Chromatographie sur couche mince

• la chromatographie de partage où la phase stationnaire est un liquide non miscible à la phase mobile L’immobilisation du liquide dans la colonne se fait soit par imprégnation

TECHNIQUES: Principes de la chromatographie

Chromatographie d’adsorption: principe La chromatographie d’adsorption est basée sur le partage des solutés entre l’adsorbant solide fixe et la phase mobile Chacun des solutés est soumis à une force de rétention par adsorption et une force d’entraînement par la phase mobile L’équilibre qui en résulte aboutit à

NOTIONS FONDAMENTALES DE CHROMATOGRAPHIE

2 La chromatographie en phase gaz, CPG: la phase mobile est un gaz 3 La chromatographie en fluide supercritique, CFS: P M = fluide supercritique Chromatographie en phase liquide phase stationnaire type de séparation CLL Liquide fixé sur un solide Partage entre liquides non miscibles

Chromatographie sur couche mince

Chromatographie de partage : La phase stationnaire est un liquide immobilisé sur un support solide inerte : soit imprégnée dans un solide poreux (risques de lessivage), soit greffée sur le solide (phase greffée) La séparation repose sur le coefficient de partage du soluté dans les deux phases

1 Définition 2 Buts de la chromatographie

que le coefficient de partage d’un soluté entre deux phases dépend de la nature du soluté, et donc, si l’une des phases est mobile par rapport à l’autre, les solutés mettront un temps plus où moins long à parcourir le chemin imparti à cette phase mobile 2 Buts de la chromatographie On peut distinguer deux objectifs principaux: 2 1

Chromatographie - u-bourgognefr

- Les chromatographies de partage : - La chromatographie liquide-liquide (CLL) ou chromatographie de partage : la phase stationnaire est un liquide immobilisé sur un support solide inerte : soit imprégnée dans un solide poreux (risques de lessivage), soit greffée sur le solide (phase greffée)

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Chromatographie sur couche mince telle que nous la connaissons actuellement. Cette technique a rapidement supplanté la chromatographie sur papier, car elle est plus rapide et est utilisée autant pour les composés polaires que non polaires.

Principe de la chromatographie sur couche mince

Dépendant du choix des phases stationnaire et mobile, il est possible de réaliser sur couche mince des

chromatogr

Appareillage

ion. On peut également utiliser un simple bocal de verre pour les couches minces plus petites.

phase stationnaire sur une plaque de verre, dont les dimensions varient de 2,5 × 7 cm à 20 × 20 cm. On

les

plaques commerciales contiennent un indicateur de fluorescence qui permet la visualisation des taches à la

lumière ultraviolette.

Technique expérimentale

b) Déposition des échantillons inconnus et des standards d) Élution de la plaque e) Séchage de la plaque f) Révélation des taches (lampe U.V., iode ou réactifs chimiques spécifiques) g) Calcul des Rf et interprétation des résultats.

Résultats et interprétation Dans une chromatographie sur couche mince, les composés apparaissent sous forme de taches rondes ou stationnaire et une phase mobile données, chaque composé est caractérisé par son Rf :

Rf = est calculée à partir du niveau de déposition de varie entre 0 et 1; il est rapporté à deux décimales près (Ex. : Rf = 0,62).

Distance parcourue par le

Chromatographie Définition

La chromatographie est une technique analytique de séparation qui permet de séparer les constituants d'un mélange homogène liquide ou gazeux.

Le principe

Le principe de la séparation repose sur l'équilibre de concentrations des composés présents entre deux phases

en contact : La phase stationnaire qui peut être solide ou liquide La phase mobile peut être un liquide ou un gaz.

La phase mobile qui se déplace le long de la phase stationnaire. La séparation est basée sur l'entraînement

différentiel des constituants du mélange. Ces derniers parcourent la phase stationnaire avec des temps

proportionnels à leurs propriétés intrinsèques (taille, structure, ...) ou à leur affinité avec la phase stationnaire

(polarité). On distingue deux types de chromatographie: sur colonne et planaire.

