Chromatographie

Nous expliquons ce qu’est la chromatographie, comment elle est utilisée pour séparer les mélanges, quelles sont ses phases, quels types existent et des exemples.

Qu’est-ce que la chromatographie ?

La chromatographie est une méthode de séparation de mélanges complexes largement utilisée dans diverses branches de la science . Il peut être utilisé pour quantifier, identifier et séparer les composants d’un mélange. Pour ce faire, il utilise le principe de la rétention sélective, qui consiste en un comportement différent des composants d’un mélange sur un support spécifique (tel qu’un papier, un gaz, un liquide, une résine) et une phase liquide ou gazeuse qui s’écoule à travers elle du support.

Ainsi, la chromatographie utilise diverses techniques qui tirent parti des différences de taux de rétention de chaque composant, et peuvent les séparer, les identifier et les quantifier.

Dans de nombreux cas , l’ adsorption est la clé (différente de l’absorption, qui fait référence à la diffusion d’un composant d’une phase à une autre), un concept qui fait référence au processus par lequel les particules sont retenues sur une surface. Selon la différence des vitesses d’adsorption sur un support et l’affinité pour ce support des composants du mélange, ils peuvent être séparés et ultérieurement quantifiés ou identifiés.

En général, tous les types de chromatographie dépendent d’une série d’instruments , de composés chimiques et de certaines technologies . De ce fait, il est important de connaître quelques notions afin de comprendre le fonctionnement des techniques chromatographiques :

• État stationnaire. C’est une substance qui reste immobile pendant que la chromatographie est en cours.
• Phase mobile. C’est la substance qui se déplace pendant la chromatographie. Il peut s’agir d’un liquide ou d’un gaz. L’échantillon contenant l’analyte est administré dans la phase mobile.
• analytes. Ce sont les substances qui vont être séparées, quantifiées et/ou identifiées par chromatographie, c’est-à-dire les substances qui vont être analysées.
• Goûter. C’est le mélange à analyser. Il peut être composé d’un ou plusieurs analytes, et d’autres composants qui peuvent ne pas présenter d’intérêt, desquels les analytes seront séparés.
• Temps de maintien. C’est le temps qu’il faut à un analyte pour passer de la colonne ou du système traversé par la phase mobile au détecteur (équipement qui peut donner un signal de détection en utilisant une propriété de l’analyte).
• Sélectivité. C’est la capacité de différencier chaque composant du mélange.
• Éluant. Il fait également référence à la phase mobile à sa sortie de la colonne chromatographique.

La méthode chromatographique consiste à inoculer un échantillon dans une phase stationnaire ou une phase mobile (selon le type de technique chromatographique). Ensuite, si par exemple, la phase mobile est celle qui contient l’échantillon, elle passe par une phase stationnaire déterminée.

La séparation des analytes dépendra de l’affinité de chacun des composants à la fois pour la phase stationnaire et la phase mobile. Selon leur nature, certaines substances auront tendance à se déplacer avec la phase mobile et d’autres à rester sur la phase stationnaire.

Voir aussi : Colloïde

Types de chromatographie

Selon la technologie utilisée, la nature du support (phase stationnaire) et de la substance mobile (phase mobile), on distingue les types de chromatographie suivants :

• Chromatographie sur papier. La phase stationnaire est formée par une bande de papier filtre. L’échantillon à analyser est placé sous forme de goutte à une extrémité du papier. Puis la bande de papier est immergée dans un récipient où se trouve la phase mobile, en tenant compte du fait que l’extrémité où est placé l’échantillon est au fond du papier. La phase mobile remonte par capillarité, entraînant avec elle l’échantillon et séparant chaque composant selon son affinité pour la phase stationnaire. Ce type de chromatographie est principalement utilisé lorsque chaque composant de l’échantillon a une couleur différente , alors l’affichage des couleurs peut être vu sur le papier pour les identifier.
• Chromatographie sur couche mince. Le fonctionnement de cette technique est similaire à celui de la chromatographie sur papier, mais dans ce cas la phase stationnaire est construite en déposant une résine polaire (presque toujours du gel de silice) sur une plaque de verre ou d’aluminium. Une certaine quantité de l’échantillon est placée à 1 cm du bord inférieur de la plaque. Cette plaque est ensuite immergée, sachant que l’extrémité contenant l’échantillon doit être vers le bas, dans un récipient contenant la phase mobile. La phase mobile remonte par capillarité séparant les composants de l’échantillon.
  
• Chromatographie sur colonne. La phase stationnaire est placée à l’intérieur d’une colonne qui peut être en verre ou en acier inoxydable, entre autres matériaux. La phase mobile peut être liquide ou gazeuse. L’échantillon est placé au sommet de la colonne et on le laisse descendre avec la phase mobile par gravité . Ainsi, la chromatographie sur colonne peut être classée comme :
  • Chromatographie solide-liquide. La phase stationnaire est solide et la phase mobile est liquide.
  • Chromatographie liquide-liquide. Les deux phases sont liquides .
  • Chromatographie liquide-gazeuse. La phase stationnaire est liquide et la phase mobile est gazeuse .
  • Chromatographie en phase solide. La phase stationnaire est un solide et la phase mobile est un gaz.

