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Chromatographie

Nous jetons beaucoup de choses dans la bouche d'égout, qu'il s'agisse de restes de nourriture jetés dans l'évier ou de lingettes et de mouchoirs en papier jetés dans les toilettes. Ces produits contiennent toutes sortes de substances : conservateurs, désinfectants, stabilisants, agents de blanchiment, etc. Si les niveaux de l'un de ces produits chimiques deviennent trop élevés, ils peuvent endommager les écosystèmes fragiles de nos rivières, lacs et autres cours d'eau. Alors comment mesurer avec précision la concentration de ces substances potentiellement dangereuses dans les eaux usées ? L'une de ces méthodes est la chromatographie.

  • Cet article porte sur la chromatographie en chimie.
  • Chromatographie, en nous plongeant dans son histoire, avant d'explorer ses principes sous-jacents.
  • Nous examinerons ensuite de plus près les différents types de chromatographie.
  • Enfin, nous aborderons les utilisations de la chromatographie.

Chromatographie : définition

Disons que nous avons une encre d'un violet profond. Bien qu'il semble qu'elle ne contienne qu'une seule couleur, la chromatographie nous permet de la diviser en tous ses pigments séparés - bleus, rouges, peut-être un peu de jaune et de vert. Ceci n'est qu'un exemple de chromatographie. Dans ce cas, elle est utilisée pour séparer un mélange. Mais la chromatographie peut également être utilisée pour analyser des mélanges, par exemple pour identifier les principes actifs d'un médicament ou pour découvrir les produits d'une réaction.

La chromatographie est une technique de séparation et d'analyse utilisée pour séparer un mélange soluble en ses composants.

La méthode de chromatographie

Il existe plusieurs types de chromatographie et chacun d'entre eux a un processus légèrement différent. Cependant, la méthode générale reste la même. La chromatographie comprend les étapes suivantes :

  • Prends un mélange soluble, connu sous le nom de soluté.
  • Ajoute une petite quantité du mélange à un solide, un liquide ou un gaz statique. Ce milieu statique est appelé la phase stationnaire.
  • Ajoute une sorte de solvant. On l'appelle la phase mobile.
  • Le solvant dissout le mélange et le transporte à travers la phase stationnaire.
  • Les différents composants du mélange traversent la phase stationnaire à des vitesses différentes. Pour cette raison, ils se séparent en taches ou bandes claires et distinctes, que nous pouvons visualiser sur un chromatogramme.

L'une des formes les plus simples de chromatographie est la chromatographie sur papier. Il est fort probable que tu l'aies déjà pratiquée à l'école. Voici à quoi ressemble la configuration typique de la chromatographie sur papier :

Chromatographie, configuration typique pour la chromatographie sur papier, StudySmarterFig. 1- La configuration typique pour la chromatographie sur papier.

La chromatographie a été inventée en 1900 par le botaniste italo-russe Mikhail Tsvet, qui cherchait un moyen de séparer les pigments des extraits de plantes. Le mot chromatographie vient des mots grecs chroma, qui signifie "couleur", et graphein, qui signifie "écrire". Il est intéressant de noter que le nom de famille de Tsvet signifie également "couleur" en russe.

La chromatographie a réalisé la plupart de ses grandes percées dans les années 1940 et 1950, grâce à Archer Martin et Richard Synge. En fait, ils ont reçu le prix Nobel de chimie en 1952 pour leur invention d'un type particulier de chromatographie, connu sous le nom de chromatographie de partage.

Principes de la chromatographie

Nous t'avons présenté quelques mots-clés plus haut, notamment phase stationnaire, phase mobile et chromatogramme. Il s'agit de certains des principes de base de la chromatographie. Voyons maintenant ce qu'ils signifient exactement.

Phase stationnaire

La phase stationnaire est un solide, un liquide ou un gel statique. Le solvant transporte le mélange soluble jusqu'à la phase stationnaire.

La phase stationnaire est, comme son nom l'indique, stationnaire. Elle ne bouge pas. Le papier et la poudre de silice en sont des exemples.

La phase mobile


La phase mobile est le solvant utilisé pour transporter le mélange analysé à travers la phase stationnaire.

Contrairement à la phase stationnaire, la phase mobile se déplace. C'est un solvant qui dissout le soluté que tu veux analyser ou séparer, et le transporte à travers la phase stationnaire.