Sur colonne

La phase stationnaire est mis dans une colonne au travers de laquelle progresse la phase mobile par gravité

Sur couche mince (CCM)

Sur une surface plane La phase mobile qui se déplace sur ou à travers la phase stationnaire, entraînant avec

st un liquide. Classification des méthodes chromatographiques :

La Classification des différentes méthodes chromatographiques se fait selon la nature des phases et le

procédé utilisé on distingue

Selon la nature de la phase mobile

On distingue deux types de chromatographie

Chromatographie en phase liquide la phase stationnaire qui peut être solide ou liquide Chromatographie en phase gazeuse la phase stationnaire qui peut être solide ou liquide

Selon le procédé utilisé on distingue

On distingue:

La chromatographie liquide-s

La phase

mobile peut être un liquide ou un gaz.

Chromatographie de partage : La phase stationnaire est un liquide immobilisé sur un support solide inerte : soit imprégnée dans un solide poreux (risques de lessivage), soit greffée sur le solide (phase greffée). La séparation repose sur le coefficient de partage du soluté dans les deux phases. La phase mobile peut être un liquide ou un gaz.

Aussi désignée chromatographie de perméation de gel, ou tamisage moléculaire : la phase stationnaire est un

solide poreux les grosses particules sont exclues de la phase fixe, les petites

particules sont incluses diffusent dans les pores du gel et leur migration est retardée et sont éluées les

dernières. La phase mobile est un liquide.

porteur de groupements ionisés, négativement pour séparer des cations, positivement pour séparer des

anions) : interactions électrostatiques. La ser (affinité enzyme-substrat, ligand-récepteur, antigène-anticorps).

Chromatographie instrumentale Chromatographies en phase gazeuse (CPG) La phase mobile est un gaz vecteur.

La nature du soluté : gaz, liquide volatil, liquide peu volatil, solide, macromolécule, espèce organique,

chromatographie avec une méthode spectroscopique ou avec la spectrométrie de masse (CPG/SM ou

GC/MS), contrôle de pureté, purification de produits (colonnes préparatives), suivi de réaction en continu

On distingue :

- chromatographie de partage : - La chromatographie gaz-liquide : la phase stationnaire est un liquide

immobilisé sur un support solide par imprégnation ou par greffage. - - La chromatographie gaz-solide : la phase stationnaire est un solide

Chromatographie en phase liquide HPLC

La phase mobile est un liquide

La phase stationnaire est celle utilisée pour toutes les techniques de chromatographie, chromatographies de

Introduction

La chromatographie d'adsorption est une technique de séparation de composés basée sur la différence

d'affinité existant entre ces composés, la phase mobile, qui entraîne les composés, et la phase stationnaire.

En effet, selon la plus ou moins grande affinité entre les solutés et la phase stationnaire ou mobile, les

constituants du mélange migrent à des vitesses différentes et sont ainsi séparés.

La technique présentée ici est la chromatographie sur colonne, elle utilise une phase stationnaire

introduite dans une colonne de verre. C'est une technique très largement utilisée notamment lors de réaction

en chimie organique, pour séparer et purifier les différents constituants d'un mélange. Elle fut découverte en

1906 par le botaniste russe Tswett, qui montra que l'on pouvait séparer des colorants végétaux en faisant

passer leur solution dans l'éther de pétrole à travers une colonne remplie de carbonate de calcium.

Au cours de cette séquence nous verrons sur l'exemple d'un mélange de colorants, extraits du sirop de

menthe, le principe de cette technique en utilisant comme phase stationnaire la silice (SiO2).

Présentation du matériel

Nous avons ici besoin de ces différents éléments :

Pot silice,

les deux éluants : eau salée à 40g/L, puis éthanol, entonnoir, sable et coton, colonne en verre, béchers, pipettes pasteur, propipettes, verre à pied, solution contenant le mélange sirop menthe, support et tubes à essai, laine verte (contenant les colorants).

Revenons sur quelques uns de ces éléments :

Le pot de silice : il contient la phase stationnaire finement divisée à introduire dans la colonne, car

toute séparation chromatographique implique l'écoulement d'une phase mobile au contact d'une phase

stationnaire de grande surface.

La colonne en verre : selon la quantité de produits à séparer et la qualité de la séparation, on choisira

des colonnes de diamètre et de longueur plus ou moins importants.

Les colorants du sirop de menthe ont été extraits à l'aide d'un morceau de laine préalablement lavé en

milieu basique dans une solution d'ammoniac à 1% d'ammoniaque, puis rincé à l'eau. L'extraction se fait en

milieu acide à l'aide d'acide acétique dilué, et le relargage s'effectue en milieu basique dans la solution

ammoniacale à 1%.