D’autre part, compte tenu du type d’interaction de l’analyte entre les phases stationnaire et mobile, nous avons les types de chromatographie suivants :

• Chromatographie d’adsorption. Dans ce type de chromatographie, la phase stationnaire est un solide, tandis que la phase mobile est un liquide. La substance qui forme la phase stationnaire peut être de l’alumine (Al ₂ O ₃ ), de la silice (SiO ₂ ) ou des résines échangeuses d’ions (matrices qui ont des sites électrostatiquement actifs, grâce auxquels l’analyte y est retenu par interaction électrostatique). La phase mobile peut être constituée d’un solvant ou d’un mélange de solvants. Certains composants du mélange seront retenus plus fortement que d’autres, ce qui entraînera une séparation.
• Chromatographie de partage. Il se produit lorsque la séparation des analytes du mélange est produite par des différences de leurs solubilités ou polarités entre la phase stationnaire et la phase mobile, les deux phases étant des liquides non miscibles. La technologie de la phase stationnaire a progressé et il existe déjà des variétés de liquides incorporés dans des solides et des résines qui sont utilisés à cette fin. En ce sens, il existe deux types de chromatographie selon la polarité de la phase stationnaire et de la phase mobile :
  • En phase normale. La phase stationnaire est polaire et la phase mobile est non polaire.
  • En phase inverse. La phase stationnaire est non polaire et la phase mobile est polaire.
• Chromatographie échangeuse d’ions. Lorsque la phase stationnaire est solide et comporte des groupements fonctionnels ionisables, c’est-à-dire chargés, qui sont capables d’échanger leur charge avec l’analyte. Il peut être classé en :
  • Chromatographie échangeuse de cations. La phase stationnaire contient des groupes fonctionnels chargés négativement, elle retient donc les cations (chargés positivement).
  • Chromatographie échangeuse d’anions. La phase stationnaire contient des groupes fonctionnels chargés positivement, elle retient donc les anions (chargés négativement).
• Chromatographie d’exclusion de taille. La phase stationnaire est un matériau poreux à travers lequel éluent les analytes, en fonction de leurs tailles. Dans ce type de chromatographie, il n’y a pas d’interaction physique ou chimique entre les analytes et la phase stationnaire. Les analytes plus gros éluent en premier, c’est-à-dire qu’ils ne sont pas retenus dans la phase stationnaire. Alors que les analytes plus petits sont piégés dans les pores de la phase stationnaire et la quittent au passage de la phase mobile (liquide).
  

Avec l’avancement des connaissances et de la technologie, les techniques chromatographiques se sont perfectionnées et chaque fois il a été possible de séparer, d’identifier et de quantifier plus précisément les substances présentes dans un mélange. Deux exemples de chromatographie avancée sont la HPLC (chromatographie liquide à haute performance) et la GC (chromatographie en phase gazeuse).

• CLHP. Il s’agit d’un type de chromatographie sur colonne, mais dont la phase mobile est pompée à haute pression à travers la phase stationnaire à l’intérieur de la colonne. L’application d’une pression élevée réduit la diffusion des analytes à travers la phase stationnaire, obtenant ainsi de meilleurs résultats, en plus de réduire les temps de travail.
• CG. La phase mobile est un gaz et la phase stationnaire peut être un solide ou un liquide. L’échantillon est volatilisé avant d’être injecté dans la colonne chromatographique, car il doit être gazeux pour que le gaz vecteur le transporte .

Exemples de chromatographie

Voici quelques exemples quotidiens d’application de la chromatographie :

• Vin renversé sur une nappe blanche. Un accident à l’heure du dîner nous permettra d’observer, au fur et à mesure que le vin sèche au contact de l’ air , les différentes substances qui le composent. Chacun teindrea le blanc du tissu d’un ton ou d’une couleur différente, et ils pourront être identifiés séparément, ce qui serait normalement impossible.
• Analyse de sang. La chromatographie des échantillons de sang est souvent réalisée pour identifier les substances qu’ils contiennent, normalement imperceptibles car il s’agit d’un mélange très complexe. Pour ce faire, on observe la couleur que le sang réfléchit sur un support ou soumis à une lumière spécifique .
• Tests urinaires. Comme le sang, l’urine est un mélange de divers composés, certains solides et d’autres liquides, dont la présence ou l’absence peut révéler des détails sur le fonctionnement de l’organisme. Une séparation chromatographique peut être effectuée pour détecter des résidus inhabituels, tels que du sang, des sels, du glucose ou des substances illégales.
• Examen d’une scène de crime. Chose que l’on voit souvent dans les films : des chercheurs prennent des tissus, des fibres, des tissus ou d’autres supports et observent la séparation par adhésion des différentes substances déversées dessus, comme du sperme ou du sang, alors même qu’elles pourraient passer à l’œil nu sans être remarquées.
• Contrôles alimentaires sanitaires. Partant du fait que les spécialistes de l’ alimentation connaissent la réaction des composants alimentaires lorsqu’ils sont soumis à un spectre chromatographique, cette technique peut être utilisée pour détailler dans un échantillon s’il y a un type de substance indue, produit d’agents microbiens ou autre. type de contamination , avant que le produit ne soit mis sur le marché et ne mette en danger la santé des personnes .

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