taille de pore) bloquant la poudre (Figure 45b). Le principe est simple, un flux de solvant va traverser le lit de poudre bloqué par le filtre et ainsi le dissoudre. En sortie du filtre, la solution récupérée peut être analysée à l’aide d’un spectromètre UV en ligne. La partie « dissolution » de ce dispositif (capillaire, poudre et filtre) peut être placée dans une enceinte thermostatée afin de réguler la température à laquelle le solvant passera dans la poudre et ainsi augmenter la concentration de la solution récupérée en sortie du filtre. L’enceinte thermostatée utilisée pour ces premières expériences permet le contrôle de la température entre la température ambiante et 65 °C (ANACRISMAT).
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Figure 45. (a) Schéma du montage de préparation en ligne des solutions (b) capillaire de 1 mm de diamètre interne rempli de poudre et connecté à un filtre (c) cellule UV et fibres optiques (FO).
Ce premier montage a permis de valider la nouvelle méthode de préparation en ligne des solutions. En effet, la poudre se dissout bien pendant le passage du solvant et ne bloque pas le flux. La vitesse du fluide en sortie du filtre reste constante après une courte période de stabilisation (quelques secondes). La Figure 46 montre le profil d’absorbance mesuré en sortie du filtre au cours du temps pour une petite quantité de Gliclazide dans lequel passe de l’acétonitrile à un débit relativement élevé (2 mL/h au lieu d’un débit de l’ordre de 0.5mL/h utilisé classiquement). Le but étant ici de pouvoir mesurer tout le profil d’absorbance jusqu’à quasi-dissolution totale de la poudre. On peut ainsi remarquer que l’on mesure un palier d’absorbance (et donc de concentration) pendant un temps important avant un décrochage dû à la consommation de la quantité de poudre nécessaire pour atteindre un équilibre. Il est à noter que le pic d’absorbance aux alentours de 0 seconde est dû à l’interface entre l’air et le « front » de la solution. De même le pic observé vers 980 secondes correspond au passage d’une bulle d’air.
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Figure 46. Absorbance (à 274nm) en fonction du temps mesurée en sortie du filtre après passage d’acétonitrile, dans un lit de poudre de Gliclazide (≈10mg) à un débit de 2mL/h.
Les concentrations, correspondant à ce palier mesuré, après passage dans le lit de poudre sont très proches des valeurs de solubilité de ces poudres à la température appliquée. Il semble donc que la dissolution soit optimale. Cependant, nous allons voir que ce montage présente des limitations concernant la mesure de la concentration après dissolution.
1.2.2. Limitations de ce premier montage
Le spectromètre UV en ligne permet de mesurer l’absorbance de la solution passant à travers la cellule à la longueur d’onde d’intérêt de la solution passant à travers la cellule, et ainsi d’en déduire la concentration. Pour cela, il est nécessaire dans un premier temps de réaliser un « blanc » ; c’est-à-dire d’enregistrer l’absorbance engendrée par la cellule UV et le solvant, pour pouvoir ensuite la soustraire à l’absorbance mesurée et ne récupérer que l’absorbance due au passage de la molécule étudiée. Une seconde étape consiste à réaliser un étalonnage grâce au passage dans la cellule UV de solutions de concentration connues, afin de déduire la relation entre absorbance et concentration. Classiquement, cette relation permet de déduire le coefficient (
ε
) reliant absorbance et concentration dans la loi de Beer-Lambert :𝐴 = 𝜀𝑙𝐶
ÉQUATION 14
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ε
: le coefficient d’absorption molaire (L.mol-1.cm-1) l : la distance entre les fibres optiques (cm-1) C : la concentration de la solution (mol.L-1)Cependant, le domaine d’application de la loi de Beer-Lambert est restreint à un domaine de faible concentration, dans lequel l’absorbance évolue linéairement. Comme on peut le voir sur la Figure 47, à partir d’une certaine concentration, l’absorbance n’évolue plus de manière linéaire et tend vers une valeur de saturation. Dans le cas de nos mesures, les concentrations mesurées en sortie du filtre sont élevées et dépassent souvent la zone de linéarité de la loi de Beer-Lambert. Il est donc nécessaire de réaliser un étalonnage sur un large domaine de concentrations nécessitant la préparation d’un grand nombre de solutions étalons concentrées et ceci pour chaque solvant ou milieu de l’étude, ce qui engendre une consommation de matière première importante. On perd, ainsi, l’intérêt de la préparation en ligne en microfluidique si ces solutions étalons (préparées « hors-ligne ») sont nécessaires pour connaitre les concentrations des solutions préparées en ligne.
Figure 47. Absorbance UV (274 nm) en fonction de la concentration en Gliclazide/DMSO (courbe d’étalonnage)
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1.2.3. Résolution du problème d’étalonnage
Afin de pallier ces problèmes, il a été choisi d’ajouter au montage précédent une étape de dilution utilisant une jonction en Té et un second filtre. La jonction en Té est utilisée pour injecter le même solvant en sortie du filtre afin de réaliser une dilution pour ramener la concentration de la solution dans la zone de linéarité de la loi de Beer-Lambert. Cependant, le mélange de deux solutions dans une jonction en Té donne en sortie deux flux parallèles qui se mélangent seulement par diffusion, d’où un mélange peu homogène (Figure 48a). L’ajout d’un filtre permet d’améliorer un peu le mélange mais on peut voir dans la Figure 48b que la solution en sortie n’est toujours pas homogène. Par conséquent on ajoute du verre pilé en amont du second filtre, ce qui améliore considérablement l’homogénéisation du mélange (Figure 48c).
Figure 48. Photos lors du mélange1 : 1 d’une solution aqueuse rouge et jaune dans une jonction en Té (a) uniquement par diffusion (b) après passage dans un filtre 0.5 µm (c) après passage à travers une petite quantité de verre pilé et d’un filtre 0,5 µm.
Le schéma du montage final est présenté sur la Figure 49. Il permet de remplacer la procédure d’étalonnage classique, qui est longue et coûteuse, par une unique mesure d’absorbance sur une solution étalon de faible concentration (environ 1mg/mL). Cette faible concentration permet de garantir que l’on se situe dans la partie linéaire de l’absorbance. Ensuite, il suffit que la dilution réalisée entre les deux filtres permette d’atteindre la même absorbance (ou intensité transmise) que la solution étalon, et de connaitre le facteur de dilution appliqué. Ainsi, nous pouvons déduire la concentration de la solution préparée en amont. Ce montage a été testé pour la mesure de solubilité de deux systèmes de référence dans différents solvants : le paracétamol dont les solubilités sont bien connues dans la littérature et le Gliclazide dont les solubilités ont été mesurées à l’aide d’un
85 multipuit. Et nous retrouvons bien des concentrations des solutions, préparées par cette méthode, proches des solubilités.
Figure 49. Schéma du montage permettant de préparer une solution homogène dilué afin d’en mesurer précisément la concentration en sortie du filtre.