Cette page concerne la mesure du poids moléculaire des polymères. Avant que vous ne lisiez cette page, il est souhaitable que vous ayez prit connaissance de la page relative au poids moléculaire. Si tel n'est pas le cas, vous pouvez y aller en cliquant ici. Revenez vite pour découvrir cette merveilleuse page.
Maintenant, que le poids moléculaire n'a plus de secret pour vous, n'est-ce pas ? Qu'en plus de ça, vous avez dévoré et apprécié cette page, en pensant qu'il s'agissait de la plus grande lecture dont vous n'ayez jamais bénéficié jusque là, n'est-ce pas ? Tout baigne, on peut donc continuer !
Rappelez-vous que lorsque nous "mesurons" un polymère, nous ne parlons pas d'un poids moléculaire unique, mais d'une distribution de poids moléculaires, comme vous le constatez sur l'image ci-dessous. La meilleure approche est de considérer un poids moléculaire moyen et de décrire sa distribution autour de la valeur moyenne. En anglais cela signifie qu'il faut compter combien de molécules de polymère d'un échantillon ont vraiment le poids moyen moléculaire et combien ont un poids plus haut et inférieur et de quelle valeur.
C'est exactement l'information que cette image nous donne. On trouve le poids moyen moléculaire (Mn) au sommet de la courbe et le nombre de molécules de polymère qui sont en réalité à ce poids moléculaire et combien de molécules de polymère sont aux différents poids moléculaires. 
C'est un graphique directement utilisable, et sûr, mais comment obtient-on un tel graphe ? Nous les obtenons en employant la SEC. Sachez que cette dernière n'a rien à voir avec la Sécurité des Elèves en Classe et encore moins avec la Sagesse des Etudiants en Cours. C'est donc une fois de plus un terme anglo - saxon qui signifie : Size Exclusion Chromatography.
Alors, comment cette merveilleuse technique fonctionne-t-elle ? Cela nécessitera quelques explications, mais ça commence par une histoire un peu comme ça : D'abord vous solvatez le polymère, généralement dans un solvant appelé tetrafluoroéthylène, ou THF pour faire plus court. Cliquez sur la molécule si vous voulez savoir à quoi il ressemble en 3-D! Donc, nous utilisons cette solution de polymère que nous allons faire passer dans un tube. Nous appelons ce tube une "colonne" bien que celle-ci ne soit ni droite ni verticale, mais en forme de bobine spiralée. De plus, ce n'est pas juste un tube, car il est en fait, rempli de petites perles minuscules.beads.
Mais celle-ci ne sont pas que des perles. Ces dernières, sont faites de polystyrène réticulé, pour les empêcher de se dissoudre dans le THF. Aussi les perles sont munies de petits trous minuscules (pores) de tailles différentes. Certaines sont de très grands trous et d'autres sont beaucoup plus petits.
C'est important de le savoir, parce que la SEC ne fonctionnerait pas si les trous étaient tous de même la taille. Les trous doivent être de tailles différentes. C'est pourquoi : quand vous faites passer la solution de polymère dans la colonne, les molécules de polymère vont être distraites durant leur parcours. Les chaînes vont s'arrêter dans les trous des perles, mais elles n'y resteront pas pour toujours. Une molécule de polymère va se coincer dans un trou, sortira ensuite , poursuivra son chemin vers le bas du tube, puis se coincera de nouveau dans un autre pore, y restera un moment, et sortira de nouveau puis voyagera un peu plus loin avant qu'elle ne trouve un autre pore qu'elle préfère... Vous avez pigé! Finalement la molécule subira ce " parcours du combattant " jusqu'à la fin de la colonne.
Mais cette fin de parcours n'arrive pas en même temps pour chaque molécule de polymère. Il faut comprendre que certaines molécules de polymère prennent plus de temps que d'autres pour traverser la colonne. Les plus grandes molécules de polymère qui ont des hauts poids moléculaires ne peuvent pas aller dans les trous les plus petits. Par ailleurs, il y a moins de trous que de grandes molécules à coincer, par conséquent les grandes molécules traverseront la colonne assez rapidement. A contrario, les molécules de polymère plus petites qui ont des poids moléculaires inférieurs, peuvent se coincer dans des pores plus petites. Ces petites molécules pourront de coincer dans de nombreux pores, évidemment. Donc les petites molécules prendront plus de temps pour traverser la colonne.
Pour vous aider à comprendre, imaginez qu'un adulte et un enfant traversent un magasin de jouet. L'adulte marchera assez rapidement, mais l'enfant, lui, va être distrait par tous les "méga" jouets, s'arrêtant pour les regarder et jouer avec. Il lui faudra beaucoup plus de temps que l'adulte pour traverser le magasin de jouet. Les molécules de polymères se comportent de la même façon. Les plus grandes d'entre-elles, resteront indifférentes aux pores des perles, mais les plus petites, plus curieuses, vont s'arrêter dans chaque petit pore. Donc les grandes molécules traversent la colonne beaucoup plus rapidement que les plus petites.
Mettons des nombres là-dessus
En fait, lorsque la GPC (c'est l'appellation de la machine utilisée pour exécuter la SEC) est calibrée correctement, nous déterminons le poids moléculaire d'un polymère par le temps que prennent les molécules pour traverser la colonne. Qui plus est, nous avons des détecteurs qui peuvent compter le nombre de molécules de polymère qui sortent de l'extrémité de la colonne à un moment donné. Ainsi, nous pouvons établir un graphe de temps sur lequel, l'axe des ordonnées représente le nombre de molécules de polymère sortant à un moment donné, comme cela :Because we can calculate molecular weight from elution time. we can turn this plot into a plot of molecular weight on the x-axis and the number of molecules with a particular weight on the y-axis, like this: 
Rappelez-vous maintenant, plus haut est le poids moléculaire, plus court est le temps que prend la molécule de polymère pour traverser la colonne. Ainsi sur le graphe, le poids moléculaire diminue de gauche à droite. Cette représentation est inversée aux graphes conventionnels, il faut donc être prudents et garder cela en mémoire lorsque vous exploitez des graphes issus de SEC. Et à tout hasard vous vous demandez à quoi ressemble une GPC, voici une photo de Kevin, un jeune chimiste, travaillant sur l'une d'entre-elle. La colonne est dans la petite boîte noire derrière sa tête. La boîte grise au fond à gauche est la pompe qui injecte la solution de polymère dans la colonne.
Inconvénients
Il y a un inconvénient à la mesure par SEC. Par celle-ci, nous ne mesurons pas vraiment la masse mais plus exactement, le volume hydrodynamique des molécules du polymère, c'est-à-dire, quel espace occupe une molécule de polymère en solution. Nous pouvons rapprocher le poids moléculaire issue des données de la SEC, parce que nous connaissons le rapport exact entre le poids moléculaire et le volume hydrodynamique du polystyrène et nous l'utilisons comme "étalon". Cependant, le rapport entre le volume hydrodynamique et le poids moléculaire n'est pas le même pour tous les polymères, par conséquent nous obtenons une mesure approximative.Mais tous n'est pas perdu. Il existe une nouvelle méthode capable de mesurer des moyennes de poids moléculaires et des distributions de poids moléculaires de façon très précise. Allez donc lire celle-ci : matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry.
Pour un exemple de calcul de poids moléculaires, cliquer ici.
Retour au sommaire du Niveau Cinq
Copyright ©1995,1996 | Department of Polymer Science | University of Southern Mississippi