Chromatogrammes

Une fois la chromatographie terminée, tu auras des preuves du processus. Le mélange s'est séparé sur la phase stationnaire en différentes taches ou bandes. La phase stationnaire restante, avec toutes ses taches, s'appelle le chromatogramme.


Un chromatogramme est une colonne ou une bande de matériau contenant les composants séparés d'un mélange par chromatographie. Il s'agit essentiellement du résultat d'une expérience de chromatographie.

Chromatographie : schéma

Par exemple, en chromatographie sur papier, la phase stationnaire est une feuille de papier. Une fois l'expérience terminée, le chromatogramme est le papier avec la disposition finale des différentes taches.

Chromatographie, Chromatogramme pour la chromatographie sur papier, StudySmarterFig. 2-Un chromatogramme pour la chromatographie sur papier.

Nous allons explorer brièvement la chromatographie sur papier dans un instant. Toutefois, si tu ne peux pas attendre, consulte la rubrique Chromatographie sur papier pour obtenir des informations plus détaillées.

Concentrons-nous sur deux nouveaux termes : l'affinité relative et le facteur de rétention.

Affinité relative

Les composants du mélange de solutés se déplacent à des vitesses différentes à travers la phase stationnaire. Cela est dû à leur affinité relative avec les deux phases.

En chromatographie, l'affinité relative décrit la façon dont un composant est attiré par la phase stationnaire ou mobile. Elle détermine la vitesse à laquelle le composant se déplace à travers la phase stationnaire.

On dit que les composants qui subissent une plus forte attraction vers la phase stationnaire ont une plus forte affinité avec la phase stationnaire. Ils sont moins solubles dans le solvant et sont plus attirés par le milieu statique. La phase mobile ne peut pas les transporter aussi facilement, ce qui signifie que les composants se déplacent plus lentement à travers la phase stationnaire.

En revanche, on dit que les composants qui subissent une plus forte attraction de la phase mobile ont une plus forte affinité avec cette dernière. Ils sont plus solubles dans le solvant et moins attirés par le milieu statique. La phase mobile est très efficace pour les transporter, de sorte que ces composants traversent plus rapidement la phase stationnaire.

Quelle est la cause de ces différences d'affinités relatives ? Comme nous l'avons mentionné, tout est lié à l'attraction des deux phases.

Disons que la phase stationnaire est constituée d'une molécule polaire. Cela signifie qu'elle subit des forces dipôle-dipôle permanentes entre elle et tout autre composant polaire du mélange de départ. D'un autre côté, on utilise généralement un solvant non polaire. Cela signifie qu'il n'y aurait que de faibles forces de van der Waal entre le solvant et les composants. Les composants polaires subissent donc une attraction beaucoup plus forte entre eux et la phase stationnaire, qu'entre eux et la phase mobile. Ils sont plus attirés par la phase stationnaire, sont moins solubles dans le solvant, on peut donc dire qu'ils ont une plus grande affinité avec la phase stationnaire.

Facteurs de rétention

Nous savons maintenant que les différents composants se déplacent à des vitesses différentes à travers la phase stationnaire en raison de leurs affinités relatives avec les deux étapes. Cela signifie que dans un intervalle de temps donné, les différents composants parcourent des distances différentes. Nous pouvons le constater car ils apparaissent sous forme de taches claires et distinctes.

Nous utilisons le rapport entre la distance parcourue par chaque tache et la distance totale parcourue par le solvant pour calculer des facteurs de rétention, ou valeurs Rf.

Les valeurs Rf sont importantes car elles nous aident à identifier les composants. Un composant particulier produit toujours la même valeur Rf dans certaines conditions, c'est-à-dire si des éléments comme la température, la phase mobile et la phase stationnaire sont exactement les mêmes. Si nous calculons la valeur Rf d'un composant particulier, nous pouvons la comparer aux valeurs contenues dans une base de données pour découvrir l'identité de cette substance inconnue.

Pour trouver les valeurs Rf, il faut diviser la distance parcourue par chaque composant par la distance totale parcourue par le solvant.

\( Valeur Rf= \frac {distance\ parcourue\ par\ le\ soluté}{distance\ parcourue\ par\ le\ solvant} \)

Chromatographie, Calculer les valeurs de Rf, StudySmarterFig. 3- Calculer les valeurs de Rf.

