Nous expliquons ce qu'est la chromatographie, comment elle est utilisée pour séparer les mélanges, quelles sont ses phases, quels types existent et des exemples.
Qu'est-ce que la chromatographie ?
La chromatographie est un méthode de séparation des mélanges complexe, qui est largement utilisé dans diverses branches de la la science. Il peut être utilisé pour quantifier, identifier et séparer les composants d'un mélange. Pour ce faire, il utilise le principe de la rétention sélective, qui consiste en le comportement différent des composants d'un mélange sur un support spécifique (tel qu'un papier, un gaz, un liquide, une résine) et une phase liquide ou gazeuse qui traverse le support.
De cette façon, la chromatographie utilise diverses techniques qui tirent parti des différences de taux de rétention de chaque composant et peuvent les séparer, les identifier et les quantifier.
Dans de nombreux cas, la clé adsorption (différent du absorption, qui fait référence à la diffusion d'un composant d'une phase à une autre), concept qui fait référence au processus par lequel les particules sont retenues sur une surface. Selon la différence de vitesses d'adsorption sur un support et l'affinité pour ce support des composants du mélange, ils peuvent être séparés puis quantifiés ou identifiés.
En général, tous les types de chromatographie dépendent d'un certain nombre d'instruments, composants chimiques et déterminé La technologie. De ce fait, il est important de connaître certains concepts afin de comprendre le fonctionnement des techniques chromatographiques :
- État stationnaire. C'est une substance qui reste immobile pendant le déroulement de la chromatographie.
- Phase mobile. C'est la substance qui se déplace pendant la chromatographie. Il peut s'agir d'un liquide ou d'un gaz. L'échantillon contenant l'analyte est administré dans la phase mobile.
- Analytes. Ce sont les substances qui vont être séparées, quantifiées et/ou identifiées par chromatographie, c'est-à-dire les substances qui vont être analysées.
- Spectacles. C'est le mélange à analyser. Il peut être constitué d'un ou plusieurs analytes, et d'autres composants qui peuvent ne pas présenter d'intérêt, dont les analytes seront séparés.
- Temps de maintien. C'est le temps qu'il faut à un analyte pour passer de la colonne ou du système à travers lequel passe la phase mobile, au détecteur (équipement qui peut donner un signal de détection en utilisant une propriété de l'analyte).
- Sélectivité. C'est la capacité de différencier chaque composant du mélange.
- Éluant Il fait également référence à la phase mobile à sa sortie de la colonne chromatographique.
La méthode chromatographique consiste à ensemencer un échantillon en phase stationnaire ou en phase mobile (selon le type de technique chromatographique). Ensuite, si, par exemple, la phase mobile est celle qui contient l'échantillon, elle passe par une certaine phase stationnaire.
La séparation des analytes dépendra de l'affinité de chacun des composants à la fois pour la phase stationnaire et la phase mobile. Selon leur nature, certains substances ils auront tendance à se déplacer avec la phase mobile et d'autres à rester sur la phase stationnaire.
Types de chromatographie
Selon la technologie utilisée, la nature du support (phase stationnaire) et de la substance mobile (phase mobile), les types de chromatographie suivants peuvent être différenciés :
- Chromatographie sur papier. La phase stationnaire est constituée d'une bande de papier filtre. L'échantillon à analyser est placé sous forme de goutte sur une extrémité du papier. Ensuite, la bande de papier est immergée dans un récipient où se trouve la phase mobile, en tenant compte du fait que l'extrémité où est placé l'échantillon est au fond du papier. La phase mobile monte par capillarité, entraînant l'échantillon avec elle et séparant chaque composant selon son affinité pour la phase stationnaire. Ce type de chromatographie est principalement utilisé lorsque chaque composant de l'échantillon a un Couleur différent, alors vous pouvez voir l'affichage des couleurs sur le papier pour les identifier.
- Chromatographie sur couche mince. Le fonctionnement de cette technique est similaire à celui de la chromatographie sur papier, mais dans ce cas la phase stationnaire est construite en déposant une résine polaire (presque toujours du gel de silice) sur une plaque de verre ou d'aluminium. Une certaine quantité de l'échantillon est placée à 1 cm du bord inférieur de la plaque. Cette plaque est ensuite immergée, en gardant à l'esprit que l'extrémité qui contient l'échantillon doit être vers le bas, dans un récipient qui contient la phase mobile. La phase mobile monte par capillarité, séparant les composants de l'échantillon.
- Chromatographie sur colonne. La phase stationnaire est placée à l'intérieur d'une colonne qui peut être en verre ou en acier inoxydable, entre autres matériaux. La phase mobile peut être liquide ou gazeuse. L'échantillon est placé en haut de la colonne et laissé redescendre avec la phase mobile à l'aide du la gravité. Ainsi, la chromatographie sur colonne peut être classée comme :
- Chromatographie solide-liquide. La phase stationnaire est solide et le mobile est liquide.
- Chromatographie liquide-liquide. Les deux phases sont liquide.
- Chromatographie liquide-gaz. La phase stationnaire est liquide et la phase mobile est un soda.
- Chromatographie en phase gazeuse solide. La phase stationnaire est un solide et le mobile est gazeux.
