Caractérisation par la détermination des masses moléculaires

Dans le domaine de l'analyse et de la caractérisation des substances chimiques, l'analyse chimique élémentaire et surtout la détermination de la masse moléculaire sont essentielles dans l'identification de la molécule. En chimie organique (ou minérale) classique, les composés sont constitués d'atomes en nombre et nature bien définis. Ils présentent, en outre, des propriétés physiques : densité, température de fusion, température d'ébullition, etc., bien précises et sont caractérisés par une masse moléculaire unique et généralement faible (inférieure à 1 000 ou 2 000). La détermination de leur masse moléculaire se fera aisément par l'analyse des propriétés thermodynamiques des solutions binaires constituées par la substance à étudier en solution (à faible concentration) dans un solvant donné. Les méthodes dérivées de ces propriétés thermodynamiques (méthodes dites colligatives) comme la cryoscopie, l'ébulliométrie ou la tonométrie sont parfaitement adaptées.

En chimie macromoléculaire (matières plastiques, caoutchouc, polymères hydrosolubles ou biopolymères : protéines, acides nucléiques, virus, etc.), le problème de la détermination de la masse moléculaire est plus complexe. En effet, ces substances macromoléculaires présentent, dans la plupart des cas, des dimensions et des masses moléculaires relativement élevées, de sorte que les méthodes colligatives citées précédemment ne seront pratiquement pas utilisables. De plus, les composés macromoléculaires présentent, à de rares exceptions près, une importante hétérogénéité de masse définie par la polymolécularité de la substance. Il existe, contrairement aux espèces chimiques bien définies, une répartition plus ou moins large des masses moléculaires, d'où la notion de courbe de distribution et valeurs moyennes de la masse moléculaire. Afin d'accéder à ces différents paramètres moléculaires, il a fallu développer un certain nombre de méthodes plus adaptées à ce type de substances, comme les méthodes hydrodynamiques ou thermodynamiques (viscosité, chromatographie, etc.) ou les méthodes du rayonnement : interaction entre matière et rayonnement (diffusion de la lumière, des neutrons, des rayons X).

Le but de cet article n'est pas de décrire en détail le principe et encore moins la pratique de ces différentes méthodes, mais d'en donner un aperçu général. Il sera précisé en particulier le type de paramètres moléculaires et le domaine accessible par ces différentes méthodes, ainsi que leurs avantages, inconvénients et difficultés. On donnera enfin quelques exemples pratiques d'application à certaines substances macromoléculaires spécifiques et largement utilisées dans la chimie macromoléculaire.