Fiche de révision : Méthodes chromatographiques

📋 Plan du Cours

1. Principe et applications chromatographiques
2. Classification des méthodes chromatographiques
3. Interactions et polarité moléculaire
4. Solvants et force éluante
5. Adsorption et partage chromatographiques
6. CCM et analyse des réactions
7. Purification sur colonne de silice

📅 Repères chronologiques

1. 1938Ismailov et Shraiber développent la chromatographie sur couche mince.
2. 1941Martin et Synge développent la chromatographie de partage.
3. 1952James et Martin développent la chromatographie en phase gazeuse sur colonnes remplies.
4. 1968Giddings et Kirkland développent la chromatographie en phase liquide à haute performance.

📖 1. Principe et applications chromatographiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Chromatographie : Méthode physique qui sépare les constituants d’un mélange par leur distribution entre deux phases non miscibles, l’une stationnaire et l’autre mobile.

★ À maîtriser

• Les constituants séparés migrent à des vitesses différentes dans la phase mobile et sont caractérisés par leur position sur une plaque ou par leur temps de rétention dans une colonne.

Compléments

• La chromatographie sert à séparer, identifier et doser les constituants chimiques de mélanges complexes dans des domaines tels que l’industrie, l’alimentation, l’environnement, la médecine légale, la santé et l’archéologie.

📖 2. Classification des méthodes chromatographiques

★ À maîtriser

📌 Les méthodes chromatographiques se classent selon la nature des phases (LL, LS, GL ou GS), le procédé (colonne ou planaire), le phénomène (adsorption ou partage, entre autres) et la finalité (analytique ou préparative).

📌 La chromatographie analytique qualitative détecte, identifie et caractérise les substances, tandis que la chromatographie analytique quantitative les dose et que la chromatographie préparative les sépare pour récupérer les produits.

Compléments

• La phase mobile peut être un gaz, un liquide ou un fluide supercritique, tandis que la phase stationnaire peut être liquide ou solide et se trouver en colonne ou sur un support planaire.

• En chromatographie gaz-solide, la phase stationnaire est un solide poreux et la séparation repose sur l’adsorption, tandis qu’en chromatographie gaz-liquide elle est liquide et la séparation repose sur le partage.

• La chromatographie d’échange d’ions utilise une résine échangeuse d’ions, tandis que la chromatographie liquide-gel ou par perméation fait intervenir le partage ou le tamisage dans un solide polymérique.

📖 3. Interactions et polarité moléculaire

★ À maîtriser

• La séparation chromatographique repose sur des interactions faibles et non covalentes entre le soluté, la phase mobile et la phase stationnaire ; leur équilibre est perturbé par le déplacement de la phase mobile, ce qui entraîne des migrations à des vitesses différentes.

📌 L’adsorption est un phénomène de surface, tandis que l’absorption correspond à un phénomène de partage entre phases.

• Les interactions de Van der Waals comprennent : les interactions de Keesom entre dipôles permanents, les interactions de Debye entre dipôle permanent et dipôle induit, les interactions de London entre dipôles instantanés

Compléments

• Les forces de London sont les seules forces attractives effectives pour les molécules apolaires et augmentent avec la taille des molécules.

• Les autres interactions citées sont les interactions ioniques entre charges, les interactions ion-dipôle et les liaisons hydrogène entre un hydrogène lié à un hétéroatome et le doublet libre d’un hétéroatome.

📖 4. Solvants et force éluante

🔑 Notions clés & Définitions

• Force éluante : Capacité de l’éluant à faire migrer les solutés ; en chromatographie d’adsorption, elle correspond à l’énergie libre d’adsorption du solvant par unité de surface.

★ À maîtriser

• La polarité d’un solvant décrit sa capacité à solvater les solutés, mais un seul paramètre physico-chimique ne suffit pas à décrire toutes les interactions mises en jeu.

• Les solvants sont caractérisés selon leur polarité, leur caractère dissociant lié à la constante diélectrique et leur proticité, c’est-à-dire leur aptitude à former des liaisons hydrogène.

Compléments

📌 Les solvants se répartissent en trois catégories : aprotiques apolaires, aprotiques polaires et protiques.

• Dans l’échelle de force éluante présentée, le pentane et l’hexane ont une valeur de 0, tandis que l’eau atteint 1.

💡 Astuce mémo

Un solvant protique peut former des liaisons H, contrairement à un solvant aprotique.

📖 5. Adsorption et partage chromatographiques

★ À maîtriser

• En chromatographie d’adsorption liquide-solide, la phase stationnaire est un solide adsorbant comme la silice, l’alumine ou le silicate de magnésium, et la phase mobile est un éluant liquide.

• En chromatographie d’adsorption, le flux de phase mobile déplace continuellement l’équilibre adsorption-désorption ; l’adsorption doit être réversible et une interaction plus forte entre soluté et phase stationnaire entraîne une rétention plus importante.

📌 En phase normale, la phase stationnaire est polaire et retient davantage les composés polaires, tandis qu’en phase inverse, la phase stationnaire est apolaire et retient davantage les composés les moins polaires.

Compléments

• En chromatographie de partage, la phase stationnaire est un liquide immobilisé par adsorption sur un support solide ou par greffage d’un motif fluide.

• En chromatographie de partage, la rétention dépend du coefficient de partage et de la solubilité de chaque constituant dans la phase stationnaire : plus sa répartition dans cette phase est grande, plus sa rétention est importante.

💡 Astuce mémo

En phase normale, les composés polaires sont retenus ; en phase inverse, ce sont les moins polaires.

📖 6. CCM et analyse des réactions

🔑 Notions clés & Définitions

• Chromatographie sur couche mince : Séparation des substances sur une couche de matériel adsorbant déposée sur un support plan, avec un éluant comme phase mobile.

★ À maîtriser

• 🔄 Pour suivre une réaction par CCM : déposer le produit de départ, un prélèvement de la réaction et, si elle est connue, une référence du produit final, éluer la plaque, visualiser les taches

Compléments

• En CCM, la phase stationnaire peut être de la silice ou de l’alumine polaire pour une phase normale, ou une silice imprégnée ou greffée, polaire en phase normale et apolaire en phase inverse.

• La CCM permet des analyses qualitatives, quantitatives et préparatives, ainsi que la détermination préalable des conditions de purification sur colonne de gel de silice.

💡 Astuce mémo

Déposer, éluer, révéler : la CCM suit l’évolution de la réaction.

📖 7. Purification sur colonne de silice

★ À maîtriser

• La purification sur colonne de gel de silice s’appuie sur une étude préalable par CCM pour choisir la quantité de silice, l’éluant et la taille des tubes de récolte.

• La chromatographie sur colonne utilise généralement une silice non modifiée polaire et un éluant initialement apolaire, dont la polarité est ensuite augmentée par gradient.

Compléments

• La purification sur colonne s’effectue couramment du milligramme à 30 g en laboratoire, et peut atteindre l’échelle du kilogramme dans l’industrie pour des produits de haute valeur ajoutée.

💡 Astuce mémo

Éluant apolaire au départ, puis ajout progressif d’un solvant polaire.

📊 Tableaux de synthèse

Phase normale et phase inverse

Analyses chromatographiques