Par contre, compte tenu du type d'interaction de l'analyte entre les phases stationnaire et mobile, on a les types de chromatographie suivants :
- Chromatographie d'adsorption. Dans ce type de chromatographie, la phase stationnaire est un solide, tandis que la phase mobile est un liquide. La substance qui forme la phase stationnaire peut être de l'alumine (Al2O3), de la silice (SiO2) ou des résines échangeuses d'ions (matrices qui ont des sites électrostatiquement actifs, grâce auxquels l'analyte y est retenu par interaction électrostatique). La phase mobile peut être constituée d'un solvant ou un mélange de solvants. Certains composants du mélange seront retenus avec une plus grande force que d'autres, de cette manière la séparation se produit.
- Chromatographie de partage. Il se produit lorsque la séparation des analytes du mélange se produit en raison de différences dans leurs solubilités ou polarités entre la phase stationnaire et la phase mobile, les deux phases étant un liquide non miscible. La technologie des phases stationnaires a progressé et il existe déjà des variétés de liquides noyés dans des solides et des résines qui sont utilisés à cette fin. En ce sens, il existe deux types de cormatographie en fonction de la polarité de la phase stationnaire et de la phase mobile :
- En phase normale. La phase stationnaire est polaire et la phase mobile est apolaire.
- En phase inverse. La phase stationnaire est apolaire et la phase mobile est polaire.
- Chromatographie d'échange d'ions. Lorsque la phase stationnaire est solide et comporte des groupements fonctionnels ionisables, c'est-à-dire chargés, capables d'échanger leur charge avec l'analyte. Il peut être classé en :
- Chromatographie d'échange de cations. La phase stationnaire contient des groupes fonctionnels chargés négativement, elle retient donc les cations (chargés positivement).
- Chromatographie d'échange d'anions. La phase stationnaire contient des groupes fonctionnels chargés positivement, retenant ainsi les anions (chargés négativement).
- Chromatographie d'exclusion stérique. La phase stationnaire est un matériau poreux à travers lequel les analytes éluent, en fonction de leur taille. Dans ce type de chromatographie, il n'y a aucun type d'interaction physique ou chimique entre les analytes et la phase stationnaire. Les analytes plus gros sont élués en premier, c'est-à-dire qu'ils ne sont pas retenus dans la phase stationnaire. Tandis que les plus petits analytes sont piégés dans les pores de la phase stationnaire et la quittent lors du passage de la phase mobile (liquide).
Avec l'avance de connaissance et la technologie, les techniques chromatographiques se perfectionnent et à chaque fois il est possible de séparer, d'identifier et de quantifier plus précisément les substances présentes dans un mélange. Deux exemples de chromatographie avancée sont la HPLC (chromatographie liquide à haute performance) et la GC (chromatographie en phase gazeuse).
- HPLC. Il s'agit d'une sorte de chromatographie sur colonne, mais dont la phase mobile est pompée à haute pression à travers la phase stationnaire à l'intérieur de la colonne. L'application d'une haute pression réduit la diffusion des analytes à travers la phase stationnaire, obtenant ainsi de meilleurs résultats, en plus de réduire les temps de travail.
- GC. La phase mobile est un gaz et la phase stationnaire peut être un solide ou un liquide. L'échantillon se volatilise avant de l'injecter dans la colonne chromatographique, car il doit être gazeux pour que le gaz vecteur le transporte.
Exemples de chromatographie
Voici quelques exemples quotidiens d'application de la chromatographie :
- Vin renversé sur une nappe blanche. Un accident à l'heure du dîner nous permettra d'observer, lorsque le vin s'assèche au contact de la air, les différentes substances qui le composent. Chacun teint le blanc du tissu dans un ton ou une couleur différente, et ils peuvent être identifiés séparément, ce qui serait normalement impossible.
- Analyse de sang. La chromatographie des échantillons de sang est souvent réalisée pour identifier les substances qu'il contient, qui sont normalement imperceptibles car il s'agit d'un mélange très complexe. Pour ce faire, la couleur que le sang réfléchit sur un support ou soumis à un lumière spécifique.
- Tests d'urine. Comme le sang, l'urine est un mélange de divers composés, certains solides et autres liquides, dont la présence ou l'absence peut révéler des détails sur le fonctionnement de l'organisme. Une séparation chromatographique peut être effectuée pour détecter des résidus inhabituels, tels que du sang, des sels, du glucose ou des substances illégales.
- Examen d'une scène de crime. Chose que l'on voit souvent dans les films : les chercheurs prennent des tissus, fibres, tissus ou autres supports et observent la séparation par adhérence des différentes substances déversées dessus, comme le sperme ou le sang, même lorsqu'à l'œil nu elles pourraient passer inaperçues.
- Contrôles sanitaires des aliments. En supposant que les spécialistes de aliments connaître la réaction des composants alimentaires lorsqu'ils sont soumis à un spectre chromatographique, cette technique peut être utilisée pour détailler dans un échantillon s'il contient un type de substance inappropriée, un produit d'agents microbiens ou un type de pollution, avant lui produit aller au marché et mettre risque la Santé des gens.