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Pr. MEGHABAR Rachid (rachidmeghabar@yahoo.fr; meghabarrachid@gmail.com) LA CHRO

Pr. MEGHABAR Rachid (rachidmeghabar@yahoo.fr; meghabarrachid@gmail.com) LA CHROMATOGRAPHIE 1: GÉNÉRALITÉS SUR LA CHROMATOGRAPHIE La chromatographie Elle est utilisée dans divers domaines, tels que la chimie fine, la parfumerie, l’œnologie, l’industrie pétrolière, la biologie, l’industrie des matières plastiques, etc. C’est une technique d'analyse qualitative et quantitative dans laquelle l'échantillon contenant une ou plusieurs substances est entraîné par un courant de phase mobile, qui peut être liquide, gaz ou fluide supercritique, le long d'une phase stationnaire, qui peut être du papier, de la gélatine, de la silice, un polymère, de la silice greffée etc. Chaque substance se déplace à une vitesse donnée, dépendant de ses caractéristiques (polaire, non polaire, ionique, etc., et de celles des deux phases. La chromatographie est utilisée pour connaître la concentration de chaque composé d'un mélange (qualité et quantité) et même leur structure quand elle est couplée (GC-MS, LC-MS, LC-RMN, etc.). Histoire Le botaniste russe Mikhail Tswett (1872-1919) fut, en 1906, le premier à utiliser le terme chromatographie. À partir de 1903, Tswett utilisa des colonnes d'adsorption pour séparer des pigments de plantes. On spécula donc l'étymologie du mot chromatographie à partir du grec khrôma- pour couleur et donc pigment. Principe La chromatographie repose sur l'entraînement d'un échantillon dissous par une phase mobile à travers une phase stationnaire. Celle-ci retient plus ou moins fortement les substances contenues dans l'échantillon dilué selon l'intensité des forces d'interactions de faible énergie (comme les forces de van der Waals, les liaisons hydrogène, etc.) réalisées entre les différentes espèces moléculaires et la phase stationnaire. Il existe de nombreux types de chromatographie ; on peut notamment les classer selon la nature de la phase mobile :  la chromatographie en phase gazeuse (CPG ou GC en anglais) également appelée CPV (chromatographie en phase vapeur) ;  la chromatographie en phase liquide (CPL ou LC en anglais) ; Pr. MEGHABAR Rachid (rachidmeghabar@yahoo.fr; meghabarrachid@gmail.com)  la chromatographie en phase liquide à haute performance (CLHP ou HPLC en anglais) ;  la chromatographie en phase supercritique ou fluide supercritique (CPS ou SFC en anglais). On peut aussi les nommer selon les interactions développées par la phase stationnaire :  la chromatographie chirale (qui est, soit de la CPG, soit de la CPL) ;  la chromatographie d'exclusion stérique (CES ou SEC en anglais). Ou selon le support de la phase stationnaire :  la chromatographie sur colonne (regroupant notamment HPLC et CPG) ;  la chromatographie planaire (qui recouvre chromatographie sur couche mince (CCM) et chromatographie sur papier) ; A. SÉPARATION CHROMATOGRAPHIQUE Le mécanisme de la séparation chromatographique s’explique par les différences de répartition des molécules des composés d’un mélange entre deux phases non miscibles: l’une mobile et l’autre stationnaire. En chromatographie les constituants d'un mélange se partagent entre les deux phases: l’une phase mobile et l’autre stationnaire (figure 1.1 mais où la répartition entre les deux phases peut être différente). Ce phénomène est dynamique, les molécules passant continuellement d'une phase à l'autre; ce qui crée un état d'équilibre entre la phase mobile et la phase stationnaire pour un constituant en particulier. À ce moment le rapport des concentrations est égal au rapport des répartitions dans les deux phases ou coefficient de partage .  = Cs/Cm où Cs = concentration dans la phase stationnaire Cm = concentration dans la phase mobile Plus  est grand, plus le composé est absorbé fortement dans la phase stationnaire et plus la rétention est grande et inversement. La valeur de  dépend - de la structure du composé qui détermine son affinité pour chacune des phases - de la nature de la phase stationnaire qui est un adsorbant ou un solvant pour chacun des composés - de la phase mobile, seulement si elle est un liquide, et donc un solvant pour chacun des composés - de la température qui affecte les pressions de vapeur et les solubilités Pr. MEGHABAR Rachid (rachidmeghabar@yahoo.fr; meghabarrachid@gmail.com) B. CLASSIFICATION DES TECHNIQUES CHROMATOGRAPHIQUES SELON LES PHASES MOBILES ET SELON LES MÉCANISMES DE SÉPARATION (http://s.bourdreux.free.fr/sciences/agregation_fichiers/CHIMIE/chromato/chroma1.htm) Chromatographie en phase gazeuse Phase mobile/ Phase stationnaire type phase stationnaire gaz/solide (CGS) adsorption solide poreux gaz/liquide (CGL) partage (partition) dans les colonnes remplies, solide poreux inerte enrobé de liquide dans les colonnes capillaires, paroi interne de la colonne qui sert de support Chromatographie en phase liquide Phase mobile/ Phase stationnaire type phase stationnaire liquide/solide (CLS) adsorption solide poreux échange d'ions solide à la surface duquel se trouvent des sites ioniques qui permettent à l'aide d'un solvant approprié l'échange d'ions présents dans la phase mobile exclusion stérique (filtration sur