Dans l'exemple ci-dessus, la tache bleue a parcouru 7,4 cm et le solvant a parcouru 9,8 cm. Pour calculer sa valeur Rf, on utilise l'équation suivante :

\( 7{.}4 \div 9{.}8=0{.}755=0{.}76 \)

Les valeurs Rf n'ont pas d'unités et sont généralement indiquées avec deux décimales.

Certains types de chromatographie utilisent des temps de rétention au lieu de facteurs de rétention. Ceux-ci mesurent le temps nécessaire à chaque composant pour se déplacer à travers la phase stationnaire.

Maintenant que tu connais les affinités relatives, peux-tu prédire comment les valeurs Rf varient entre les composants ?

  • Les composants ayant une plus grande affinité avec la phase stationnaire se déplacent plus lentement dans le milieu. Ils se déplacent moins loin dans une période de temps donnée et ont donc un facteur de rétention plus faible.
  • Les composants ayant une plus grande affinité avec la phase mobile se déplacent plus rapidement dans le milieu. Ils se déplacent plus loin dans une période de temps donnée et ont donc un facteur de rétention plus élevé.

Types de chromatographie

Il existe plusieurs types de chromatographie. Ils diffèrent par leurs phases mobiles et stationnaires et leurs méthodes, mais tous suivent les principes décrits ci-dessus. Les types comprennent :

  • La chromatographie sur couche mince (CCM).
  • La chromatographie sur papier.
  • Chromatographie en phase gazeuse.
  • La chromatographie sur colonne.
  • Chromatographie de partage.
  • Chromatographie en phase liquide à haute performance (HPLC).

Chromatographie sur couche mince

Dans le processus de chromatographie en couche mince (CCM), le mélange de substances est séparé en ses composants à l'aide d'une plaque de verre recouverte d'une très fine couche d'adsorbant, comme le gel de silice et l'alumine.

La plaque utilisée pour ce procédé est connue sous le nom de plaque de chrome. La solution du mélange à séparer est appliquée sous forme d'un petit point à une distance de 2 cm au-dessus d'une extrémité de la plaque. La plaque est ensuite placée dans un bocal fermé contenant un fluide appelé éluant, qui remonte le long de la plaque en transportant les différents composants du mélange à différentes hauteurs.

Chromatographie sur colonne

La chromatographie sur colonne est la technique utilisée pour séparer les composants d'un mélange à l'aide d'une colonne d'adsorbant approprié emballée dans un tube de verre. Le mélange est placé au sommet de la colonne, et un éluant approprié s'écoule lentement le long de la colonne.

La séparation des composants dépend du degré d'adsorption des composants sur la colonne d'adsorbant mural. Le composant ayant la plus grande capacité d'absorption est retenu en haut de la colonne, tandis que les autres s'écoulent vers le bas à des hauteurs différentes1 .

Chromatographie d'affinité

La chromatographie d'affinité permet une séparation plus spécifique des biomolécules en utilisant une colonne composée d'une phase stationnaire, qui contient des ligands spécifiques à la cible.

Chromatographie d'exclusion

Dans la chromatographie d'exclusion par la taille, une colonne remplie de particules poreuses sépare les composants d'un mélange en fonction de leur taille2 .

Voici un tableau pratique pour t'aider à les comparer.

NomPhase stationnairePhase mobileNotes
CCMPlaque recouverte d'une fine couche de gel de siliceSolvant liquide

Précis.

Utilise de petits échantillons.

PapierPapierSolvant liquide

Moins coûteuses.

Utilise de petits échantillons.

GazTube rempli de poudre de silice Solvant gazeux

Nécessite un chauffage.

Extrêmement sensible.

ColonneColonne remplie de poudre de siliceSolvant liquide Principalement utilisé pour la séparation.
Partition Colonne remplie de liquide maintenue en place sur un support solide.Solvant liquideLa séparation se produit en raison de la différence de solubilité dans les deux liquides.
HPLC Colonne remplie de poudre de siliceSolvant liquide Utilise la pression pour accélérer le processus.


Si tu souhaites en savoir plus sur certains de ces types de chromatographie, nous avons ce qu'il te faut : consulte la chromatographie en couche mince, la chromatographie sur colonne, la chromatographie en phase gazeuse, la chromatographie sur papier et la chromatographie par échange d'ions.

