Potentialité du couplage entre la chromatographie liquide et la chromatographie en fluide supercritique pour la caractérisation d’échantillons complexes
Potential of coupling liquid chromatography and supercritical fluid chromatography for characterizing complex samples

Résumé :
La chromatographie monodimensionnelle (1D) est parfois insuffisante à la séparation de centaines voire milliers de molécules présentes dans des échantillons complexes. La combinaison de la chromatographie liquide (LC) avec la chromatographie en fluide supercritique (SFC) promet une augmentation de la capacité de pic par analyse bidimensionnelle (2D) grâce à une grande orthogonalité de séparation. Néanmoins, le couplage LCxSFC en ligne s’est longtemps avéré difficile en raison de la faible compatibilité des natures de phases mobiles entre les dimensions. L’environnement riche en eau du gradient de première dimension (¹D) entraine d’importants effets à l’injection en deuxième dimension (²D). Le CO₂ en phase supercritique est soumis à dépressurisation à chaque rotation de la vanne de modulation, ainsi que lorsqu’un split de débit est implémenté en sortie de colonne de première dimension.
Les présents travaux se sont d’abord consacrés au développement de nouvelles interfaces LCxSFC afin de réduire les effets à l’injection et améliorer la qualité de séparation 2D. Une configuration préférentielle a été déterminée en fonction de la composition des phases mobiles. Dans un second temps, l’interface a été optimisée par ajout d’une seconde vanne pour contrôler la dépressurisation du CO2. La mise en place du split avec succès a permis de gagner en temps d’analyse, en capacité de pics et en robustesse.
Le prototype ainsi réalisé a été utilisé pour l’analyse de produits à fort pouvoir de valorisation pour TotalEnergies. La LCxSFC a démontré des performances bien supérieures aux techniques conventionnelles 1D-SFC et LCxLC. La couplage LCxSFC a permis, d’une part, une caractérisation fine et exhaustive ainsi qu’une différenciation des procédés de synthèse d’huiles biosourcées ; et, d’autre part, l’identification et la quantification semi-relative de marqueurs de recyclage d’huiles reraffinées.

Summary :
One-dimensional chromatography (1D) is sometimes insufficient for separating hundreds of even thousands of molecules present in complex samples. Combining liquid chromatography (LC) with supercritical fluid chromatography (SFC) promises an increase in peak capacity through two-dimensional (2D) analysis, thanks to high separation orthogonality. However, online LCxSFC coupling has long been challenging due to low compatibility between the mobile phase natures of each dimension. The water-rich environment of the first dimension (¹D) gradient causes significant injection effects in the second dimension (²D). Additionally, supercritical CO₂ undergoes depressurization with each modulation valve rotation, and when a flow split is implemented at the outlet of the first-dimension column.
The present work initially focused on developing new LCxSFC interfaces to reduce injection effects and improve 2D separation quality. A preferential configuration was identified based on the mobile phase composition. Subsequently, the interface was optimized by adding a second valve to control CO2 depressurization. Successfully implementing the flow split led to gains in analysis time, peak capacity and robustness.
The resulting prototype was used to analyze high-value products for TotalEnergies. LCxSFC demonstrated significantly better performances than conventional techniques 1D-SFC and LCxLC. The LCxSFC coupling has enabled, on the one hand, detailed and exhaustive characterization as well as synthesis processes differentiation of bio-based oil; and, on the other hand, the identification and semi-relative quantification of markers of recycling in re-refined oils.