Ce document présente une analyse approfondie de la chromatographie en phase gazeuse (CG), détaillant ses principes, son développement historique et ses applications dans le domaine du raffinage des produits pétroliers. La CG est décrite comme une méthode analytique essentielle, notamment pour la détermination des hydrocarbures pétroliers, et son appareillage ainsi que ses techniques sont expliqués. En conclusion, la CG est mise en avant comme une technologie indispensable pour les laboratoires d'analyse chimique modernes.

1. 1

2. Exposé d’analyse de produits pétroliers
2
Enseignant:
Prof. ADIMA A.
Augustin

3. 
Introduction
Généralités
Appareillage
Aspects théoriques
Application en raffinerie
Conclusion
Plan
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4. 
 La chromatographie en phase gazeuse (CG) est une
méthode de séparation dont les principes généraux
sont les mêmes que ceux énoncés pour la
chromatographie en général, c’est-à-dire fondés sur
la migration différentielle des constituants du
mélange à analyser au travers d’un substrat choisi.
 Prévue en 1941 par Martin et Synge, la CG s’est
surtout développée à partir de 1952, sous l’impulsion
de James et Martin. Elle a pris un essor considérable,
notamment entre 1960 et 1970, pour devenir l’une
des méthodes de séparation les plus utilisées.
Introduction
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5. 
 Nullement concurrente de la chromatographie en
phase liquide à haute performance, ni de la
chromatographie sur couche mince elle a son
domaine propre.
 Objectifs: présenter la GC et donner ses applications
dans le monde du raffinage.
Introduction
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6. 
 C’est en 1906 que le botaniste russe TSWETT, mit à
profit pour la première fois les essais entrepris dès
1903 concernant les possibilités de séparer les
constituants d’un mélange par les phénomènes
d’adsorption;
 C’est en 1952 que MARTIN et JAMES publièrent les
premiers travaux proprement dits sur la
chromatographie gazeuse (CG) et sur papier et dont
l’essor dura jusqu’en 1960.
Généralités
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7. 
 La chromatographie est une technique physique de
séparation d'espèces chimiques. L'échantillon
contenant une ou plusieurs espèces est entraîné par
un courant de phase mobile (liquide, gaz ou fluide
supercritique) le long d'une phase stationnaire
(papier, gélatine, silice, polymère, silice greffée etc) ;
chaque espèce se déplace à une vitesse propre
dépendant de ses caractéristiques et de celles des
deux phases
Généralités
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8. 
Chromatographie;
Phase stationnaire;
Phase mobile;
Chromatogramme.
Définitions
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9. 
 La chromatographie repose sur l'entraînement d'un
échantillon dissous par une phase mobile à travers
une phase stationnaire. Celle-ci retient plus ou moins
fortement les substances contenues dans l'échantillon
dilué selon l'intensité des forces d'interactions de
faible énergie (comme les forces de Van der Waals,
les liaisons hydrogène, etc.) réalisées entre les
différentes espèces moléculaires et la phase
stationnaire.
Principe de la
chromatographie
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10. 
On peut les classer soit:
 Par la nature de la phase mobile;
 Par les interactions développées par la phase
stationnaire;
 Par le support de la phase stationnaire;
Types de
chromatographies
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11. 
 la chromatographie sur couche mince (CCM ou TLC en
anglais);
 la chromatographie en phase gazeuse (CG ou GC en
anglais) également appelée CPV (chromatographie en
phase vapeur) ;
 la chromatographie en phase liquide (CPL ou LC en
anglais) ;
 la chromatographie en phase liquide à haute performance
(CLHP ou HPLC en anglais) ;
 la chromatographie en phase supercritique (CPS ou SFC
en anglais)
Types de
chromatographies
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12. 
Phase mobile (gaz);
Phase stationnaire;
Injecteurs;
Colonnes;
Détecteurs;
Fours;
Appareillage
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13. 
 Les phases les plus répandues sont les polymères
siliconés dérivés du diméthylpolysiloxane. Si la
phase stationnaire est un liquide non ou peu volatil,
possédant des propriétés de solvant vis-à-vis des
composés à séparer, on parle de chromatographie
gaz-liquide ou chromatographie de partage.
Phase stationnaire
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14. 
 Ici c’est le gaz qui doit être inerte.
 La phase mobile est un gaz de faible viscosité, trois
gaz sont exclusivement employés, l'azote,
l'hydrogène et l'hélium.
Phase mobile
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15. 
 Colonne remplie: Les colonnes les plus répandues
sont en acier inox ou en verre, leur longueur
standard est de 3 m, leur diamètre intérieur étant
compris entre 10 et 4 mm;
 Colonne capillaire: Les colonnes standard sont en
quartz fondu (silice très pure) et entourées d'une
gaine de polymère souple, ce qui leur confère une
grande résistance à la torsion. Elles ont entre 10 et
100 m de long et leur diamètre intérieur est entre 0,10
ou 0,70 mm
Colonnes
15

