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Chromatographie ionique minérale - Phases stationnaires et méthodes de séparation

La chromatographie ionique (CI) est l'évolution moderne de la chromatographie par échange d'ions. Elle a été introduite en 1975 avec l'apparition de la détection conductimétrique combinée à la réduction de la conductivité chimique par Small, Stevens et Bauman . Elle s'est peu à peu imposée comme appellation générale pour qualifier les techniques de séparation rapides de chromatographie liquide d'ions sur des colonnes en couplage « on line » avec un détecteur à cellules continu permettant détection et quantification aussi bien des ions organiques qu'inorganiques. Son succès tient à ses caractéristiques de rapidité, de sensibilité, sa souplesse, sa relative simplicité de mise en œuvre, sa fiabilité, son coût abordable, ainsi que ses possibilités d'automatisation.

À l'origine, la CI est une chromatographie d'échange d'ions couplée à une détection conductimétrique. Elle s'est rapidement diversifiée. Elle recouvre un ensemble de techniques séparatives d'analyse d'espèces ioniques par chromatographie liquide, développées grâce à la mise au point de phases stationnaires de plus en plus performantes, associées à des méthodes de détection variées. Son champ d'application intéresse des secteurs aussi divers que l'énergie, l'environnement, la microélectronique, les industries chimiques, pharmaceutiques et agroalimentaires.

Dans le domaine du dosage des éléments inorganiques qui fait l'objet de cet article, la chromatographie ionique joue un rôle primordial principalement dans l'analyse des eaux où elle est très performante pour la détermination d'anions (fluorures, chlorures, sulfates...) et de certains cations comme ceux de la famille des alcalins et alcalinoterreux (lithium, sodium, magnésium, calcium). II est à noter, cependant, que le couplage de la CI avec des méthodes spectroscopiques d'absorption ou d'émission atomique permet l'analyse des éléments de transition, des lanthanides et des actinides. Par ailleurs, son caractère séparatif lui permet de résoudre certaines difficultés posées par les techniques spectrométriques directes telles que les effets de matrice, les interférences ou les études de spéciation. Néanmoins, dans une grande majorité des cas, la détermination des cations fait préférentiellement appel à des techniques de spectrophotométrie directes et, en particulier, le couplage d'une méthode d'émission atomique dans un plasma à couplage inductif avec une détection en spectrométrie de masse (ICP/MS).

L'appareillage comporte les mêmes éléments que tout système chromatographique; les composantes particulières de la CI sont :

• la colonne chromatographique garnie d'une phase stationnaire le plus souvent spécifique ;

• le détecteur conductimétrique et les dispositifs de suppression ionique dans certaines applications ;

• les matériaux constitutifs du système chromatographique comme, par exemple, l'utilisation de matériaux totalement inertes [polyéthylène éthylcétone (PEEK) ou polytétrafluoroéthylène (PTFE)] pour l'analyse des cations inorganiques à l'état de traces.

L'article « Chromatographie ionique minérale » se compose de deux fascicules :

• [P 1 450] Phases stationnaires et méthodes de séparation ;

• [P 1 451] Méthodes de détection.