Mise en place du matériel

La réalisation d'une colonne impose de respecter certaines règles qui permettront une séparation

efficace. On place tout d'abord un morceau de coton au fond de la colonne que l'on recouvre d'éluant, afin

d'éliminer l'air emprisonné dans le coton. On rajoute un demi centimètre du sable environ au dessus du

coton, afin que la phase stationnaire ne puisse pas s'échapper de la colonne. On considérera ici que le sable

n'a pas de propriétés adsorbantes.

Enfin, on remplit la colonne avec la phase stationnaire en réalisant une suspension de silice dans le

premier éluant qui est l'eau salée. Le gel ainsi formé est introduit dans la colonne grâce à l'entonnoir. On

rince avec l'éluant et on le laisse s'écouler.

Une fois la colonne remplie, on rajoute un demi centimètre de sable en tête de colonne au dessus de

la surface de silice, après s'être assuré que cette dernière était plane. Cette couche permet de réaliser des

dépôts et d'ajouter de l'éluant sans perturber la surface de silice, ce qui empêcherait une bonne séparation.

On s'assure régulièrement de ne pas assécher la phase stationnaire, en vérifiant qu'il reste toujours de l'éluant

au niveau du sable.

Réalisation de l'expérience

On amène le niveau d'éluant au niveau de la surface du sable. On peut alors déposer délicatement la

solution de colorants en haut de colonne à la pipette Pasteur afin de ne pas perturber la surface de silice.

On ouvre le robinet pour que les colorants arrivent au niveau de la silice. On rajoute quelques

millilitres d'éluant et on ouvre de nouveau le robinet afin de s'assurer que toute la solution soit en tête de la

colonne de silice.

On peut alors ajouter l'éluant. Les premiers millilitres doivent toujours être ajoutés avec précaution à

la pipette pasteur afin de ne pas perturber la surface de silice. Ensuite, on peut ajouter l'éluant plus

rapidement en le versant directement dans la colonne.

L'éluant utilisé ici dans un premier temps est l'eau salée, il permet l'élution de la tartrazine , alors que

le bleu patenté V reste fortement retenu par la silice. Après avoir récupéré la tartrazine, on change d'éluant

pour récupérer le bleu patenté.

On utilise ici de l'éthanol. En effet, la tartrazine a peu d'affinité pour la silice par rapport à l'éluant,

qu'on utilise l'eau salée ou l'éthanol. C'est pourquoi elle est entraînée facilement. Par contre, le bleu patenté

V développe plus d'interaction avec la silice que la tartrazine, et l'eau salée n'est alors pas un éluant capable

de l'entraîner, contrairement à l'éthanol.

Le bleu patenté est entraîné par la phase mobile, et il est récupéré dans un autre tube. Il est souvent

utile de réaliser des chromatographies sur couche mince sur chaque tube pour vérifier où sont les composés à

séparer, dans le cas où ceux-ci ne sont pas colorés.

Préparation de la colonne

-2 gouttes/sec.

Procédée de séparation

Soit deux produits de polarités différentes (rouge et vert) qui migrent à travers une colonne de silice polaire.

Le plus polaire sera retenu et le mois polaire sera facilement élué.

Le composé rouge est moins polaire donc moins retenu, il sera élué en premier tandis que le

composé vert est plus polaire donc plus retenu, il sera élué en dernier en deuxième position

Spectroscopie d'absorption

La s

de la radiation par l'atome libre. Les éléments inorganiques (métaux et non métaux) contenus dans un

échantillon sont identifiés et quantifiés grâce à leur spectre atomique. Les principales techniques de spectroscopie d'absorption - L'émission atomique en plasma couplé induit haute fréquence ICP-ES - L'émission d'arc ou d'étincelle sont destructives. Elles li

Spectroscopie d'absorption atomique

Principes de fonctionnement

Les techniques de spectroscopie d'absorption atomique (AAS) reposent sur le fait qu'un élément atomisé

absorbera la lumière d'une longueur d'onde caractéristique, le faisant quitter l'état fondamental vers un état

excité. La quantité d'énergie lumineuse absorbée est proportionnelle au nombre d'atomes analytes dans le trajet

optique. La technique est étalonnée en introduisant des concentrations connues d'atomes analytes dans le trajet

optique et en faisant un graphique d'absorption par rapport à la concentration

Spectrophotomètre d'absorption atomique

La lampe émet de la lumière pour l'élément d'intérêt

L'atomiseur convertit l'échantillon liquide en atomes libres qui absorbent l'énergie de la lampe

Le monochromateur sélectionne la longueur d'onde utilisée pour la mesure Le détecteur mesure la lumière absorbée par les atomes libres Lampe

La source de lumière premièrement utilisée avec la technique d'absorption atomique est la lampe à cathode

creuse (HCL).

