Comment fonctionne la chromatographie?

Pensez à la chromatographie comme à une race et vous «trouverez» que c’est beaucoup plus simple qu’il n’y paraît. En attendant la ligne de départ, vous avez un mélange de produits chimiques dans un liquide ou un gaz non identifié, tout comme un tas de coureurs tous mélangés et regroupés. Quand une course commence, les coureurs se dispersent rapidement parce qu’ils ont des différences. De la même manière , les produits chimiques dans quelque chose comme un mélange liquide en mouvement se répandent parce qu’ils voyagent à des vitesses différentes sur un solide stationnaire. La chose clé à retenir est que la chromatographie est un effet de surface.

Lorsque le liquide commence à se déplacer devant le solide, certaines de ses molécules (choses énergétiques qui bougent constamment) sont rentrées vers la surface du solide et s’y collent temporairement avant d’être repoussées dans le liquide dont elles proviennent. Cet échange de molécules entre la surface du solide et le liquide est une sorte de effet adhésif ou collant appelé adsorption (avec ad – ne le confondez pas avec absorption, avec ab, où les molécules d’une substance sont emprisonnées en permanence à l’intérieur du corps d’une autre). Souvenez-vous maintenant que notre liquide est en fait un mélange de plusieurs liquides différents. Chacun subit une adsorption d’une manière légèrement différente et passe plus ou moins de temps en phase solide ou liquide. L’un des liquides pourrait passer beaucoup plus longtemps dans la phase solide que dans le liquide, de sorte qu’il se déplacerait plus lentement sur le solide; un autre pourrait passer moins de temps dans le solide et plus dans le liquide, donc ça irait un peu plus vite.Une autre façon de voir les choses est de considérer le liquide comme un mélange de liquides collants, dont certains collent plus au solide (et voyager plus lentement) que les autres. C’est ce qui fait que les différents liquides de notre mélange liquide d’origine se répandent sur le solide.

Illustration: Comment fonctionne la chromatographie: ici la phase mobile est un liquide (bleu) et la phase stationnaire est un solide (gris). La molécule verte passe le plus de temps dans le liquide et se déplace donc plus rapidement. La molécule jaune passe plus de temps à la surface du solide, donc se déplace plus lentement. La molécule rouge passe encore plus de temps sur la surface solide, elle se déplace donc le plus lentement.

Pour que la chromatographie fonctionne efficacement, nous avons évidemment besoin que les composants de la phase mobile se séparent autant que possible lorsqu’ils passent au-delà de la phase stationnaire . C’est pourquoi la phase stationnaire est souvent quelque chose avec une grande surface, comme une feuille de papier filtre, un solide composé de particules finement divisées, un liquide déposé à la surface d’un solide ou un autre matériau hautement adsorbant.

Quels sont les différents types de chromatographie?

Il existe de nombreuses façons d’utiliser la chromatographie. Voici quelques-unes des plus connues:

Chromatographie sur papier

Photo: Chromatographie sur papier simple. Dessinez quelques gouttes d’encre sur du papier (les fibres de Crayola lavables pour enfants sont parfaites), enroulez le papier dans un cylindre et placez-le dans un verre à vin avec une petite quantité d’eau. Au fur et à mesure que l’eau envahit le papier, les couleurs se séparent en leurs composants. C’est la chromatographie en action!

C’est l’expérience « tache d’encre sur papier » que vous faites souvent à l’école (également l’effet que nous avons décrit au début lorsque vous mouillez vos papiers). En général, vous mettez une tache d’encre près d’un bord d’un papier filtre, puis suspendez le papier verticalement avec son bord inférieur (le plus proche de l’endroit) trempé dans un solvant tel que de l’alcool ou de l’eau. L’action capillaire fait voyager le solvant le long du papier, où il rencontre et dissout l’encre. l’encre dissoute (la phase mobile) remonte lentement le papier (la phase stationnaire) et se sépare en différents composants, parfois ceux-ci sont colorés; parfois vous devez les colorer en ajoutant d’autres substances (appelées révélateurs ou fluides en développement) qui vous aident à l’identification.

Chromatographie sur colonne

Au lieu du papier, la phase stationnaire est un bocal en verre vertical (la colonne) rempli d’un solide hautement adsorbant, comme des cristaux de silice ou de gel de silice, ou un solide enduit d’un liquide. La phase mobile goutte (ou est pompé à haute pression) à travers la colonne et se divise en ses composants, qui sont ensuite retirés et analysés.

Il existe de nombreuses variantes, notamment:

• Liquide- la chromatographie sur colonne, où le mélange étudié est placé à une extrémité de la colonne et une substance extra-ajoutée appelée éluant (parfois épelé éluant) est versée pour l’aider à traverser.
• La chromatographie sur couche mince est une variante de cette technique dans laquelle la « colonne » est en fait un film de verre, de plastique ou de métal recouvert d’une très fine couche de matériau adsorbant.
• Chromatographie liquide à haute performance (HPLC), où le mélange est forcé à travers le colonne à haute pression (environ 400 fois la pression atmosphérique).C’est plus rapide, plus précis et plus sensible.

Photo: Chromatographie sur colonne: vous prenez votre colonne , contenant la phase stationnaire, et chargez-le avec votre échantillon en haut (gris foncé). Lorsque vous ajoutez de l’éluant (solvant) à l’échantillon, il se divise en ses composants (disons qu’ils sont colorés en rouge, jaune et bleu). Ceux-ci se déplacent à des vitesses différentes et émergent un à la fois en bas, où vous pouvez les collecter dans différents conteneurs.

Chromatographie en phase gazeuse

Jusqu’à présent, nous avons envisagé la chromatographie de liquides voyageant au-delà des solides, mais l’une des techniques les plus largement utilisées est un type de chromatographie sur colonne utilisant des gaz comme mobile phase. La chromatographie en phase gazeuse est un type d’analyse chimique largement automatisé que vous pouvez effectuer avec un équipement de laboratoire sophistiqué appelé, sans surprise, un chromatographe en phase gazeuse.

Photo: La chromatographie en phase gazeuse est en grande partie automatisée, mais il faut tout de même un opérateur qualifié pour faire fonctionner l’une de ces machines. Photo gracieuseté du Centre spatial Kennedy de la NASA (NASA-KSC).

Tout d’abord, un petit échantillon du mélange de substances étudiées est placé dans une seringue et injecté dans la machine. Les composants du mélange sont chauffés et s’évaporent instantanément. Ensuite, nous ajoutons un support (l’éluant), qui est simplement un gaz neutre tel que l’hydrogène ou l’hélium, conçu pour aider les gaz de notre échantillon à se déplacer dans la colonne. Dans ce cas, la colonne est un tube mince en verre ou en métal généralement rempli d’un liquide à haut point d’ébullition (ou parfois d’un gel ou d’un adsorbant solide). Au fur et à mesure que le mélange traverse la colonne, il «s adsorbé et se sépare en ses composants. Chaque composant émerge à son tour de l’extrémité de la colonne et passe devant un détecteur électronique (parfois un spectromètre de masse), qui l’identifie et imprime un pic sur un graphique. Le graphique final comporte une série de pics qui correspondent à toutes les substances du mélange. La chromatographie en phase gazeuse est parfois appelée chromatographie en phase vapeur (VPC) ou chromatographie de partition gaz-liquide (GLPC).