Réaliser une chromatographie sur couche mince- Première- Physique Chimie - Maxicours

Réaliser une chromatographie sur couche mince

Objectifs
  • Connaitre le protocole pour réaliser une chromatographie sur couche mince.
  • Exploiter le résultat d’une chromatographie sur couche mince.
Points clés
  • La chromatographie sur couche mince (CCM) est une technique de séparation et d’analyse des mélanges homogènes.
  • Elle utilise le principe de la migration par capillarité d’une espèce sur un support, grâce à sa solubilité dans le solvant choisi.
  • Par comparaison avec des espèces pures de référence, il est possible de déterminer la nature des espèces chimiques présentes dans un constituant.
Pour bien comprendre
  • Règles de sécurité au laboratoire
  • Réaction chimique
  • Verrerie
  • Solubilité
1. Le principe de la chromatographie sur couche mince
a. Définition et histoire
La Chromatographie sur Couche Mince (CCM) est une méthode de séparation, mais également d'identification des constituants d’un mélange.

À l’origine, cette technique servait à séparer des espèces chimiques végétales colorées contenues dans un mélange. Son nom vient d’ailleurs de la racine grecque Khrôma et fut employé pour la première fois par le botaniste russe Mikhaïl Tswett en 1906 qui sépara les pigments d'une feuille d'épinard.

b. Principe

Montage d’une chromatographie sur couche mince

Au contact de la plaque, l’éluant va migrer de bas en haut, par capillarité, le long du support. Il entraine ainsi les constituants du mélange vers le haut du support : c’est le phénomène d’élution.

Chaque constituant migre à une certaine hauteur, caractéristique de la substance : c’est la migration différentielle. Plus un élément chimique présent dans le mélange va être soluble dans l’éluant, plus il va migrer haut.


Migration des éléments présents dans le mélange
2. La réalisation d'une chromatographie sur couche mince
a. Matériel utilisé

La CCM nécessite l’utilisation du matériel de chimie suivant.

  • Une phase fixe : plaque de chromatographie.
    Exemples : plaque d’aluminium recouverte de gel de silice ou papier filtre.
  • Une phase mobile : solvant ou mélange de solvants.
    Exemples : dichlorométhane, éther de pétrole, etc.
  • Une cuve munie de son couvercle.
  • Tubes capillaires : tubes très fins.
b. Protocole expérimental

En Travaux Pratiques, la chromatographie se réalise suivant le protocole suivant.

  1. Préparer la plaque.
    On trace au crayon, à 1 cm du bord, une ligne à l’aide d’une règle : c’est la ligne de dépôt.
    On place de fines croix à l’aide d’un crayon sur cette ligne, qui correspondent chacune :
    • au mélange ;
    • aux témoins : ce sont les produits susceptibles d’entrer dans la composition du mélange.
    On respecte des espaces réguliers entre chaque dépôt. Sous chaque croix, on repère par une lettre ou un nom les constituants à analyser.

    Préparation de la ligne de dépôt
  2. Préparer les dépôts.
    On réalise les différents dépôts à l’aide de capillaires puis on les sèche pour bien les fixer sur le support.
  3. Préparer l’éluant.
    On verse environ 0,5 cm d’éluant dans la cuve à chromatographie puis on la referme avec un couvercle, de manière à ce que l’éluant sature la cuve en vapeur.
    Le niveau de l’éluant versé dans la cuve doit être en dessous de la ligne de dépôt sur la plaque de chromatographie.
  4. Placer la plaque dans la cuve.
    On place la plaque dans la cuve, au centre et à la verticale, puis on pose le couvercle sur la cuve.
  5. Sortir la plaque de la cuve.
    On laisse l’éluant migrer par capillarité (phénomène d'ascension d'un liquide). Il faut sortir la plaque lorsque ce dernier arrive à ~0,5 cm du haut de la plaque, en y traçant un nouveau trait appelé « front de l’éluant ».
3. L'exploitation du résultat de l'expérience

Une fois la migration terminée, il faut comparer le niveau atteint par chacun des constituants : c’est l’analyse comparative.

Remarque
Les tâches ne sont pas nécessairement visibles. Il faut parfois plonger la plaque dans un révélateur qui va les rendre visibles (lampe UV par exemple).
L'analyse du chromatogramme obtenu est alors simple.
  • Une tâche du chromatogramme représente une espèce chimique pure.
  • Si deux tâches sont à la même hauteur par rapport à la ligne de dépôt sur un chromatogramme, alors elles contiennent la même espèce chimique.

La séparation des constituants fait appel à la notion de rapport frontal d'une espèce chimique.

Le rapport frontal correspond au rapport entre la distance de migration de l'espèce chimique et la distance de migration du solvant.
avec :
  • despèce la distance parcourue par l'espèce, en centimètre (cm)
  • déluant la distance parcourue par l'éluant, en centimètre (cm)
  • Rf le rapport frontal, sans unité

Chromatogramme après révélation

Après avoir calculé le rapport frontal pour chacune des tâches issues d'un mélange, on le compare aux données existantes dans les tables de rapports frontaux qui correspondent à l'éluant choisi : deux rapports frontaux égaux pour le même éluant correspondent à la même espèce chimique.

4. Exemple - Analyse d'un colorant alimentaire par chromatographie

On souhaite analyser un colorant alimentaire vert vendu dans le commerce. On dispose de deux colorants témoins : le colorant rouge (azorubine) et le colorant jaune (tartrazine).

Manipulation

La chromatographie des colorants alimentaires peut se réaliser sur une feuille de papier simple. L'éluant choisi est un mélange d'eau salée et d'éthanol. Le chromatogramme est facilement analysable car les espèces chimiques utilisées sont colorées.

On dépose sur la ligne de dépôt d’un papier filtre une goutte de chaque colorant.


Montage pour une chromatographie de colorants alimentaires

On laisse l'éluant (eau salée) monter par capillarité sur le support et on arrête l'expérience lorsque le front de l'éluant atteint le haut du support.

Résultats

On obtient le résultat suivant.


Chronologie d'une chromatographie de colorants alimentaires
Analyses
  • Le colorant vert se sépare en deux tâches dont une qui est au même niveau que le colorant jaune. L’autre tâche est de couleur bleue.
    Le colorant vert est donc un mélange homogène constitué de deux colorants : le jaune tartrazine et le bleu.
  • Le colorant vert ne contient pas le colorant rouge car il ne possède pas la tâche associée.
  • Les colorants jaunes et rouges sont purs car ils ne donnent qu’une seule tâche.

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