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Stage MAFPEN CHROMATOGRAPHIE 26 et 28 Janvier 1998 Edith ANTONOT Robert MARCHAL

Stage MAFPEN CHROMATOGRAPHIE 26 et 28 Janvier 1998 Edith ANTONOT Robert MARCHAL Lycée Louis Vincent - METZ Stage MAFPEN - Chromatographie 26 et 28 Janvier 1998 Page 1 Chromatographie: théorie Bibliographie: • "Chimie organique expérimentale" Auteurs: Chavanne, Beaudoin, Jullien, Flamand . Editeur: Belin • "Analyse chimique (méthodes et techniques instrumentales modernes)" Auteur: Rouessac . Editeur: Masson • "144 manipulations de chimie générale et minérale" Auteur: Defranceschi. Editeur : Ellipses • cours de chromatographie en phase gazeuse de Jean UMBER, professeur au lycee Louis Vincent. 1. Chromatographie: aspects généraux: 1.1. Définitions: La chromatographie est une méthode physique de séparation basée sur les différences d'affinités des substances à analyser à l'égard de deux phases, l'une stationnaire ou fixe, l'autre mobile. Selon la technique chromatographique mise en jeu, la séparation des composants entraînés par la phase mobile, résulte soit de leur adsorption et de leur désorption successives sur la phase stationnaire, soit de leur solubilité différente dans chaque phase. On définit un coefficient de partition K: K = masse de soluté dans la phase stationnaire par unité de volume masse de soluté dans la phase mobile par unité de volume On peut classer les méthodes chromatographiques d'après la nature des phases utilisées ou celle des phénomènes mis en oeuvre dans la séparation. Nature des phases: Phase fixe: La phase fixe peut être solide ou liquide. Les solides, silice ou alumine traitées, permettent la séparation des composants des mélanges grâce à leurs propriétés adsorbantes. Ils peuvent être employés comme remplissage d'une colonne (chromatographie par gravité et chromatographie à haute performance ou HPLC) ou étalés en couche mince sur une plaque de verre, d'aluminium ou sur une feuille de matière plastique (chromatographie sur couche mince ou CCM) La phase fixe peut aussi être constituée par un liquide imprégnant un support solide ou encore par une chaîne carbonée fixée sur un support (phase greffée). ainsi en chromatographie sur papier, la phase fixe est formée par l'eau que les molécules de cellulose du papier adsorbent, alors qu'en chromatographie en phase gazeuse, elle est constituée d'un liquide peu volatil et thermiquement stable imprégnant un granulé poreux. Phase mobile: Stage MAFPEN - Chromatographie 26 et 28 Janvier 1998 Page 2 La phase mobile est: • soit un gaz (ex: chromatographie en phase gazeuse): la phase mobile est appelée gaz vecteur ou gaz porteur. • soit un liquide (ex: chromatographie sur papier, couche mince ou colonne): la phase mobile est appelée éluant. Nature des phénomènes: On distingue quatre types de phénomènes que nous allons étudier successivement: • chromatographie d'adsorption • chromatographie de partage • chromatographie ionique • chromatographie d'exclusion 1.2. Chromatographie d'adsorption: Elle est illustrée par la séparation chromatographique classique, sur colonne remplie ou sur couche mince, des composés moléculaires. a b Phénomènes d'adsorption et de partage. Stage MAFPEN - Chromatographie 26 et 28 Janvier 1998 Page 3 a) l'adsorption est un phénomène d'interface à la différence de l'absorption (reproduit avec l'autorisation de M. Laguës, L'Actualité Chimique 1990, (1) p.l7) b) lorsqu'à la surface du gel de silice on greffe une monocouche d'hydrocarbure, les molécules, qui présentent une partie lipophile et l'autre hydrophile, s'orientent à l'interface comme en témoigne l'exemple de l'orangé d'acridine en phase aqueuse. (Chem. & Eng. News 1991, 69(37) p.25). Polarité des phases: Les séparations sont basées sur le principe de polarité c'est à dire l'existence de dipôles. Phase mobile: Le pouvoir éluant d'un liquide dépend de sa propre polarité. Les liquides classés ci- dessous le sont par polarité croissante. On obtient ainsi une série éluotropique. • éther de pétrole • cyclohexane • tétrachlorométhane • trichloréthène • toluène • benzène • dichlorométhane • éther diéthylique • trichlorométhane • éthanoate d'éthyle • pyridine • propanone • propan-1-ol • éthanol • méthanol • eau • acide éthanoïque Adsorbants: Les adsorbants figurant dans la liste ci-dessous sont classés selon l'ordre croissant de leurs forces d'interactions avec des composés polaires. • Papier, cellulose • Kieselguhr, terre de diatomées • Amidon • Sucres • Talc • Carbonate de sodium • Oxyde de magnésium • Gel de silice • Alumine • Charbon activé Le gel de silice et l'alumine sont les adsorbants les plus utilisés. En général, plus un adsorbant est actif, plus il retient fortement les composés polaires. Il est cependant Stage MAFPEN - Chromatographie 26 et 28 Janvier 1998 Page 4 possible de traiter un adsorbant pour modifier ses capacités d'adsorption et ses