CHROMATOGRAPHIE

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Principes de séparation

Chromatographie en phase liquide

Chromatographie par adsorption

Les phases fixes adsorbantes (cf. adsorption) les plus employées sont l'alumine et le gel de silice, à des granulométries, porosités et activités adaptées au cas à résoudre. Le carbone poreux graphitisé, la magnésie, le zircone et le rutile poreux sont aussi utilisés. Il faut citer aussi le florisil (coprécipité de silice et magnésie) très employé en C.C.M. et chromatographie flash à colonne ouverte. Quand on met un tel solide en présence d'un gaz ou d'un liquide, il fixe sur sa surface les molécules de la phase fluide : elles y sont adsorbées. Ce phénomène est plus ou moins marqué suivant la nature des surfaces, suivant celle des corps en présence, et dépend de la température. Pour un adsorbant donné, l'adsorption d'un produit dissous dans un liquide solvant peut être caractérisée par le rapport x/m, où x est la masse de ce produit adsorbée et m celle du solide. Ce rapport, relié au coefficient de distribution, dépend de la température et de la concentration c, et la courbe obtenue en portant x/m en fonction de c à température constante est une isotherme d'adsorption. Pour deux solutés de structures moléculaires différentes (polarités différentes) dissous dans la phase mobile, ces courbes ne coïncident pas et, si leur concentration est égale, le plus polaire des deux est plus fortement adsorbé par le solide (excepté le cas du carbone poreux pour lequel la séparation se fait principalement en fonction du volume hydrocarboné des solutés). En plaçant une phase mobile pure au contact d'un solide qui supporte des composés adsorbés, chacun de ceux-ci s'y dissoudra plus ou moins suivant son affinité relative pour la phase mobile et pour le solide jusqu'à ce que l'équilibre s'établisse entre les deux phases. Un processus de compétition d'interactions moléculaires entre chacun des solutés et la phase stationnaire s'établit. Un cycle d'adsorption-désorption constitue le processus élémentaire de la chromatographie par adsorption. Il se répète à mesure que le fluide mobile passe le long du solide. Historiquement, ce mode de chromatographie a été appelé à polarité normale de phases (sigle anglais : N.P.L.C.) Sur ce principe, dans le cas des chromatographies en phase liquide et à fluide subcritique et supercritique, des échelles de force éluante des différents solvants purs puis en mélange ont été établies. Elles tiennent compte de la polarité relative de chacun d'entre eux et mesurent en fait leur affinité vis-à-vis de chaque adsorbant utilisé. Ces échelles expérimentales sont employées pour choisir la nature et la composition de la phase mobile. Ainsi, si un mélange est trop retenu par un adsorbant donné dans une phase mobile de composition donnée, pour obtenir une séparation dans des conditions correctes il suffira de choisir une autre phase mobile telle que les interactions moléculaires qu'elle développe avec la phase stationnaire soient plus voisines de celles que développent les solutés avec la même phase stationnaire (on prendra une phase mobile de force éluante plus grande, en fait plus polaire vis-à-vis de l'adsorbant utilisé).

Dans le cas de la chromatographie en phase gazeuse, la seule possibilité sera d'augmenter la température d'analyse. Cette dernière technique est la mieux adaptée à l'analyse de composés gazeux ou très volatils. Les phases fixes adsorbantes sont relativement peu nombreuses ; leur choix sera fait principalement d'après leur porosité. On dispose par exemple, avec les tamis moléculaires (silicates poreux), de plusieurs qualités dont les pores ont des dimensions du même ordre que celles des molécules et permettent un tri suivant ces dimensions.

La chromatographie par adsorption a été perfectionnée en modifiant chimiquement la phase fixe pour lui donner des propriétés d'échanges très sélectives. Ainsi, des sélectivités différentes peuvent être obtenues en utilisant des silices greffées par des chaînes hydrocarbonées fonctionnalisées à leurs extrémités par des groupements fonctionnels de polarité variée tels que amino, cyano, ou diol qui permettent des séparations non réalisables sur silice pure. Le phénomène physique modélisant la rétention n'est plus alors de l'adsorption mais plutôt un « partage » (dissolution différentielle entre deux phases à l'état liquide). Dans la chromatographie par échange de ligands, la silice est combinée à des groupes organiques complexables par un métal de transition, auquel peuvent en outre se lier les constituants de la phase mobile. C'est de cette façon qu'on a pu résoudre les mélanges d'énantiomères. La phase fixe comporte des groupes chiraux complexés par du cuivre et les interactions sont différentes avec l'isomère droit et le gauche du même produit (cf. stéréochimie - Stéréochimie organique). Dans ce cas, les solutés peuvent alors être détectés soit par des détecteurs classiques, soit par des détecteurs spécifiques permettant de révéler l'activité optique des différents solutés (détecteurs polarimétrique ou à dichroïsme circulaire). Il est possible aussi de séparer les énantiomères en utilisant des silices greffées par une chaîne substituée à son extrémité par un groupement optiquement pur (chromatographie chirale). Dans ce dernier cas, il a été montré expérimentalement que dans la majorité des analyses, l'utilisation de fluides supercritiques à la place de liquides entraîne des sélectivités de séparation considérablement augmentées. Une autre application du concept d'interaction par échange de ligands est développée lorsqu'on utilise une résine échangeuse de cations (cf Chromatographie échangeuse d'ions) à groupe sulfonate saturée par une phase mobile contenant du nitrate d'argent. Les ions Ag+ bloqués en phase stationnaire forment des complexes moléculaires avec les dérivés éthyléniques (dont les constantes d'association sont différentes selon la géométrie des substituants et le nombre de doubles liaisons carbone-carbone présentes dans la structure des solutés). Bien que la chromatographie développée n'utilise pas comme phase stationnaire de la silice complexée mais une résine échangeuse d'ions, elle est citée dans ce paragraphe car des concepts similaires à ceux qui sont maniés dans l'échange de ligands permettent d'en rendre compte. Cela permet de séparer les composés organiques en fonction du nombre de doubles liaisons et de leur structure. Cette technique s'appelle la chromatographie d'argentation. Elle permet de séparer les acides gras polyinsaturés par classe (degré d'insaturation) et donne des renseignements très importants pour la compréhension du métabolisme des corps gras ou leur constitution. Une fois qu'ils ont été séparés par classe, chaque fraction est alors reprise pour analyse par chromatographie à polarité inversée de phases (cf. Chromatographie de partage). La combinaison des deux chromatogr [...]

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Phase aqueuse

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Hydrocarbures aromatiques

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Écrit par :

  • : docteur ès sciences, professeur à l'École supérieure de physique et de chimie industrielles, Paris, ingénieur, École supérieure de physique et de chimie industrielles
  • : professeur de chimie organique à l'université d'Aix-Marseille-II
  • : professeur des Universités, université de Paris-XI, I.U.T. d.Orsay

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Pour citer l’article

Robert ROSSET, Louis SAVIDAN, Alain TCHAPLA, « CHROMATOGRAPHIE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 26 novembre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/chromatographie/