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Réaliser une chromatographie sur couche mince

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Objectifs
  • Connaitre le montage d’une chromatographie sur couche mince.
  • Connaitre les termes relatifs à la chromatographie sur couche mince.
  • Exploiter le résultat d’une chromatographie sur couche mince.
Points clés
  • La chromatographie sur couche mince est une technique de séparation et d’analyse des mélanges homogènes.
  • Elle utilise le principe de la migration par capillarité (comme sur un papier buvard) d’une espèce sur un support grâce à sa solubilité dans le solvant choisi.
  • Ensuite, par comparaison avec des espèces pures de référence, il est possible de déterminer la nature des espèces chimiques isolées.
Pour bien comprendre
  • Les règles de sécurité au laboratoire
  • La réaction chimique
  • La verrerie
  • La solubilité
1. Définition d'une chromatographie
a. Histoire de la technique

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.

La chromatographie est aujourd’hui une méthode de séparation, mais également d'identification des constituants d’un mélange.

b. Le principe
La Chromatographie sur Couche Mince (C.C.M) est une technique qui permet d’identifier les constituants d’un mélange.

Les constituants d'un mélange homogène sont séparés par entrainement au moyen d'un solvant (nommé éluant ou phase mobile) sur un support (nommé phase fixe ou stationnaire).

Montage d’une chromatographie sur couche mince


Dans le cas de la chromatographie sur couche mince (C.C.M.), voici le principe général.

  1. Une petite quantité du mélange à séparer est déposée sur le support (la plaque de chromatographie).
  2. Le support est ensuite placé au contact de l’éluant.
  3. L’éluant migre de bas en haut, par capillarité, le long du support.
  4. L’éluant entraine ainsi les constituants du mélange vers le haut du support. C’est le phénomène d’élution.
  5. Chaque constituant migre d’une certaine hauteur, caractéristique de la substance. C’est la migration différentielle.
  6. Il suffit alors de comparer la migration de ces constituants avec des espèces chimiques de référence ou témoins. C’est l’analyse comparative.
2. Protocole détaillé de la chromatographie sur couche mince

Chromatographie : montage et vocabulaire
Étape 1

Choix du support (phase fixe) et de l’éluant (phase mobile).

  • Choix de la phase fixe (exemple : plaque d’aluminium recouverte de gel de silice).
  • Choix de la phase mobile. C’est un solvant ou un mélange de solvants (exemple : dichlorométhane, éther de pétrole, etc.).
Étape 2

Préparation de la cuve à chromatographie et du support.

  1. On verse environ 0,5 à 1 cm d’éluant dans la cuve à chromatographie que l’on referme avec un couvercle de manière à ce que l’éluant sature la cuve en vapeur.
  2. On trace alors un trait fin appelé ligne de dépôt (ou ligne de base) sur la plaque à chromatographie de manière à ce que ce trait soit au-dessus du niveau de l’éluant.
Étape 3

Préparation des dépôts.

Préparation de la ligne de base
  1. Sur la ligne de base, on doit réaliser les différents dépôts :
    • le mélange ;
    • les témoins : ce sont les produits susceptibles d’entrer dans la composition du mélange.
    On respecte des espaces réguliers entre chaque dépôt. On place de fines croix à l’endroit de ces dépôts et on les repère par une lettre ou un nom.
  2. On doit enfin sécher ces dépôts pour bien les fixer sur le support.
Étape 4
Réalisation de la chromatographie.
  1. La plaque est placée dans la cuve à la verticale et le couvercle est remis en place.
  2. On laisse l’éluant migrer par capillarité.
  3. On sort la plaque lorsque ce dernier arrive à ~0,5 cm du haut de la plaque en y traçant un nouveau trait appelé front du solvant.

La tache constituée du mélange va migrer vers le haut en se divisant en autant de taches qu’il y a de constituant.

Étape 5

Révélation et analyse du chromatogramme par comparaison.

 
Fin de la chromatographie

Les taches ne sont pas nécessairement visibles. Parfois, il est nécessaire de plonger la plaque dans un révélateur qui va les rendre visibles.

On compare la hauteur des taches issues du mélange à celles des témoins.

Les taches qui sont arrivées à la même hauteur sont constituées d’un même produit.
Dans l’exemple ci-contre, le mélange contient 3 constituants, dont les témoins n° 2 et 3.
Remarque :
Le constituant du témoin n° 1 n’est pas présent dans le mélange car la tache correspondante n’est à la hauteur d’aucune tache issue du mélange.
3. Exemple : application aux colorants alimentaires

On considère les colorants alimentaires vendus dans le commerce.

  • Le colorant rouge est codé, selon la nomenclature internationale, E122 (azorubine).
  • Le colorant jaune est codé E102 (tartrazine).
  • Le colorant vert n'est quant-à-lui pas codé : il s'agit du mélange homogène à étudier.

Étapes 1 à 3

On dépose sur la ligne de base d’un papier filtre une goutte de chaque colorant, côte à côte.

Montage pour une chromatographie de colorants alimentaires
Étape 4
  1. Le support est alors positionné dans une cuve fermée contenant de l'eau salée (éluant).
    L'eau salée doit imbiber le bas du support sans toucher les gouttes de colorant. 
  2. On laisse l'éluant monter par capillarité sur le support et on arrête l'expérience lorsque le front de l'éluant atteint le haut du support.

Étape 5

Le résultat de l'expérience montre que les colorants ne sont pas montés à la même vitesse. Ils ne sont donc pas à la même hauteur lorsqu'on enlève le support du bécher.

Chronologie d'une chromatographie de colorants alimentaires


Le colorant vert est effectivement un mélange homogène constitué de deux colorants : le jaune tartrazine (E102) et le bleu patenté (E131).

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Question 3/5

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Question 5/5

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