16. 
Il permet d'introduire un liquide qui doit être vaporisé
instantanément avant d'être transféré dans la colonne.
Types:
 Injecteur split/splitless;
 Injecteur à programmation de température;
 Injecteur « on column ».
Injecteur
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17. 
Le détecteur est un appareil de mesure physico-
chimique qui doit donner un signal au passage de
chaque constituant, sans interaction avec le gaz vecteur.
 Détecteur à ionisation à flamme;
 Catharomètre
 Détecteur à capture d’électrons
 Autres détecteurs: spectrométrie de masse,
spectrométrie infrarouge.
Détecteur
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18. 
 C’est un four à bain d’air, pourvu de résistances
chauffantes et d’un système de ventilation et de
brassage pour l’homogénéisation de la température.
La régulation est assurée par un thermocouple, grâce
auquel la variation n’excède pas ± 0,2°C, pour un
intervalle de fonctionnement allant de la
température ambiante jusqu’à 400°C.
Four
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19. 
Schéma d’un CPG
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20. 
On définit:
 α le facteur de sélectivité;
 N le nombre de plateaux théoriques;
 H hauteur équivalente des plateaux théoriques;
 Rs la résolution;
 tr le temps de retention;
Aspect théorique de la
CPG
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21. 
La forme des pics
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22. 
 Vers 1950, MARTIN et SYNGE ont tenté de justifier
la forme des pics de chromatographie, en assimilant
une colonne de chromatographie à une colonne à
distiller.
Modèle des plateaux
théoriques
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23. 
 Ce modèle issu de la mécanique des fluides a été mis
au point par J.J. Van Deemter.
Théorie dynamique de
la chromatographie
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24. 
 Kovats, en 1958, a proposé l'indice de rétention I
comme paramètre d'identification des solutés;
 I (n alcane) = 100 x nombre d'atomes de carbone ;
indépendamment du remplissage de la colonne, de T
et des autres conditions de chromatographie.
Indice de rétention
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25. 
 Exemple d’application de la CG: détermination des
hydrocarbures pétroliers (C10 à C50) : dosage par
chromatographie en phase gazeuse couplée à un
détecteur à ionisation de flamme
Application au raffinage
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26. 
 Cette méthode a été rédigée pour remplacer les
différentes méthodes en usage pour le dosage des
huiles et des graisses minérales utilisant le fréon
comme solvant d’extraction. Ainsi, la première
édition de cette méthode a remplacé la méthode
d’analyse portant la codification MENVIQ. 88.03/408
– H.G. 1.4.
Détermination des hydrocarbures
pétroliers (C10 à C50)
26

27. 
 Cette méthode s’applique au dosage des hydrocarbures
pétroliers (C10 à C50) dans les matières liquides
aqueuses, les matières solides et les matières liquides
organiques, incluant les matières dangereuses.
 Le domaine d’étalonnage se situe entre 20 et 2 500 μg/ml
d’hydrocarbures.
Détermination des hydrocarbures
pétroliers (C10 à C50)
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28. 
 La concentration des hydrocarbures présents dans
l’échantillon est déterminée en comparant la surface
totale de l’ensemble des pics de n-C10 à n-C50 avec
les surfaces des étalons ayant servi à établir la courbe
d’étalonnage dans les mêmes conditions de dosage.
Principe de la méthode
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29. 
 Tous les composés autres que les hydrocarbures
pétroliers, qui sont solubles dans l’hexane et qui
répondent au détecteur à ionisation de flamme,
peuvent entraîner une surestimation de la
concentration des hydrocarbures pétroliers.
Interférence
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30. 
 Prélever les quantités requises et préserver selon les
guides d’échantillonnage qui s’appliquent en
fonction de la nature de l’échantillon.
 À titre d’exemple, les échantillons d’eaux usées
(effluents) peuvent être conservés 28 jours à 4 ºC ou
40 jours à 4 ºC si l’échantillon a été extrait à
l’intérieur des 28 premiers jours.
Conservation
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31. 
 Chromatographe en phase gazeuse muni d’un
injecteur automatique « on column », couplé à un
détecteur à ionisation de flamme (GC-FID) ;
 Colonne chromatographique capillaire de type DB-1
ou l’équivalent dont les dimensions sont de 15 m x
0,53 mm Di x 0,15 μm ;
 Logiciel d’acquisition et de traitement des données ;
 Seringues à capacité de 500 μl et de 1 000 μl;
Appareillage
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32. 
 Tous les solvants utilisés sont de qualité « pesticide » ou
l’équivalent. Les réactifs commerciaux utilisés sont de
qualité ACS, à moins d’indication contraire.
 Solution fenêtre (qualitative) pour déterminer la plage
d’intégration (n-C10 à n-C50): cette solution sert à baliser
les bornes d’intégration de la plage C10-C50.
 Solution étalon de diesel altéré à 50 % à 5 000 μg/ml («
Diesel fuel no. 2 ») de la compagnie Restek ;
 Solutions pour courbe d’étalonnage : à partir de la
solution étalon de diesel altéré à 50 % à 5 000 μg/ml,
préparer une série de solutions étalons dans l’hexane. Les
concentrations visées sont de 20, 50, 100, 1 000 et 2 500
μg/ml.
Réactifs et étalons
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33.  Préparation du matériel
 Dosage
 Compensation du détecteur et ajustement des bornes
d’intégration (C10 et C50)
 Étalonnage de départ ou lors de changements
majeurs
 Vérification des étalons en inconnu et dosage
 Calcul et expression des résultats
 Expression des résultats
Protocole d’analyse
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34. 
Exemple de
chromatogramme
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35. 
 la chromatographie est une méthode analytique très
prisée. Elle est la dernière-née de la grande famille
des chromatographies et bénéficie à ce titre de toutes
les avancées technologiques dans son domaine;
 Elle répond à beaucoup de questions et problèmes
survenus dans le monde industriel.
 Il serait donc judicieux pour tout laboratoire sérieux
qui se revendique une certaine notoriété dans le
monde de l’analyse, de se procurer ce bijou de la
technologie en matière d’analyse chimique.
Conclusion
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36. Critiques, questions et suggestions
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