Introduction Chromatographie

GENERALITES SUR LES TECHNIQUES CHROMATOGRAPHIQUES

• Méthode de séparation des constituants d’un mélange :

• Elle s’appuie sur les effets antagonistes de deux phases en présence : → Une phase mobile qui entraîne les solutés. → Une phase stationnaire qui exerce sur eux un effet retardateur. • La phase mobile circule continuellement au contact de la phase stationnaire.

Chaque molécule va migrer à une vitesse propre qui dépendra : • De son affinité pour les 2 phases • Des conditions opératoires (T, P principalement). On peut donc séparer un mélange en jouant sur ces facteurs.

Classification des techniques selon : • La nature des phases mobiles et stationnaire en présence. • Le support utilisé pour effectuer la séparation. • Le phénomène physique ou chimique responsable de la séparation.

• Grande diversité de techniques chromatographiques. • On peut séparer n’importe quel mélange : → espèces chargées, polaires, non polaires, macromolécules …

1. Nature des phases.

1.1 Stationnaire.



Solide



Liquide

Liquide de haut point d’ébullition déposé sur un support solide

Support solide inerte qui peut être plan ou sphérique Molécules greffées à la surface d’un solide par l’une de leurs extrémités. O Si

CH2 CH2

O Si

Support solide

Ce sont généralement de longues chaînes carbonées qui peuvent porter des groupements CH CH CH fonctionnels CH CH CH CH 2

CH2

CH2 CH2

2

CH2

CH2 CH2

2

CH2 CH2

CH2

2

CH2 CH2

CH2

2

CH2 CH2

CH2

2

CH2 CH2

CH2

CH2 CH2

CH3

2

CH2

CH2 CH2

CH2

NH2 CH2

C’est son état physique et sa structure chimique qui déterminent le phénomène physique ou chimique responsable de la séparation. Le choix d’une phase dépend des molécules à séparer.

1.2 Mobile.

• Gazeuse → chromatographie en phase gazeuse, • Liquide → chromatographie en phase liquide (cette phase mobile est aussi appelée éluant). • Fluide à l’état supercritique (état intermédiaire entre le liquide et le gaz qui s’obtient dans certaines conditions de température et de pression).

Impératifs : • Ne pas réagir avec les solutés à séparer. • Ne pas réagir avec la phase stationnaire, ni la dissoudre. • Etre un bon solvant dans le cas liquide et supercritique. L’échantillon doit être soluble dans cette phase mobile. • Perturber le moins possible le système de détection.

2. Support utilisé.

2.1 Colonne. • Tube cylindrique de dimensions variables. • En verre, en plastique, en acier : tout dépend des conditions opératoires (pression essentiellement) et de la nature des constituants à séparer.

• Rôle : contenir la phase stationnaire qui pourra être déposée sur la paroi interne de la colonne ou alors la remplir.

2.2 Surface plane. • Chromatographie sur Couche Mince (CCM) Couche de phase stationnaire Plaque rigide (en verre, plastique ou aluminium)

• Chromatographie sur Papier : c’est un morceau de cellulose imbibé de phase stationnaire liquide.

3. Phénomènes responsables de la séparation.

• Mécanismes physiques ou chimiques d’interactions entre les solutés et la phase stationnaire. • Ils sont en partie responsable de leur migration plus ou moins rapide. • Les solutés doivent développer des interactions avec la phase stationnaire.

3.1 L’adsorption.

OH

Solide possédant des propriétés adsorbantes

Ce sont des solides finement divisés pour augmenter la surface active.

Création de liaisons de faibles énergies entre la molécule et l’adsorbant. Type de liaisons : Van Der Walls ou liaisons Hydrogène

Phénomène réversible O

Liaison H

H

Si O

OH

OH

Si

Si O

Surface d’un adsorbant à base de silice

Remarque : les phases stationnaires liquides peuvent présenter des phénomènes d’adsorption à leur surface ce qui est généralement gênant.

3.2 Le partage.

M

Molécules dans la phase mobile Phase stationnaire liquide Support solide

M

M M

M

M M M M

M

M

M

M M

M

M

M

M M

M

M M

M

Les solutés se partagent entre la phase mobile et la phase stationnaire qui est nécessairement de nature liquide.

La répartition des produits dans les deux phases se fait suivant un équilibre thermodynamique pour lequel il existe un coefficient de partage K = [soluté]statio /[soluté]mobile

La phase stationnaire doit avoir une polarité voisine de celle des solutés afin de les solubiliser.

3.3 Les interactions électrostatiques. La phase stationnaire comporte des groupements chargés qui peuvent interagir avec les espèces en solution.

3.4 La taille.

La phase stationnaire est poreuse et se comporte comme un tamis moléculaire. La taille des molécules (en rapport avec leur poids) est le facteur déterminant la séparation.

LES PETITES ET LES MOYENNES MOLECULES PEUVENT PENETRER DANS LES PORES TANDIS QUE LES GROSSES EN SONT EXCLUES

LA PHASE MOBILE ENTRAINE L’ENSEMBLE DES MOLECULES

LES MOLECULES INCLUSES DANS LE GEL ONT UNE VITESSE DE MIGRATION PLUS FAIBLE QUE LES GROSSES