techniques chromatographiques

Origine et principe de base

L'origine de la chromatographie remonte à la fin du 19ème siècle avec les travaux de Mikhail Tswett sur la séparation des pigments végétaux. Le principe fondamental repose sur la distribution des substances entre une phase stationnaire et une phase mobile. En d'autres termes, les composants du mélange se distribuent de manière différente entre ces deux phases, ce qui conduit à leur séparation.

Types de chromatographie

Il existe plusieurs types de chromatographie en fonction de la nature des phases utilisées :

• Chromatographie en phase gaz (CPG): où la phase mobile est un gaz.
• Chromatographie en phase liquide (CPL): où la phase mobile est un liquide.
• Chromatographie sur couche mince (CCM): qui utilise une fine couche de matériau comme phase stationnaire.

Applications de la chromatographie

La chromatographie est utilisée dans de nombreux champs, notamment :

• Industrie pharmaceutique: pour la purification des composés actifs.
• Industrie alimentaire: pour la détection de contaminants.
• Recherche biomédicale: pour l'analyse des biomolécules.

Types de techniques chromatographiques

La chromatographie, essentielle en ingénierie, regroupe diverses techniques qui contribuent à la séparation des composants chimiques dans un mélange. Chaque type a des caractéristiques spécifiques qui le rendent adapté à certaines utilisations.

Chromatographie en phase gazeuse (CPG)

La chromatographie en phase gazeuse (CPG) utilise un gaz comme phase mobile. Cette technique est largement utilisée pour l'analyse des composés volatils.Dans une CPG typique, l'échantillon est vaporisé et injecté dans un courant de gaz inerte (tel que l'hélium ou l'azote), qui traverse une colonne contenant la phase stationnaire. Les composants de l'échantillon se séparent selon leur interaction avec la phase stationnaire.

Chromatographie en phase liquide (CPL)

La chromatographie en phase liquide (CPL) est une méthode où un liquide sert de phase mobile. Très utilisée pour les analyses des échantillons non volatils ou thermiquement instables, cette technique repose sur le passage de l'échantillon à travers une colonne remplie de particules solides (phase stationnaire). Les molécules dans le mélange se séparent en fonction de leur interaction avec la phase stationnaire.La formulation pour une telle séparation est souvent expliquée par l'équation de Van Deemter qui modélise l'efficacité d'une colonne chromatographique. Elle s'écrit comme suit : \[HETP = A + \frac{B}{u} + Cu\]où :

• HETP : Hauteur équivalente à un plateau théorique
• A : Terme de distribution multiple
• B : Diffusion longitudinale
• C : Résistance au transfert de masse
• u : Vitesse linéaire de la phase mobile

Chromatographie sur couche mince (CCM)

La chromatographie sur couche mince (CCM) est une technique simple et rapide qui utilise une fine couche de matériau comme phase stationnaire déposée sur un support inerte. L'échantillon est appliqué sur la plaque, puis est entraîné par un solvant (phase mobile) qui s'élève par capillarité, entraînant les composants à des distances variables selon leurs affinités respectives.

Exemples de techniques chromatographiques

Les techniques chromatographiques jouent un rôle crucial dans les analyses chimiques, permettant de séparer, identifier et quantifier les composants d'un mélange complexe. Chacune des méthodes a des principes spécifiques adaptés à différents types d'échantillons et de conditions analytiques.

Technique chromatographique liquide

La chromatographie en phase liquide (CPL) est une méthode qui utilise un liquide comme phase mobile pour séparer les composants d'un mélange. Cette technique est particulièrement utile pour les échantillons qui ne se vaporisent pas facilement ou qui pourraient se dégrader à haute température.Dans la CPL, l'échantillon est introduit dans une colonne remplie de matériau solide (la phase stationnaire). Les interactions entre les molécules échantillons et la colonne influencent leurs vitesses d'élution distinctes. Les différences dans ces interactions permettent la séparation des composés.Les équations mathématiques servent à modéliser l'efficacité de ces séparations, notamment par l'équation de Van Deemter, qui s'écrit : \[H = A + \frac{B}{u} + Cu\]où :

• H : Hauteur équivalente d'un plateau théorique
• A : Terme de dispersion multiple
• B : Diffusion longitudinale
• C : Résistance au transfert de masse
• u : Vitesse linéaire de la phase mobile

Technique chromatographique gazeuse

La chromatographie en phase gazeuse (CPG) utilise un gaz comme phase mobile et est principalement utilisée pour l'analyse de composés qui peuvent être vaporisés sans décomposition. Cette technique est idéale pour séparer, identifier et quantifier les constituants d'un mélange contenant des molécules légères et volatiles.Le processus de la CPG implique l'injection de l'échantillon vaporisé dans un flux de gaz porteur (généralement l'hélium ou l'azote) qui passe à travers une colonne capillaire contenant la phase stationnaire. Les différents composants de l'échantillon interagissent de manière variable avec cette phase, selon leur affinité chimique, ce qui les sépare selon leur temps de rétention.Pour comprendre ces interactions, on utilise fréquemment l'équation de Clausius-Clapeyron qui relie la pression de vapeur saturante à la température : \[ln(P) = -\frac{\Delta H_{vap}}{RT} + C\]où :

• P : pression de vapeur saturante
• \Delta H_{vap} : changement d'enthalpie de vaporisation
• R : constante universelle des gaz
• T : température
• C : constante déterminée expérimentalement

Application des techniques chromatographiques

Les techniques chromatographiques trouvent de nombreuses applications dans différents domaines, allant de l'industrie chimique à la biotechnologie. Chaque technique offre des avantages spécifiques qui répondent à des besoins de séparation et d'analyse distincts.

Industrie alimentaire

Dans le secteur alimentaire, la chromatographie est utilisée pour assurer la qualité et la sécurité des produits. Elle permet notamment :

• La détection de contaminants comme les pesticides et les antibiotiques.
• L'analyse des arômes et des composés volatils.
• Le contrôle des additifs et des colorants alimentaires.

Industrie pharmaceutique

Dans l'industrie pharmaceutique, la chromatographie est essentielle pour le développement et le contrôle des médicaments. Elle est utilisée pour :

• La purification des produits pharmaceutiques.
• La détermination de l'intégrité des substances actives.
• L'analyse des impuretés et des excipients.

Recherche biomédicale

En recherche biomédicale, les techniques chromatographiques facilitent l'étude des métabolites, des protéines et des acides nucléiques. Elles aident à :

• Identifier les biomarqueurs dans des échantillons biologiques.
• Analyser les profils métaboliques en relation avec diverses maladies.
• Étudier les interactions médicaments-protéines.