Les applications de la chromatographie - Maxicours

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Les applications de la chromatographie

Objectifs : A travers les différentes applications des techniques chromatographiques, les chromatographies de partage et d’adsorption seront détaillées. Les chromatogrammes issus des chromatographies suivantes seront également exploités :
• chromatographie d’encres ;
• chromatographie de la caféine ;
• chromatographie d’un colorant alimentaire ;
• chromatographie de la teneur en alcool du sang.
1. Chromatographie de partage ou chromatographie sur papier : composition de différentes encres
a. Préparation de la chromatographie
On désire déterminer la composition colorimétrique de différentes encres : grise, noire, marron et verte.
Pour cela on choisit soit un support poreux, soit une phase stationnaire ou fixe : ici, le papier.
Les encres à analyser sont placées en bas de ce support sur une ligne de référence juste au-dessus du niveau de la phase mobile.

b. Elution
Lors de la migration, la phase mobile (éluant), qui sera dans ce cas soit l’eau soit l’éthanol, monte par capillarité sur la phase fixe (papier) en entraînant différemment les espèces qu’il dissout au passage.
c. Exploitation
Le choix de l’éluant est important car ici l’éthanol ne sépare pas bien les encres, sauf la verte dont le chromatogramme est exploitable.
Par contre les encres vertes et marrons sont bien séparées par l’eau :
 
vert = jaune + bleu ;
marron = rouge + jaune + bleu.

Mais le gris et le noir ne sont pas aussi bien séparés, il faudrait choisir un autre solvant et recommencer l’expérience.
2. Chromatographie d’adsorption
a. Chromatographie sur couche mine (CCM) : vérification de la présence de caféine dans un médicament et une pommade

Manipulation :

Soient 3 échantillons dissous dans l’acétate d’éthyle :
 •  La caféine ;
 •  une pommade P ;
 •  un médicament énergisant A.

Ils sont placés à la base d’une plaque de chromatographie sur couche mince (CCM).

L’éluant est un mélange 9/1 d’acétate d’éthyle et d’éthanol très volatile donc il faudra recouvrir le bécher.

Après élution, la révélation se fait par absorption UV (ultraviolets) pour mettre en évidence ces substances incolores :

Exploitation :

La caféine n’a migré qu’en une seule tache donc c’est une espèce pure, non un mélange. Le rapport frontal qui la caractérise vaut : Rf = 0,8/3,6 = 0,2.

On retrouve la même tache au même Rf pour le médicament A et la pommade P donc tous deux contiennent la caféine identifiée par comparaison.
Le médicament A est un mélange de plusieurs espèces puisque son chromatogramme contient plusieurs taches.

b. Chromatographie sur colonne : analyse d’un colorant alimentaire vert

Manipulation :

Un morceau de coton est placé en bas de la pipette servant de colonne à la phase stationnaire (alumine solide et solution saturée de chlorure de sodium) : l’éluant (solution saturée de chlorure de sodium) imprègne lentement la colonne d’alumine en étant poussé par la pipette.

On dépose ensuite en haut de la colonne le colorant vert qui pénètre l’alumine. On rajoute de l’éluant au fur et à mesure de la descente pour que l’alumine ne soit jamais sèche.
On recueille ainsi des fractions colorées en changeant de bécher régulièrement. 2 béchers sont récupérés : l’un contenant une solution jaune, l’autre une solution bleue.

Exploitation :

Pour identifier ces deux colorants jaune et bleu, on peut faire un tracé de leurs spectres d’absorption à l’aide d’un spectrophotomètre pour les longueurs d’onde visibles (350 à 750 nm) en prenant comme solution étalon une solution d’éluant.

On compare ensuite ces spectres à des spectres connus ce qui permet d’identifier le jaune ou colorant tartrazine E 102 et le bleu patenté E131 composant le colorant vert étudié.

c. Chromatographie en phase gazeuse : détermination du taux d’alcool dans le sang

Manipulation :

La chromatographie en phase gazeuse (CPG) est utilisée par les laboratoires de la Gendarmerie nationale pour déterminer le taux d’alcool dans le sang d’un conducteur.
L’échantillon de sang est dilué dans un étalon interne : le 2-méthylpropan-2-ol de concentration connue.

Ce mélange liquide est injecté dans une petite chambre chauffée à une température suffisante pour que le liquide soit entièrement et rapidement vaporisé.
A la sortie de cette chambre, appelée injecteur, les espèces chimiques du mélange sont entraînées par un courant de gaz inerte, la phase mobile. Tandis que la phase stationnaire contenue dans la colonne est, en général, de la silice plus ou moins modifiée.

Exploitation :

Sur le même principe que la CCM, chaque produit pur donne un pic sur le chromatogramme obtenu. Les premiers correspondent aux espèces qui migrent le plus vite. On peut ainsi déterminer l’espèce à partir de références pures sur le principe des rapports frontaux.


Le premier pic correspond à l’éthanol et le second à l’étalon interne.

La seconde information donnée par la CPG est l’aire du pic correspondant à l’espèce à détecter.
Grâce à une série d’étalons d’éthanol de différentes concentrations, on établie le graphique de l’aire en fonction de la concentration et en reportant la valeur de l’aire du pic on détermine la concentration. Elle est, ici, de 1,7 g.L-1.
Mais la loi autorise une concetration maximale de 0,5g.L-1 depuis 2004. Donc le conducteur est en infraction.

L’essentiel

Les chromatographies font intervenir une phase stationnaire où sont déposés les échantillons, et une phase mobile qui entraîne les différents constituants à des vitesses différentes donc les sépare.

Les chromatographies de partage et d’adsorption permettent de déterminer la composition d’un mélange (papier ou CCM), de vérifier la composition d’un échantillon par comparaison avec des espèces pures mais aussi de quantifier la teneur en une espèce chimique précise par étalonnage.

Il est parfois nécessaire de révéler par procédé chimique (cristaux de diiode ou de permanganate) ou lumineux (UV) le chromatogramme lorsque les espèces sont incolores.

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