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CHROMATOGRAPHIE

Qu'est-ce qu'une chromatographie et quel est son principe de fonctionnement ?

 

La chromatographie est une technique chimique qui permet de séparer et d'identifier les différentes molécules d'un échantillon. . 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 etc) .

Elle est d'une très grande utilitée pour la police scientifique. Elle vise à déterminer la composition des substances présentes sur la scène d'un crime. Ce peut être des poudres, des liquides, des gaz, des drogues... .

Il existe de nombreux types de chromatographie. Les plus courantes sont :

  • La chromatographie en phase gazeuse
  • La chromatographie en phase liquide
  • La chromatographie en phase supercritique

Le principe général d'une chromatographie telle que celle en phase liquide sur papier est la suivante :

1. Introduire des solvants appelés éluant ou phase mobile dans une cuve à chromatogramme.

2. Fermer la cuve avec un verre de montre pour la saturer avec des vapeurs de solvant.

3. Réaliser des dépôts ponctuels des produits à analyser sur le papier de chromatographie (appelé phase fixe)

4. Mettre la phase fixe à tremper dans l'éluant.

Attention : Les dépôts ne doivent pas  être immergés dans l'éluant.

5. L'éluant monte par capillarité à la surface de la phase fixe. On dit que l'éluant migre. C'est l'élution.

6. Pendant l'élution, les espèces chimiques sont séparées et entraînées à des vitesses différentes par l'éluant. Plus une espèce chimique est soluble dans l'éluant, plus elle migre rapidement vers le haut. On peut ainsi séparer les différents constituants. Les diverses molécules se déposent sur le papier en montrant leur présence par des taches.

Schéma d'une chromatographie en phase liquide sur papier :

Le résultat obtenu est un chromatogramme :



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chromatogramme.jpg

 

 

 

 

Par comparaison avec d'autres analyses réalisées dans les mêmes conditions avec des substances connues ; on déterminera les molécules présentes. Les substances sont identifiées en calculant une valeur appelée Rapport frontal (symbolisée Rf).

Rf = distance parcourue par l'échantillon/Distance parcourue par l'éluant

La chromatographie sur papier peut aussi être une technique micropréparative. On découpe des ronds de papier où les produits se sont déposés (taches). En les dissolvants ensuite, on récupère les molécules à analyser.

Les types de chromatographie existantes dépendent des catégories de :

* phase mobile utilisée : gazeuse, liquide, supercritique

* phase fixe (support) : papier, gélatine, silice....

La chromatographie en phase supercritique mélange des fluides sous condition de température et de pression très particulières. C'est une technique hybride entre les chromatographies en phase gazeuse et en phase liquide. Elle est de conception récente et permet d'identifier un plus large éventail de composés.

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.

Deux types de chromatographies

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 dechromatographie analytique.

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

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) ;
  • la chromatographie en phase gazeuse (CPG) également appelée CPV (chromatographie en phase vapeur) ;
  • la chromatographie en phase liquide (CPL) ;
  • la chromatographie en phase liquide à haute performance (CLHP) ;
  • la chromatographie en phase supercritique (CPS).

 

Ou selon le support de la phase stationnaire :

  • la chromatographie sur colonne (regroupant notamment HPLC et CPG) : la phase stationnaire est dans un tube étroit et la phase mobile progresse par gravité ou différence de pression ;
  • la chromatographie planaire (qui recouvre CCM et chromatographie sur papier) : la phase stationnaire est sur la surface d'un support plat (CCM) ou dans une feuille de cellulose poreuse (chromatographie papier) et la phase mobile se déplace par capillarité ou par gravité.

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

Nous allons nous intéresser plus particulièrement à la CCM, voyons comment elle fonctionne :


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

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

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

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