Utilisations de la chromatographie

Nous avons déjà abordé certaines des utilisations de la chromatographie, par exemple l'analyse des eaux usées. Mais la chromatographie a une myriade d'applications différentes. Parmi celles-ci, citons :

  • La détection des drogues dans l'urine.
  • L'analyse des métabolites dans les fluides corporels.
  • L'extraction de pigments d'extraits de plantes.
  • L'isolement des principes actifs des médicaments.
  • La purification de composés.
  • Séparation de mélanges de protéines, d'acides aminés ou de nucléotides.
  • Le contrôle de la qualité des boissons alcoolisées.

Te souviens-tu du scandale de la viande de cheval de 2013 ? On a découvert que certains produits carnés vendus comme du bœuf contenaient en fait du cheval. Mais les scientifiques n'ont pu prouver l'origine de la viande qu'en la mélangeant et en l'analysant par chromatographie aux côtés d'échantillons de viande de cheval pure.

Chromatographie - Points clés

  • La chromatographie est une technique de séparation et d'analyse utilisée pour séparer un mélange soluble en ses composants.
  • La chromatographie implique un milieu statique, appelé phase stationnaire, un solvant, appelé phase mobile, et un mélange que tu veux analyser. La phase mobile transporte le mélange à travers la phase stationnaire. Les différents composants du mélange ont des affinités différentes avec chacune des phases et se déplacent donc à des vitesses différentes dans la phase stationnaire. Cela entraîne leur séparation.
  • Un chromatogramme est une colonne ou une bande de matériau contenant les composants séparés d'un mélange par chromatographie. Il s'agit essentiellement du résultat d'une expérience de chromatographie.
  • L'affinité relative décrit la façon dont un composant est attiré par la phase stationnaire ou mobile. Elle détermine la vitesse à laquelle le composant se déplace à travers la phase stationnaire.
  • Les facteurs de rétention (valeurs Rf) indiquent le rapport entre la distance parcourue par chaque composant et la distance parcourue par le solvant.
  • Dans les mêmes conditions, le même composant produit toujours la même valeur Rf.

  • Les types de chromatographie comprennent la chromatographie sur couche mince CCM, la chromatographie sur papier, la chromatographie sur colonne et la chromatographie liquide à haute performance HPLC.

  • Les utilisations de la chromatographie comprennent la séparation des mélanges, l'analyse des eaux usées et l'isolement des principes actifs des médicaments.


Références

  1. https://byjus.com/chemistry/differential-extraction-chromatography/#Types_of_Chromatography
  2. https://www.jove.com/v/5683/chromatography-based-biomolecule-purification-methods

Questions fréquemment posées en Chromatographie

La chromatographie est un procédé permettant de séparer les composants d'un mélange. Pour lancer le processus, le mélange est dissous dans une substance appelée phase mobile, qui le fait passer à travers une seconde substance appelée phase stationnaire. Les différents composants du mélange traversent la phase stationnaire à des vitesses différentes, ce qui les sépare les uns des autres. La nature des phases mobile et stationnaire spécifiques détermine quelles substances se déplacent plus rapidement ou plus lentement, et comment elles sont séparées. Ces différents temps de parcours sont appelés temps de rétention.

Les étapes de l'interprétation des résultats de la chromatographie sur couche mince et sur colonne. 

  • Étape 1 : Si le problème concerne la chromatographie sur couche mince, cherche le nombre de tâches isolées. Si le problème concerne une colonne, cherche les bandes le long de la colonne.
  • Étape 2 : S'il y a une seule tache ou bande, on dit que l'échantillon est pur.

L'objectif de la chromatographie est de séparer les différentes substances qui composent un mélange. Les applications vont de la simple vérification de la pureté d'un composé donné à la détermination quantitative des composants d'un mélange

La réalisation d'une expérience chromatographique est essentiellement un processus en trois étapes : 

  1. l'application de l'échantillon, 
  2.  le "développement" du chromatogramme en permettant à la phase mobile de se déplacer sur le papier, 
  3.  le calcul des valeurs Rf et la formulation de conclusions. La distance parcourue par la tâche est mesurée jusqu'au milieu de la tâche.

