Chromatographie

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La chromatographie est une technique d'analyse qualitative et quantitative de la chimie analytique dans laquelle 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.

La chromatographie analytique est utilisée pour identifier ou doser les composés chimiques d'un mélange et apprécier leur concentration.

La chromatographie préparative est utilisée pour purifier assez de produit pour d'autres utilisations. Son but est d'obtenir de la substance ; c'est pourquoi, à toute échelle, elle implique de collecter des fractions.

Sommaire

1 Histoire
2 Principe
3 Exemple : la chromatographie sur papier
4 Notes et références
5 Voir aussi
6 Liens externes

[modifier] Histoire

Le botaniste russe Mikhail Tswett (1872-1919) fut, en 1906, le premier à utiliser le terme chromatographie.

À partir de 1903, Tswett utilisa des colonnes d'adsorption pour séparer des pigments de plantes. On spécula donc l'étymologie du mot chromatographie à partir du grec khrôma- pour couleur et donc pigment. Toutefois, Tswett ne donna jamais cette explication; mais on notera que tswett est le mot russe pour couleur.

En 1952, Martin et Synge reçurent le prix Nobel de chimie pour leur invention de la chromatographie de partage.^[1]

[modifier] Principe

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.

Les différents composants de l'échantillon ont généralement une vitesse caractéristique qui permet de les séparer, voire de les identifier. Cette vitesse de séparation est fortement dépendante de la nature de la phase mobile et de la phase stationnaire.

Souvent, l'échantillon est analysé par comparaison avec des substances déjà connues dans l'échantillon ou par comparaison avec les résultats de l'analyse d'une solution-étalon (solution commerciale contenant des substances connues, à des concentrations bien connues). Ces substances servent de références et permettent d'identifier ou de doser chaque espèce par comparaison des vitesses de séparation (et éventuellement d'autres renseignements donnés par la détection). Il s'agit de chromatographie analytique.

Dans d'autres cas, on se contente de séparer les fractions, de les récolter pour les identifier par d'autres techniques: c'est la chromatographie préparative.

Il existe de nombreux types de chromatographie ; on peut notamment les classer selon la nature de la phase mobile :

la chromatographie sur couche mince (CCM ou TLC en anglais) ;
la chromatographie en phase gazeuse (CPG 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).

On peut aussi les nommer selon les interactions développées par la phase stationnaire :

la chromatographie d'adsorption/d'affininté ;
la chromatographie de partage ;
la chromatographie d'échange d'ions ;
la chromatographie chirale (qui est, soit de la CPG, soit de la CPL) ;
la chromatographie d'exclusion stérique (CES ou SEC en anglais).

ou selon le support de la phase stationnaire :

la chromatographie sur colonne (regroupant notamment HPLC et CPG) ;
la chromatographie planaire^[2] (qui recouvre chromatographie sur couche mince et chromatographie sur papier) ;

Enfin, un nouveau type de chromatographie commence à trouver des applications : la chromatographie à 2 dimensions.

[modifier] Exemple : la chromatographie sur papier

schéma d'une chromatographie sur papier

Résultat d'une chromatographie de base sur papier filtre. Fait avec des feuilles d'épinard

La chromatographie sur papier est une technique de chromatographie en phase liquide.
Pour effectuer une telle séparation, une petite quantité de la ou des solutions à analyser est déposée sur le bord d'une bande de papier de chromatographie. Cet échantillon est adsorbé par le papier ; ce qui signifie que les molécules interagissent avec ce dernier et qu'elles auront tendance à rester au même endroit.

Le papier est ensuite trempé dans un solvant (éluant) comme un mélange eau/éthanol et placé dans un récipient fermé. Pendant que le solvant (éluant) monte le long du papier par capillarité, il rencontre l'échantillon et l'entraîne.

Les différentes substances constituant l'échantillon migrent à différentes vitesses selon qu'elles interagissent plus ou moins fortement avec le papier.

La chromatographie sur papier demande un certain temps (généralement plusieurs heures). Une fois l'opération terminée, généralement quand le front de solvant (éluant) est presque arrivé en haut du papier, le papier est retiré de la cuve et on laisse évaporer le solvant. Le résultat est appelé chromatogramme.

Le chromatogramme est utilisé pour comparaison avec d'autres analyses effectuées sur des substances connues et prises dans des conditions identiques, pour identifier les substances de l'échantillon. Les substances peuvent être identifiées en calculant la valeur Rf qui peut être comparée à celles se trouvant dans les tables. Cette valeur est calculée de la façon suivante : Rf = (distance parcourue par l'échantillon) / (distance parcourue par le solvant)

Il y a plusieurs façons d'identifier les endroits où se trouvent les produits ainsi séparés :

les produits sont colorés, il n'y a rien de spécial à faire.
les produits sont fluorescents, on peut les identifier sous une lampe ultraviolette.
sinon, il faut utiliser un révélateur qui réagira chimiquement avec les produits (en les détruisant) et dont le résultat sera coloré.

Pour séparer des mélanges complexes de substances similaires, il peut être utile d'employer la chromatographie à deux dimensions. Celle-ci s'effectue en deux étapes entre lesquelles on change de solvant et on tourne le papier de 90°. Les interactions développées par le nouveau solvant seront différentes, ce qui modifiera la séparation dans cette deuxième dimension et permettra une meilleure séparation globale.

La chromatographie sur papier peut aussi constituer une technique micro-préparative : pour récupérer les produits ainsi séparés, les portions du papier où ils se situent sont découpées et redissoutes ensuite. Les quantités récupérables sont de l'ordre du milligramme ou moins.