Généralement, chaque lampe est dédiée à l'analyse d'un seul élément, bien que dans certains cas, certains éléments peuvent être combinés dans une seule lampe. À cause de cette limitation, l'absorption atomique est généralement utilisée pour l'analyse soit d'un seul élément soit d'un faible nombre d'éléments. ampe à cathode creuse Cathode

Atomiseur

L'atomisation est le processus qui convertit un échantillon liquide en atomes libres. Le schéma montre les

différentes étapes qui ont lieu durant l'atomisation, en commençant par la préparation en solution de l'élément.

L'élément M subit différentes étapes : liquide (composé) liquide (composé) solide (A = solution anionique) gaz Atomiseur - Les atomes peuvent absorber de faibles quantités d'énergie : Un électron peut changer de niveau d'énergie vient " excité » externe (haute énergie).

Atomiseur flamme AAS

Dans l'AAS flamme (SAAF), l'échantillon est préparé sous forme de liquide et nébulisé dans la flamme.

La caractéristique fondamentale de cette technique est l'atomisation qui survient dans la flamme.

Spectroscopie d'absorption atomique flamme

Avantages

Temps d'analyse plus court possible

utilisation

Limitations

Sensibilité

Spectroscopie d'émission atomique Généralités À cause des limitations de la SAA, les techniques ne nécessitant pas de lampes dédiées pour chaque élément ont été utilisées. Ces techniques, appelées spectroscopie d'émission atomique (AES), se basent sur le fait qu'une fois qu'un atome d'un élément spécifié est excité (comme dans l'absorption atomique), il émet de la lumière dans un schéma caractéristique de longueurs d'onde (un spectre d'émission) lorsqu'il retourne à l'état fondamental. La flamme n'est pas une source d'excitation idéale pour l'émission atomique. Des sources plus chaudes sont donc utilisées. Nous allons parler des techniques suivantes : -ondes (MP-AES)

mission optique à plasma induit (ICP-OES )

Principes de fonctionnement

oK) est utilisé pour

désolvater, atomiser et exciter les atomes dans l'échantillon liquide qui a été nébulisé dedans.

L'intensité de la lumière émise est mesurée en utilisant la détection optique aux longueurs d'onde

caractéristiques des éléments d'intérêt.

ICP-OES est capable de mesurer l'émission atomique et ionique afin que plus de longueurs d'onde soient

contrôlées

Ces mesures peuvent être comparées à un étalon pour quantifier la concentration des éléments dans

l'échantillon.

ICP- OES

Avantages

-élémentaire simultanée (jusqu'à 73 éléments) -ppb à %)

Limitations

sorption atomique ou au MP-AES -AES -MS ma induit Installation générale

La torche à plasma peut être visualisée axialement ou radialement. Certains instruments " double visée »

permettent de visualiser les deux orientations, selon l'analyse réalisée. (La visée axiale donne un trajet optique

plus long et donc une meilleure sensibilité.) Introduction à la spectroscopie UV-Visible La spectroscopie UV- mais également de déterminer quantitativement la concentration d répandue en travaux pratiques de chimie ainsi qu'en analyse chimique ou biochimique.

1. Présentation

les de nombreuses tentatives de modélisation. A partir du XX

ème

théoriciens qui, cherchant à unifier les différentes interactions fondamentales, prédisent l

nombreuses particules élémentaires, et celles des expérimentateurs qui construisent des dispositifs complexes

afin de prouver leur présence. La dernière particule élémentaire, le boson de Higgs, a ainsi été observée très

récemment par le CERN, mettant un terme à des mois de suspense et validant la théorie unifiée des interactions

fondamentales.

2. Principe de la spectroscopie UV - Visible

pte de -rayonnement en de particules élémentaire E = E

él + Evib + Erot

él vib nnelle, et Erot rotationnelle.

Les trois premières sont de nature quantique, et par conséquent quantifiées. électromagnétique. Soit un système atomique pouvant être caractérisé par deux niveaux énergétiques quantifiés E

1 et E2 (avec arbitrairement E1 < E2). Si le rayonnement électromagnétique

permet de passer du niveau E

1 au niveau E2, le système doit acquérir d

A contrario, le passage du niveau E

2 au niveau E1

end intrinsèquement de la nature des niveaux concernés.

