Sciences · Chimie
Chromatographie
La chromatographie est une technique de séparation qui fait migrer un mélange, porté par une phase mobile, le long d’une phase fixe. Chaque constituant avance à sa propre vitesse selon son affinité pour l’une ou l’autre.
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La chromatographie a été mise au point par le botaniste russe Mikhaïl Tswett, qui en 1903 sépara les pigments des feuilles en faisant couler leur extrait dans une colonne de carbonate de calcium : des bandes colorées vertes et jaunes apparurent, d’où le nom, du grec khrôma, couleur, et graphein, écrire. La technique est devenue l’outil d’analyse le plus utilisé de la chimie : contrôle antidopage, analyse des pesticides, police scientifique, contrôle qualité des médicaments.
Le principe
Chaque espèce du mélange est partagée entre les deux phases :
- une espèce très attirée par la phase fixe reste en arrière ;
- une espèce très soluble dans la phase mobile est entraînée rapidement.
Les constituants se séparent donc progressivement au cours de la migration. Le partage repose selon les cas sur l’adsorption, la solubilité, la taille des molécules ou leur charge électrique.
La chromatographie sur couche mince (CCM)
C’est la méthode la plus simple, utilisée au lycée et en routine au laboratoire.
| Élément | Nature |
|---|---|
| Phase fixe | fine couche de gel de silice (ou de cellulose) sur une plaque |
| Phase mobile (éluant) | solvant ou mélange de solvants |
| Révélation | lumière ultraviolette, vapeurs de diiode ou réactif coloré, si les taches sont incolores |
Les étapes
- Tracer au crayon à papier une ligne de dépôt à environ 1 cm du bas de la plaque.
- Déposer une petite goutte de chaque échantillon et des substances de référence.
- Placer la plaque dans une cuve contenant un peu d’éluant, sous la ligne de dépôt, et fermer la cuve.
- Laisser l’éluant monter par capillarité ; arrêter avant le haut et marquer le front du solvant.
- Sécher, révéler et interpréter.
Le rapport frontal Rf
Pour chaque tache, on calcule :
Rf = distance parcourue par l’espèce / distance parcourue par l’éluant
Le Rf est compris entre 0 et 1. Dans des conditions identiques (même plaque, même éluant), une espèce donnée a toujours le même Rf.
Un échantillon donnant une seule tache est probablement un corps pur ; plusieurs taches signalent un mélange.
Les grandes techniques
| Technique | Phase mobile | Phase fixe | Usages typiques |
|---|---|---|---|
| Sur papier | solvant | cellulose du papier | encres, pigments (enseignement) |
| CCM | solvant | silice sur plaque | suivi de réaction, identification rapide |
| Sur colonne | solvant | silice ou alumine dans un tube | purification de quantités importantes |
| En phase gazeuse (CPG) | gaz inerte (hélium, diazote) | film liquide dans une colonne capillaire de plusieurs dizaines de mètres | parfums, alcoolémie, pesticides, dopage |
| Liquide haute performance (HPLC) | solvant sous haute pression | grains très fins dans une colonne | médicaments, vitamines, contrôle alimentaire |
| Échange d’ions | solution aqueuse | résine chargée | ions, acides aminés, adoucissement de l’eau |
| Exclusion stérique | solvant | gel poreux | séparer les protéines ou les polymères selon leur taille |
Couplées à un spectromètre de masse (CPG-SM, LC-SM), la CPG et l’HPLC identifient et dosent des traces infimes, de l’ordre du nanogramme ou moins.
L’expérience classique : l’encre d’un feutre
Une tache de feutre noir déposée sur un papier filtre trempant dans l’eau se sépare en plusieurs auréoles colorées (bleu, jaune, rouge…) : l’encre noire est un mélange de colorants qui ne migrent pas à la même vitesse. L’expérience montre le lien entre chromatographie et analyse des mélanges.
À quoi sert la chromatographie ?
- Identifier une espèce en comparant son comportement à celui d’une référence.
- Contrôler la pureté d’un produit synthétisé.
- Suivre une réaction : la tache du réactif s’efface, celle du produit apparaît.
- Purifier une substance (chromatographie préparative sur colonne).
- Doser : en CPG et en HPLC, l’aire du pic est proportionnelle à la quantité.
Applications : analyse des médicaments, dosage de l’alcool dans le sang, recherche de résidus de pesticides dans les aliments, détection de produits dopants, datation et authentification de vins, analyses environnementales.
Questions fréquentes
Pourquoi trace-t-on la ligne de dépôt au crayon et non au stylo ?
L’encre d’un stylo migrerait avec l’éluant et fausserait le chromatogramme. Le graphite du crayon, insoluble, reste en place.
Pourquoi la ligne de dépôt doit-elle être au-dessus du niveau de l’éluant ?
Si les dépôts trempaient dans le solvant, ils s’y dissoudraient directement au lieu de migrer le long de la plaque.
Que signifie un Rf proche de 1 ?
L’espèce a migré presque aussi loin que l’éluant : elle a peu d’affinité pour la phase fixe et beaucoup pour la phase mobile. Un Rf proche de 0 indique l’inverse.