gel, perméation de gel) solide dont la dimension des pores permet la séparation des espèces selon leur taille liquide/liquide (CLL) partage phase normale solide poreux inerte enrobé de liquide (de moins en moins utilisée) partage phase inversée solide poreux sur lequel sont greffées des chaînes hydrocarbonées non-polaires Pr. MEGHABAR Rachid (rachidmeghabar@yahoo.fr; meghabarrachid@gmail.com) C. SÉPARATION EN CHROMATOGRAPHIE D’ADSORPTION En chromatographie d’adsorption, la répartition des molécules se fait entre la phase mobile et la surface de la phase stationnaire qui n’est pas liquide, donc qui ne joue pas le rôle de solvant. La figure 1.1 représente le mécanisme de l’adsorption et de la désorption. Figure 1.1. Répartition des molécules entre les deux phases dont l’une est solide. Ici les molécules sont adsorbées à la surface du solide.( http://s.bourdreux.free.fr/sciences/agregation_fichiers/CHIMIE/chromato/chroma1.htm) Les forces de Van der Waals, les liaisons hydrogène, etc., jouent aussi un rôle dans l’affinité qu’ont les molécules pour l’une ou l’autre phase. La phase mobile La phase mobile peut être un gaz (gaz vecteur) ou un liquide (ou solvant). Si la phase mobile est un gaz elle ne sert qu’à entraîner les constituants à travers la colonne. Si la phase mobile est un liquide elle a un double rôle : celui d’entraîner les composés à travers la colonne et celui de solubiliser les constituants du mélange. D. SÉPARATION EN CHROMATOGRAPHIE DE PARTAGE Différences de répartition des molécules des composés d’un mélange entre deux phases non miscibles; l’une mobile et l’autre stationnaire constituée d’un liquide. Les différents composés d'un mélange sont entraînés par une phase mobile à travers une couche d'absorbant qui est fixe. Ils se déplacent plus ou moins rapidement selon leur répartition entre les deux phases décrites plus haut. Plus leur répartition dans la phase stationnaire est grande plus leur rétention est grande et inversement. L'affinité de chaque constituant pour la phase stationnaire dépend de sa solubilité dans cette phase et de sa polarité. Les forces qui entrent en jeu sont donc les forces de Van der Waals, les ponts hydrogène, etc. Pr. MEGHABAR Rachid (rachidmeghabar@yahoo.fr; meghabarrachid@gmail.com) Figure 1.2. Répartition (elle peut être différente) des molécules d’un composé entre les deux phases. L’absorption se produit devant le pic et la désorption derrière. (http://s.bourdreux.free.fr/sciences/agregation_fichiers/CHIMIE/chromato/chroma1.htm) La phase stationnaire en chromatographie de partage doit être chimiquement inerte, c'est-à- dire qu'elle ne doit réagir avec aucun des constituants du mélange au cours de la séparation. Figure 1.3. Migration de trois composés en fonction de leur répartition entre les deux phases. Plus l'affinité des différents constituants pour la phase stationnaire est grande plus leur rétention est grande et inversement. Un constituant plus soluble qu'un autre dans la phase stationnaire est retenu davantage et migre plus lentement. http://s.bourdreux.free.fr/sciences/agregation_fichiers/CHIMIE/chromato/chroma1.htm E. ÉQUILIBRE EN CHROMATOGRAPHIE DE PARTAGE - ISOTHERMES Si un composé se partage d’une manière égale entre la phase mobile et la phase stationnaire, comme le montre la figure 1.4 a, il apparaît sous la forme d’un pic parfaitement symétrique. Ce qui signifie que le partage (absorption dans la phase stationnaire ou adsorption) se réalise dans des conditions idéales. En réalité, la plupart du temps, les pics en chromatographie se présentent sous des allures bien différentes en figures 1.4 b et c. Pr. MEGHABAR Rachid (rachidmeghabar@yahoo.fr; meghabarrachid@gmail.com) Figure 1.4. a) le composé se partage également entre les deux phases; b) le composé est absorbé trop rapidement dans la phase stationnaire, il migre trop vite et laisse un effet de queue; c) le composé est absorbé trop lentement dans la phase stationnaire, sa migration est trop lente. http://s.bourdreux.free.fr/sciences/agregation_fichiers/CHIMIE/chromato/chroma1.htm F. GRANDEUR DE RÉTENTION ET RÉSOLUTION 1. Le volume ou le temps de rétention Soit la séparation de deux composés par chromatographie de partage (figure 1.5). Un des paramètres les plus importants en chromatographie sur colonne est le volume de rétention qui s’exprime comme : Vr(ml) = tr(sec). D(ml/sec) où tr = temps de rétention D = débit de la phase mobile et pour un soluté non retenu, ce volume devient: Vm(ml) = tm(sec). D(ml/sec) où V = volume mort tm = temps de rétention D = débit de la phase mobile Pr. MEGHABAR Rachid (rachidmeghabar@yahoo.fr; meghabarrachid@gmail.com) Le temps de rétention est habituellement utilisé à la place du volume de rétention et sa grandeur dépend: - de la nature de la phase stationnaire - de la nature de la phase mobile - du débit de la phase mobile - de la longueur de la colonne Figure 1.5. Chromatogramme typique montrant la séparation de deux constituants d’un mélange et les différents paramètres mesurables. http://s.bourdreux.free.fr/sciences/agregation_fichiers/CHIMIE/chromato/chroma1.htm où : - tm= temps de rétention d’une substance non retenue sur la uploads/Litterature/ la-chromatographie.pdf