Des compléments aux analyses chromatographiques pour une meilleure caractérisation de la biomasse

Des compléments aux analyses chromatographiques pour une meilleure caractérisation de la biomasse

Par Annabelle St-Pierre, chercheuse chez Innofibre

 

Innofibre possède deux équipements analytiques permettant de faire de la séparation de molécules dans un échantillon par chromatographie, soit un appareil de chromatographie liquide à haute performance (HPLC) et un appareil de chromatographie gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (GC-MS). Ces deux équipements complémentaires constituent des outils analytiques performants, fréquemment utilisés chez Innofibre pour la caractérisation des molécules qui composent la biomasse. Ces deux équipements permettent la séparation, l’identification et/ou la quantification de composés dans un mélange complexe.  D’un côté, la chromatographie liquide vise la séparation de molécules solubles dans un solvant sur la base de leur polarité distincte et leur affinité pour l’éluant (solvant). La chromatographie gazeuse est, quant à elle, une méthode permettant de séparer des composés volatils et semi-volatils sur la base leur différent niveau de volatilité. Grâce au détecteur de spectre de masse, cette technique permet l’identification potentielle des composés par comparaison du spectre avec les spectres de référence dans les bases de données.

Dans les dernières années, Innofibre s’est doté d’équipements complémentaires qui permettent d’accroitre la versatilité de ces appareils analytiques. Ces équipements sont décrits dans les paragraphes ci-dessous.

 

Le détecteur d’aérosol chargé (CAD) : un détecteur qui voit tout.

 

Afin d’analyser une plus vaste gamme de composés par HPLC, Innofibre a décidé de se procurer un détecteur à aérosol chargé (CAD), un détecteur complémentaire à son cousin, le détecteur à barrette de diiode (DAD) qui est un détecteur plus conventionnel. Le fonctionnement du CAD est simple à comprendre : l’éluant est d’abord transformé en fines gouttelettes (nébulisation). Ensuite, les gouttelettes, contenant les molécules à analyser, sont séchées et puis chargées positivement. Le détecteur mesure ensuite la charge de ces particules, ce qui permet de quantifier les composés présents dans l’échantillon. Ce détecteur offre de nombreux avantages par rapport au détecteur DAD. En effet, le détecteur DAD détecte uniquement les composés ayant un chromophore, c’est-à-dire les composés ayant une structure chimique capable d’absorber la lumière UV-Visible. Le détecteur CAD, lui, détecte tout, car toutes molécules peuvent être chargées par nébulisation. Cette particularité le rend utile pour analyser des composés que les détecteurs classiques n’arrivent pas à faire, tels que les sucres ou certains acides organiques.

Ainsi, le CAD rend le HPLC plus versatile. Chez Innofibre, cet équipement nous permet, plus précisément, de quantifier la cellulose, l’hémicellulose, le chitosan, les sucres libres (glucose, fructose, galactose, etc.) et bien plus dans différentes biomasses.

 

 

Les colonnes de séparation par chromatographie d’exclusion stérique (SEC) : séparer autrement avec le même équipement.

 

Innofibre s’est également muni de colonnes spécifiques permettant d’effectuer de la chromatographie d’exclusion stérique (SEC). La chromatographie d’exclusion stérique est un grand titre qui veut tout simplement dire que la séparation est effectuée sur la base de la taille des molécules et non en fonction de la polarité, comme dans la séparation « classique ». Il faut imaginer les colonnes SEC comme des colonnes remplies de billes qui, elles, sont creuses et remplies de pores. En passant dans la colonne, les molécules les plus grosses ne restent pas piégées dans les pores des billes. Ces molécules sont donc éluées en premier, tandis que les plus petites sont retenues plus longtemps par les pores.

Les colonnes SEC sont adaptées à l’analyse de macromolécules, telles que des polymères lignocellulosiques, des protéines, des polymères plastiques, etc. La technique est compatible avec les molécules sensibles, car elle ne provoque pas leur dénaturation. La colonne SEC permet également d’analyser la formation de complexes, de détecter la présence d’agrégats et d’obtenir un profil de la répartition des tailles des molécules dans un échantillon. C’est principalement pertinent quand on souhaite évaluer l’efficacité d’une réaction de polymérisation ou encore l’efficacité d’une hydrolyse chimique ou enzymatique sur des macromolécules.

 

 

Le module ‘’espace de tête’’ (headspace) : une façon simplifiée d’analyser les composés hautement volatils!

 

Finalement, Innofibre s’est aussi procuré, en 2023, un module « espace de tête », ou « Headspace » (HS) en anglais, en complément au GC-MS. La façon la plus courante d’injecter un échantillon en GC-MS est l’injection liquide. Ainsi, l’échantillon doit être directement un liquide préalablement filtré ou encore un extrait issu d’une extraction sur un échantillon solide. Ces étapes de préparation sont souvent longues et il est recommandé de prendre des précautions pour ne pas dénaturer les molécules. Lorsqu’on souhaite analyser des molécules hautement volatiles, le HS est une alternative intéressante. En effet, l’injection par HS nécessite beaucoup moins d’étapes de préparation : il suffit de mettre directement l’échantillon liquide ou solide dans un vial. Évidemment, l’échantillon solide n’est pas injecté dans une colonne de 0,2 mm de diamètre! Comment ça fonctionne alors? En fait, l’autoéchantillonneur du HS prélève l’air au-dessus de l’échantillon, soit l’air dans l’espace de tête du vial.

Cela permet d’analyser efficacement les composés volatils sans introduire directement du solvant, ce qui protège la colonne. Ce type d’injection est particulièrement pertinent pour, par exemple, analyser des solvants résiduels potentiellement présents dans une matière, analyser les composés aromatiques dans diverses biomasses végétales odorantes ou encore analyser les émissions de composés organiques volatils (COV) dans des matériaux.

 

 

            

Une diversité d’équipements pour une diversité d’entreprises

En conclusion, Innofibre a intégré ces trois analyses complémentaires à ses appareils de caractérisation afin d’étendre la capacité analytique. Ces ajouts permettent d’analyser une plus grande diversité de composés, tels que des molécules non volatiles sans chromophore, des polymères ou des composés très volatils. Grâce à ces améliorations, les analyses deviennent encore plus rapides, fiables et polyvalentes, renforçant ainsi la capacité d’Innofibre de répondre aux besoins analytiques variés des entreprises.