La chromatographie est une technique de séparation et ses applications sont donc vastes et variées. De nombreux scientifiques sont amenés à effectuer des travaux de chromatographie à un moment ou à un autre de leurs projets. La chromatographie peut également être utilisée comme technique de purification pour isoler le produit réactionnel souhaité d'un mélange d'impuretés.

La chromatographie est également utilisée comme technique d'analyse. En séparant un mélange en ses composants individuels, tu peux isoler les substances présentes dans un échantillon et les soumettre ensuite à d'autres analyses. 

Questionnaire final de Chromatographie

Question

Lesquels des éléments suivants sont des types de chromatographie ?

Montrer la réponse

Réponse

Bécher

Montrer la question

Question

Quelles sont les deux phases de la chromatographie ?

Montrer la réponse

Réponse

Phase statique

Montrer la question

Question

Qu'est-ce que la chromatographie ?

Montrer la réponse

Réponse

Une technique de séparation et d'analyse utilisée pour séparer un mélange soluble en ses parties constituantes. 

Montrer la question

Question

Comment calcule-t-on les facteurs de rétention ?

Montrer la réponse

Réponse

   Distance parcourue par chaque composant / Distance parcourue par le solvant

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Question

Qu'est-ce que l'affinité relative ?

Montrer la réponse

Réponse

L'affinité relative décrit la force de l'attraction entre le composant, la phase stationnaire et la phase mobile.

Montrer la question

Question

Donne trois utilisations de la chromatographie.

Montrer la réponse

Réponse

Séparation des mélanges, détection des drogues, analyse des eaux usées, purification des composés, isolement des principes actifs.

Montrer la question

Question

En chromatographie sur papier, la phase stationnaire est polaire et la phase mobile est non polaire. Lesquels des énoncés suivants sont corrects ?

Montrer la réponse

Réponse

Les composants polaires auront une plus grande affinité avec la phase mobile.

Montrer la question

Question

Qu’est-ce que la phase stationnaire dans la chromatographie sur couche mince (CCM) ?

Montrer la réponse

Réponse

Une feuille de verre, de plastique ou d'aluminium recouverte d'un adsorbant.

Montrer la question

Question

Quel est l'adsorbant le plus courant dans CCM ?

Montrer la réponse

Réponse

La silice (SiO) mais l'alumine et la cellulose sont également disponibles.

Montrer la question

Question

Quelle est la caractéristique la plus importante d'une phase stationnaire ?

Montrer la réponse

Réponse

 Polarité

Montrer la question

Question

Pourquoi la CCM est-elle réalisée ?

Montrer la réponse

Réponse

Pour trouver le système de solvant approprié afin d'effectuer une séparation sur colonne (technique de purification à grande échelle)

Montrer la question

Question

Comment le composé se déplace-t-il sur la plaque CCM ?

Montrer la réponse

Réponse

Le solvant organique l'entraîne par capillarité.

.

Montrer la question

Question

Comment les composés du mélange se séparent-ils ?

Montrer la réponse

Réponse

Chaque composé du mélange se déplacera à des vitesses différentes sur la phase stationnaire ; comme la phase stationnaire est très polaire, les composés les plus polaires ont tendance à adhérer au gel de silice tandis que les molécules moins polaires migrent sur la plaque avec la phase mobile.

Montrer la question

Question

Quelle est la variable que tu peux contrôler dans la CCM ?

Montrer la réponse

Réponse

La polarité du système de solvant utilisé comme phase mobile.

Montrer la question

Question

Quels composés sont facilement adsorbés par la silice ? lesquels ne le sont pas ?

Montrer la réponse

Réponse

Les composés non polaires entièrement constitués de carbone et d'hydrogène sont " gras " et difficilement adsorbés ; les groupes polaires avec O et N sont plus fortement adsorbés→ la capacité à se lier à l'hydrogène du gel de silice crée une forte interaction adsorbante.

Les acides et les bases (amines) sont les plus fortement adsorbés.

Montrer la question

Question

Qu'est-ce que la valeur Rf ?

Montrer la réponse

Réponse

Facteur de rétention : rapport entre la distance parcourue par la tache et la distance parcourue par le solvant.

Montrer la question

Question

 

Vrai ou faux : des valeurs Rf différentes prouvent que deux composés sont différents.

Montrer la réponse

Réponse

Vrai

Montrer la question

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