propriétés: Plus la teneur en eau d'un adsorbant est faible (ce qui a pour conséquence la présence d'un plus grand nombre de sites d'adsorption pour le soluté), plus il est polaire ou actif. Interactions entre le composé à analyser et les deux phases: Lorsque les solutés sont neutres, l'ordre d'adsorption sur un adsorbant polaire comme le gel de silice ou l'alumine est le même que celui présenté pour les solvants. Les solutés apolaires (ex: alcanes) sont peu adsorbés alors que les solutés polaires (ex: méthanol) le sont fortement. Par contre, on utilisera de préférence l'alumine pour séparer des solutés basiques comme les amines et le gel de silice pour les phénols et les acides car les solutés acides sont fortement adsorbés par l'alumine alors que les solutés basiques le sont par la silice. 1.3. Chromatographie de partage: Elle est fondée sur la différence de solubilté des substances à séparer dans deux fluides parfaitement miscibles. Elle est mise en pratique en chromatographie sur papier. Un des fluides est un liquide retenu sur un support inerte et constitue la phase stationnaire. L'autre, liquide ou gaz en déplacement, constitue la phase mobile.Le facteur principal qui intervient est le coefficient de partage entre chaque phase.On peut séparer des solutés dont les coefficients de partage entre les deux phases sont différents. Les plus solubles dans la phase mobile se déplacent plus facilement que ceux qui le sont moins. Un autre facteur qui intervient est la polarité de la phase: ainsi en HPLC on peut utiliser des phases stationnaires peu ou non polaires, la phase mobile étant polaire (eau ou mélange eau - méthanol): on parlera alors de chromatographie de partage à polarité de phase inversée. 1.4. Chromatographie ionique: La phase mobile est une solution tampon aqueuse et la phase stationnaire la plus courante est constituée de polystyrène sous forme de sphères de quelques micromètres de diamètre, lesquelles ont été chimiquement transformées en surface pour faire apparaître des sites ioniques. Ces phases permettent l'échange de leurs contre-ions mobiles avec des ions, de même signe, présents dans la phase mobile. La séparation repose sur les coefficients de distribution ionique entre les deux phases. 1.5. Chromatographie d'exclusion: La phase stationnaire est généralement un polymère poreux dont les pores ont des dimensions choisies en rapport avec la taille des espèces à séparer. On réalise une sorte de tamis à l'échelle moléculaire, dit à perméation sélective. Le coefficient de partition s'appelle dans ce cas le coefficient de diffusion. Cette technique est encore appelée filtration sur gel ou perméation de gel selon la nature de la phase mobile (aqueuse ou organique). Le diamètre des pores est une caractéristique de chaque type de gel. Un mélange de solutés de masses molaires variables traverse une épaisseur donnée de gel: les grosses molécules, celles dont le diamètre est supérieur à celui des pores, sont exclues et éluées les premières; les petites et moyennes molécules sont éluées plus tardivement, car incluses, leur migration est freinée en diffusant dans le gel. Stage MAFPEN - Chromatographie 26 et 28 Janvier 1998 Page 5 La séparation est donc réalisée par le fait que les solutés sont élués dans l'ordre inverse des masses molaires. 2 Chromatographie sur couche mince (CCM) 2.1.Définition et appareillage: La chromatographie sur couche mince (CCM) repose principalement sur des phénomènes d'adsorption : la phase mobile est un solvant ou un mélange de solvants, qui progresse le long d'une phase stationnaire fixée sur une plaque de verre ou sur une feuille semi-rigide de matière plastique ou d'aluminium. Après que l'échantillon ait été déposé sur la phase stationnaire, les substances migrent à une vitesse qui dépend de leur nature et de celle du solvant. Les principaux éléments d'une séparation chromatographique sur couche mince sont: • la cuve chromatographique : un récipient habituellement en verre, de forme variable, fermé par un couvercle étanche. • la phase stationnaire : une couche d'environ 0,25 mm de gel de silice ou d'un autre adsobant est fixée sur une plaque de verre à l'aide d'un liant comme le sulfate de calcium hydraté (plâtre de Paris) l'amidon ou un polymère organique. • l'échantillon : environ un microlitre (µl) de solution diluée ( 2 à 5 %) du mélange à analyser, déposé en un point repère situé au-dessus de la surface de l'éluant. • l'éluant : un solvant pur ou un mélange : il migre lentement le long de la plaque en entraînant les composants de l'échantillon. 2.2.Principe de la technique. Lorsque la plaque sur laquelle on a déposé l'échantillon est placée dans la cuve, l'éluant monte à travers la phase stationnaire, essentiellement par capillarité. En outre, chaque composant de l'échantillon se déplace à sa propre vitesse derrière le front du solvant. uploads/Litterature/ chromato 1 .pdf