Les ordres de grandeurs des transitions énergétiques présentées dans le tableau précédent illustrent le fait que

les niveaux rotationnels sont des sous-structures des niveaux vibrationnels, eux-mêmes sous-divisions des

niveaux électroniques. Cette structuration complexe des niveaux énergétiques permet donc un très grand

sont reliés par la relation de Planck- -34 J.s). - Visible, c'est-à-dire

mettant en jeu des transitions entre niveaux électroniques (mais modifiant évidemment les sous-structures

vibrationnelles et rotationnelles). Ces niveaux électroniques correspondant à différentes configurations

désexcitation. lectroniques. La spectroscopie

électronique

3. Appareillage et Fonctionnement

-faisceau, dont le schéma de principe est présenté ci-dessous :

dispersif va décomposer le rayonnement polychromatique émis par la source. En orientant correctement le

système diaphragme-échantillon-photodétecteur, la solution contenue dans la cuve sera irradiée avec un

rayonnement quasi monochromatique. Le diaphragme, une simple fente f

avec un faisceau de faible largeur, donc de bonne qualité monochromatique, le photodétecteur mesurant quant à

choisira transparents dans le domaine choisi. Dans le commerce, il existe différentes cuves adaptées aux

différents domaines spectraux rencontrés (plastique pour le visible, quartz de plus ou moins bonne qualité pour

c'est-à-dire en mesurant : ne pourront être analysées que les solutions limpides dans des cuves propres. , obtenue après traversée de la solution.

Celle-ci étant dépendante de la source, on préfère calculer deux grandeurs dérivées

transmittance T.

La transmittance T est définie par : T = I

/ I. : A = log(I /I) = -

4. Étude Qualitative en UV-Visible

Dans une étude spectrophotométrique UV-

fonction de la longueu

Par exemple, le spectre de la (1E,4E)-1,5-di-2-thienylpenta-1,4-dien-3-one (D2TDO) est représenté ci-

dessous (25°C, acétonitrile) :

On remarque le spectre est constitué de bandes larges, et non de pics. De nombreuses transitions

énergétiquement proches sont donc réalisées. Or si les transitions électroniques sont bien responsables de ces

absorptions, les sous-

peuvent conduire à des transitions énergétiquement du même ordre de grandeur, partant et aboutissant aux

même niveaux électroniques mais mettant en jeu des niveaux vibrationnels et rotationnels différents. Différents alors à différentes

max. Dans -ci est de 360 nm. Cepen -ci est fournie par la loi de Beer-Lambert : pour une solution contenant une unique solution absorbante, -1.L.cm-1 si l est exprimée en cm). Cette loi

est valable pour les solutions transparentes, peu concentrées et dans ces conditions elle est également additive.

inférieure à 1,5-2).

La relation de Beer-

dans leque max max max) est caractéristique de

5. Analyse de l'absorption

max max. Dans le cas de molécules organiques les niveaux électroniques -Visible correspondent grossièrement aux orbitales de valence de te).

De nombreuses transitions sont donc possibles mais seules celles de plus faibles énergies conduisent à une -liqués reflètent la nature du groupe fonctionnel

-e, nombreux chromophores caractéristiques sont tabulés :

Chromophore Transition max

Alcène - 175

Alcool n- 180

Aldéhyde - Cétone -

n- 180 280

Acide carboxylique n- 205

Nitro n- 271

max max atteindre le domai-carotène, contenant 11 -carotène absorbant dans le bleu, elle ne laisse passer que les radiations peu absorbées et

Dans le cas des complexes des métaux de transitions, les transitions électroniques sont réalisées entre orbitales

sitions d-d, en général peu intenses et métaux : [Cu(H

2O)6]2+ (bleu), [Ni(H2O)6]2+

6. Conclusion

La spectroscopie UV-Visible permet ainsi

max max) mais également de déterminer pectral (via la loi de Beer-Lambert).

Non destructive et rapide, cette spectroscopie est largement répandue en travaux pratiques de chimie (après

biochimique. On peut citer par exemple le dosage des ions nitrates dans les eaux de piscine (après adjonction après leur extraction.

Introduction à la spectroscopie UV-Visible La spectroscopie UV- mais également de déterminer quantitativement la concentration d répandue en travaux pratiques de chimie ainsi qu'en analyse chimique ou biochimique.