Chromatographie sur papier

Analyse chromatographique

L'analyse chromatographique a plusieurs utilisations importantes dans les industries pharmaceutiques, alimentaires et industrielles. La chromatographie est utilisée pour purifier des substances, tester la qualité d'un produit ou analyser le contenu d'une substance.

Qu'est-ce que la chromatographie sur papier ?

Phase stationnaire : Papier-filtre

Dans la chromatographie sur papier, la phase stationnaire est - comme son nom l'indique - du papier-filtre. Mais c'est un peu plus compliqué que cela. Le papier-filtre est constitué de cellulose, un polymère de glucose. Les fibres de cellulose se lient à la vapeur d'eau contenue dans l'air, ainsi qu'à l'eau présente lors de la fabrication du papier. On peut en fait considérer la phase stationnaire comme une matrice complexe composée d'eau et de papier, et non pas seulement du papier lui-même.

Phase mobile

La phase stationnaire - le papier - est placée dans un solvant. C'est notre phase mobile. En chromatographie sur papier, nous utilisons généralement un solvant non polaire. Le solvant remonte le long du papier, entraînant avec lui les différents composants du mélange.

Qu'est-ce qu'une rétention ?

Les composants du mélange d'échantillons remontent la phase stationnaire à des vitesses différentes. Cela signifie que dans un laps de temps donné, les différents composants parcourent des distances différentes.

Ces composants sont représentés par des taches sur le chromatogramme, qui est le nom de ton document une fois l'expérience terminée. Le rapport entre la distance parcourue par chaque composant et la distance totale parcourue par le solvant nous donne les valeurs \( R_f \) .

Pour calculer une valeur \( R_f \) , il faut diviser la distance parcourue par le composant - en d'autres termes, la distance entre le trait de crayon de départ et la tache colorée - par la distance parcourue par le solvant.

Les valeurs \( R_f \) sont importantes parce que chaque composant a une valeur \( R_f \) fixe dans un ensemble spécifique de conditions. Si l'on répète l'expérience en gardant la phase mobile, la phase stationnaire et la température exactement les mêmes, on obtiendra la même valeur \( R_f \) pour le même composant. Nous pouvons ensuite comparer les valeurs \( R_f \) à celles d'une base de données pour identifier les composants du mélange.

Affinité relative

Qu'est-ce qui détermine la vitesse à laquelle une substance remonte le long du papier ? Il s'agit de l'affinité relative.

Les composants ayant une plus grande affinité avec la phase mobile se déplacent plus rapidement vers le haut de la plaque que ceux ayant une plus grande affinité avec la phase stationnaire. Ils sont plus solubles dans le solvant et parcourent une plus grande distance dans un intervalle de temps donné.

Examinons de plus près les phases mobile et stationnaire de la chromatographie sur papier pour comprendre pourquoi certains composants ont une plus grande affinité avec l'une ou l'autre.

Tu te souviens que la phase stationnaire est une matrice de cellulose et d'eau ? Cela signifie qu'elle est polaire et qu'elle peut subir des forces dipôle-dipôle permanentes. Les molécules d'eau peuvent également former des liaisons hydrogène avec des substances appropriées. En revanche, la phase mobile de la chromatographie sur papier est généralement non polaire. Elle ne peut former que de faibles forces de van der Waals. Nous pouvons en déduire ce qui suit :

• Si l'un des composants du mélange d'échantillons est polaire ou contient des groupes chimiques pouvant former des liaisons hydrogène, il se liera plus fortement à la structure polaire cellulose-eau qu'au solvant non polaire. Cela signifie qu'ils ont une plus grande affinité avec la phase stationnaire et qu'ils remonteront plus lentement le long du papier. Ces composants donnent des valeurs \( R_f \) plus faibles ;

• Cependant, les composants non polaires se lient plus fortement au solvant non polaire qu'au papier polaire. Ils sont plus solubles. Ils ont donc une plus grande affinité avec la phase mobile et remontent plus rapidement le long du papier. Ces composants donnent des valeurs \( R_f \) plus élevées.

Méthode de chromatographie sur papier

Les détails techniques étant épuisés, comment procéder à la chromatographie sur papier ?

• Trace une ligne au crayon sur la partie inférieure d'une feuille de papier chromatographique.
• Place un point du mélange à analyser au milieu de la ligne.
• Place la feuille de papier dans un bécher rempli d'une couche peu profonde du solvant de ton choix. Veille à ce que le niveau du solvant soit inférieur au trait de crayon.
• Place un couvercle sur le bécher et laisse le solvant remonter le long du papier, entraînant avec lui les composants du mélange.
• Lorsque le niveau du solvant atteint presque le haut du papier, retire le papier du bécher et marque la position du solvant d'un autre trait de crayon. Ton chromatogramme est maintenant prêt à être analysé.

Fig. 1- Montage typique pour la chromatographie sur papier.

Fig. 2- Chromatogramme de la chromatographie sur papier.

Le point d'encre a remonté le long du papier et s'est séparé en plusieurs taches. Chaque point représente un composant différent du mélange d'origine. Chaque composant se déplace sur le papier à une vitesse différente, en fonction de son affinité relative avec la phase stationnaire et de son affinité relative avec la phase mobile.

Nous pouvons maintenant utiliser ces résultats pour calculer les valeurs \( R_f \) pour chaque tache.

