Développement de la méthode SFC-UV

Développement de la méthode SFC-UV

Avec la nécessité de trouver de nouvelles sources d’énergie pour le futur, le développement de bio-carburants de seconde génération (2G) issus de la conversion de la biomasse prend tout son sens. Il existe plusieurs voies de conversion de cette biomasse et l’une d’elle consiste en un procédé thermochimique (pyrolyse rapide) entre 400 et 450°C produisant des huiles de pyrolyse rapide. Ces liquides sont constitués de composés richement oxygénés, corrosifs et thermiquement instables pour certains. De par leurs propriétés, la caractérisation complète de ces échantillons complexes reste encore un challenge à l’heure actuelle. En effet, plusieurs techniques analytiques ont déjà contribué à la caractérisation d’une partie de ces mélanges. La chromatographie en phase gazeuse (GC) a notamment permis l’identification et la quantification d’environ 40 % de la matrice mais reste limitée pour les composés les plus polaires et de hautes masses moléculaires. La chromatographie en phase liquide (LC) est envisagée aujourd’hui comme une approche complémentaire en utilisant entre autre la chromatographie liquide bidimensionnelle (LCxLC). En parallèle de ces développements, il apparaît pertinent d’évaluer l’intérêt d’employer un fluide supercritique pour séparer les composés présents dans ces matrices complexes. Avec l’émergence des nouvelles générations d’appareillages, la chromatographie en phase supercritique (SFC) connait un véritable regain d’intérêt et son utilisation pour la caractérisation des huiles de pyrolyse rapide n’est à notre connaissance pas encore reportée. L’étude décrite dans ce chapitre présente le développement de l’ensemble des paramètres clés de la méthode de séparation qui conduiront à maximiser la capacité de pics. L’originalité de l’étude proposée repose sur le fait que le développement de méthode est mené directement sur l’échantillon de biomasse et non sur un mélange de molécules modèles. Ce chapitre présente la méthodologie appliquée pour parvenir à une méthode SFC adaptée à la caractérisation des huiles de pyrolyse rapide comme exemple de matrice complexe. La mise en place de la méthodologie ainsi que les résultats obtenus pour les différents paramètres clés (phases mobiles et stationnaires, les conditions de gradient, la température et la pression régulée (BPR)) sont ainsi décrits.

L’objectif du travail concerne le développement d’une méthode de séparation par chromatographie en fluide supercritique adaptée à l’analyse d’huiles de pyrolyse rapide. Il est difficile de réaliser un mélange entièrement représentatif des huiles de pyrolyse du fait de notre connaissance partielle mais également de la disponibilité commerciale limitée des molécules modèles. C’est pourquoi l’approche proposée consiste à réaliser une optimisation des différents paramètres influençant la rétention en exploitant directement les chromatogrammes issus de l’analyse d’une bio- huile prise pour référence. Les paramètres clés d’une séparation SFC doivent donc être optimisés : la natures des phases, stationnaire et mobile, les conditions de gradient, géométrie de la colonne, la température de la colonne, la BPR. Le débit quant à lui a été fixé de manière à atteindre la pression maximale supportée par l’appareillage et ainsi accomplir l’analyse en un minimum de temps. L’objectif du travail concerne le développement d’une méthode de séparation par chromatographie en fluide supercritique adaptée à l’analyse d’huiles de pyrolyse rapide. Il est difficile de réaliser un mélange entièrement représentatif des huiles de pyrolyse du fait de notre connaissance partielle mais également de la disponibilité commerciale limitée des molécules modèles. C’est pourquoi l’approche proposée consiste à réaliser une optimisation des différents paramètres influençant la rétention en exploitant directement les chromatogrammes issus de l’analyse d’une bio- huile prise pour référence. Les paramètres clés d’une séparation SFC doivent donc être optimisés : la natures des phases, stationnaire et mobile, les conditions de gradient, géométrie de la colonne, la température de la colonne, la BPR. Le débit quant à lui a été fixé de manière à atteindre la pression maximale supportée par l’appareillage et ainsi accomplir l’analyse en un minimum de temps.

l’analyse et w la largeur de pics moyenne à 4σ. Cette équation peut être utilisée pour comparer des systèmes chromatographiques où le nombre de pics élués est limité. Cependant, dans le cas d’échantillons complexes tels que les huiles de pyrolyse rapide, de multiples coélutions peuvent subsister. Cela complique grandement la détermination de la largueur des pics et donc par définition empêche l’utilisation de l’équation 1. De plus, pour calculer la capacité de pic total il faut également prendre en compte une capacité de pics supplémentaire provenant de la partie isocratique de l’analyse. Pour cette partie isocratique (qui correspond au palier initial), la capacité de pics peut être définie selon l’équation 2 Dans un premier temps, il est nécessaire de vérifier que l’équation 7 peut s’appliquer, ce qui signifierait alors que la théorie LSS du gradient d’élution est valable dans le cas d’une analyse SFC avec un gradient d’élution linéaire comme cela est le cas en RPLC (chromatographie en phase liquide à polarité de phase inversée). Les paramètres LSS, k0 et S (Eq.6), peuvent être calculés à l’aide de deux analyses préliminaires[3,4] dans le but de pouvoir prédire avec précision les temps de rétention d’un système où la théorie LSS est applicable. Ainsi, deux analyses ont été réalisées avec une colonne Acquity BEH-2EP (cf. Tableau III-1) en appliquant un gradient linéaire entre 1 % et 40 % de co-