Calcul des valeurs \( R_f \)

Plus loin dans le résumé de cours, nous avons mentionné les valeurs \( R_f \) . Il s'agit de valeurs qui indiquent le rapport entre la distance parcourue par chaque composant et la distance totale parcourue par le solvant.

$Valeur R_f = \frac{distance \ parcourue \ par \ le \ soluté}{distance \ parcourue \ par \ le \ solvant}$

Calculons la valeur \( R_f \) pour la tache verte. La tache verte a parcouru \( 3,0 \) cm tandis que le front du solvant a parcouru \( 9,8 \ cm \) . Divise \( 3,0 \) par \( 9,8 \) pour obtenir ta réponse :

\( 3,0 \divsymbol 9,8 = 0,306 \)

Nous avons tendance à arrondir les valeurs \( R_f \) à deux décimales. Cela nous donne une réponse globale de \( 0,31 \) .

Fig. 3- Calcul des valeurs \( R_f \)

Analyse des chromatogrammes

Les chromatogrammes nous indiquent deux choses.

• Le nombre de composants différents dans notre mélange de départ ;
• L'identité de chaque composant de notre mélange de départ.

Nombre de composants différents

N'oublie pas que chaque tache représente un composant différent du mélange de solutés d'origine. Dans notre exemple ci-dessus, nous avons trois taches différentes sur notre chromatogramme. Nous savons donc que trois substances différentes sont présentes.

Identité de chaque composant

Il existe deux façons d'identifier les substances dans un chromatogramme. Tout d'abord, lorsque tu prépares l'expérience, tu peux aussi placer un petit point d'une substance connue, comme un acide aminé particulier ou une molécule organique, sur la ligne de crayon à côté de ton point de soluté. Cette substance connue sert de molécule de référence. Elle sera également entraînée vers le haut de la plaque par le solvant, ce qui produira une tache visible. Si l'une des taches de ton mélange correspond à la tâche de la substance connue, tu sais que cette substance est présente dans ton mélange.

Cela te semble un peu confus ? Voici ce qu'il en est dans la pratique.

La tache rouge à gauche provient d'une substance connue. L'une des taches produites par notre mélange lui correspond exactement. Nous pouvons donc en déduire que le mélange contient cette substance particulière.

Mais il existe une autre façon d'identifier les composants. Nous avons également mentionné précédemment que, si les conditions sont identiques, un composant particulier produira toujours la même valeur \( R_f \) . Disons qu'un composant particulier a une valeur \( R_f \) de \( 0,4 \) . Si nous consultons une base de données, nous devrions pouvoir trouver une substance qui produit également une valeur \( R_f \) de \( 0,4 \) dans les mêmes conditions - même phase mobile, même phase stationnaire et même température. Ces deux substances sont identiques.

Utilisations de la chromatographie sur papier

La chromatographie sur papier n'est pas seulement un moyen de créer de jolis motifs colorés. Elle a un grand nombre d'utilisations différentes, dont beaucoup sont communes à d'autres techniques de chromatographie. Il s'agit notamment de :

• La séparation de mélanges. Par exemple, au début du \( 20^{ème} \) siècle, la chromatographie sur papier était largement utilisée pour séparer des extraits de plantes ;
• L'obtention de composés purs et l'élimination des impuretés ;
• L'analyse des médicaments ;
• L'analyse des eaux usées.

Avantages de la chromatographie sur papier

La chromatographie sur papier est une technique relativement simple. Elle présente toutefois des avantages :

• Elle est bon marché et facile à mettre en œuvre, avec une installation plus simple que les autres types de chromatographie ;
• Elle n'utilise que de petites quantités du mélange d'échantillons ;
• Elle peut analyser des composés organiques et inorganiques.

Cependant, comparée à d'autres techniques de chromatographie telles que la chromatographie en phase gazeuse et la chromatographie sur couche mince, la chromatographie sur papier est moins précise. C'est l'un de ses principaux inconvénients.

Chromatographie : Types

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

Qu'est-ce que la chromatographie liquide ?

On peut classer la chromatographie liquide en quatre types en fonction des composants de la chromatographie :

• Chromatographie en phase inversée ;
• Chromatographie en phase normale ;
• Chromatographie par échange d'ions ;
• Chromatographie d'exclusion de taille.

Chromatographie en phase gazeuse et spectrométrie de masse

La chromatographie en phase gazeuse permet de séparer les mélanges en leurs composants. Cependant, elle ne permet d'identifier ces composants que si les conditions sont normalisées. Pour de nombreuses expériences, cela n'est pas possible. En outre, certains chromatogrammes peuvent donner des résultats ambigus si les composants de l'échantillon ont des temps de rétention similaires. Pour résoudre ces problèmes, nous combinons la chromatographie en phase gazeuse avec la spectrométrie de masse.

Tu as peut-être déjà entendu parler de la spectrométrie de masse, utilisée pour identifier une molécule unique en la divisant en différents fragments.

Le schéma des rapports masse/charge des fragments agit comme une empreinte chimique, nous permettant de déterminer la structure et l'identité de la molécule. Cependant, la spectrométrie de masse peut également être utilisée pour un mélange de plusieurs espèces différentes.

La combinaison de la chromatographie en phase gazeuse et de la spectrométrie de masse crée un outil d'analyse extrêmement utile appelé \( GC-MS \) . La \( GC-MS \) sépare (grâce à la chromatographie en phase gazeuse) et identifie (grâce à la spectrométrie de masse) tous les différents composés d'un échantillon.