Chromatographie sur papier

Le papier est suspendu dans un récipient contenant une couche peu profonde d’un solvant ou d’un mélange de solvants appropriés. Il est important que le niveau de solvant soit en dessous de la ligne sur laquelle se trouvent les taches. Le schéma suivant ne donne pas de détails sur la façon dont le papier est suspendu, car il y a trop de façons de procéder et cela encombre le schéma. Parfois, le papier est simplement enroulé en un cylindre lâche et fixé avec des trombones en haut et en bas. Le cylindre se tient alors juste au fond du récipient.

La raison pour laquelle on couvre le récipient est de s’assurer que l’atmosphère du bécher est saturée en vapeur de solvant. La saturation de l’atmosphère du bécher en vapeur empêche le solvant de s’évaporer en montant sur le papier.

Lorsque le solvant remonte lentement le long du papier, les différents composants des mélanges d’encre se déplacent à des vitesses différentes et les mélanges se séparent en taches de couleurs différentes.

Le schéma montre ce à quoi pourrait ressembler la plaque après que le solvant se soit déplacé presque jusqu’au sommet.

Il est assez facile de voir sur le chromatogramme final que le stylo qui a écrit le message contenait les mêmes colorants que le stylo 2. Vous pouvez également voir que le stylo 1 contient un mélange de deux colorants bleus différents – dont l’un pourrait être le même que le colorant unique du stylo 3.

Valeurs de RF

Certains composés d’un mélange voyagent presque aussi loin que le solvant ; d’autres restent beaucoup plus près de la ligne de base. La distance parcourue par rapport au solvant est une constante pour un composé particulier tant que vous gardez tout le reste constant – le type de papier et la composition exacte du solvant, par exemple.

La distance parcourue par rapport au solvant est appelée la valeur Rf. Pour chaque composé, elle peut être calculée à l’aide de la formule:

Par exemple, si un composant d’un mélange a parcouru 9,6 cm depuis la ligne de base alors que le solvant a parcouru 12.0 cm, alors la valeur Rf de ce composant est :

Dans l’exemple que nous avons examiné avec les différents stylos, il n’était pas nécessaire de mesurer les valeurs Rf car vous effectuez une comparaison directe juste en regardant le chromatogramme.

Vous partez du principe que si vous avez deux taches dans le chromatogramme final qui sont de la même couleur et qui ont parcouru la même distance sur le papier, il s’agit très probablement du même composé. Ce n’est pas nécessairement vrai, bien sûr – vous pouvez avoir deux composés de couleur similaire avec des valeurs Rf très semblables. Nous verrons plus loin comment contourner ce problème.

Et si les substances qui vous intéressent sont incolores ?

Dans certains cas, il est possible de rendre les taches visibles en les faisant réagir avec quelque chose qui donne un produit coloré. Un bon exemple de cela se trouve dans les chromatogrammes produits à partir de mélanges d’acides aminés.

Supposons que vous ayez un mélange d’acides aminés et que vous vouliez savoir quels acides aminés particuliers le mélange contient. Pour simplifier, nous supposerons que vous savez que le mélange ne peut éventuellement contenir que cinq des acides aminés courants.

Une petite goutte d’une solution du mélange est placée sur la ligne de base du papier, et des petites taches similaires des acides aminés connus sont placées à côté. On place ensuite le papier dans un solvant approprié et on le laisse se développer comme précédemment. Dans le schéma, le mélange est M, et les acides aminés connus sont étiquetés de 1 à 5.

La position du front de solvant est marquée au crayon et on laisse le chromatogramme sécher, puis on le vaporise avec une solution de ninhydrine. La ninhydrine réagit avec les acides aminés pour donner des composés colorés, principalement bruns ou violets.

Le schéma de gauche montre le papier après que le front de solvant ait presque atteint le sommet. Les taches sont encore invisibles. Le second schéma montre ce à quoi il pourrait ressembler après avoir été pulvérisé avec de la ninhydrine.

Il n’est pas nécessaire de mesurer les valeurs de Rf car vous pouvez facilement comparer les taches du mélange avec celles des acides aminés connus – à la fois à partir de leurs positions et de leurs couleurs.

Dans cet exemple, le mélange contient les acides aminés étiquetés 1, 4 et 5.

Et si le mélange contenait des acides aminés autres que ceux que nous avons utilisés pour la comparaison ? Il y aurait des taches dans le mélange qui ne correspondraient pas à celles des acides aminés connus. Il faudrait refaire l’expérience en utilisant d’autres acides aminés pour la comparaison.

Chromatographie sur papier à deux voies

La chromatographie sur papier à deux voies contourne le problème de la séparation des substances qui ont des valeurs Rf très similaires.

Je vais revenir à parler de composés colorés car il est beaucoup plus facile de voir ce qui se passe. On peut parfaitement le faire avec des composés incolores – mais il faut faire preuve de pas mal d’imagination pour expliquer ce qui se passe !

Cette fois, on réalise un chromatogramme en partant d’un seul point de mélange placé vers une extrémité de la ligne de base. On le place dans un solvant comme précédemment et on le laisse jusqu’à ce que le front de solvant se rapproche du haut du papier.

Dans le schéma, la position du front de solvant est marquée au crayon avant que le papier ne sèche. Elle est étiquetée SF1 – le front de solvant pour le premier solvant. Nous allons utiliser deux solvants différents.

Si vous regardez attentivement, vous pouvez voir que le grand point central du chromatogramme est en partie bleu et en partie vert. Deux colorants présents dans le mélange ont presque les mêmes valeurs Rf. Ils auraient tout aussi bien pu, bien sûr, être tous les deux de la même couleur – auquel cas vous ne pourriez pas dire s’il y avait un ou plusieurs colorants présents dans cette tache.

Ce que vous faites maintenant, c’est d’attendre que le papier sèche complètement, puis de le tourner de 90°, et de développer à nouveau le chromatogramme dans un solvant différent.

Il est très peu probable que les deux taches qui prêtent à confusion aient les mêmes valeurs Rf dans le second solvant que dans le premier, et donc que les taches se déplacent d’une quantité différente.

Le schéma suivant montre ce qui pourrait arriver aux différentes taches sur le chromatogramme original. La position du front du second solvant est également marquée.

Vous ne verriez pas, bien sûr, ces taches à la fois dans leur position initiale et dans leur position finale – elles se sont déplacées ! Le chromatogramme final ressemblerait à ceci :

La chromatographie à deux voies a complètement séparé le mélange en quatre taches distinctes.

Si vous voulez identifier les taches du mélange, vous ne pouvez évidemment pas le faire avec des substances de comparaison sur le même chromatogramme, comme nous l’avons vu précédemment avec les exemples des stylos ou des acides aminés. Vous vous retrouveriez avec un fouillis de taches sans intérêt.

Vous pouvez cependant calculer les valeurs de Rf pour chacune des taches dans les deux solvants, puis les comparer aux valeurs que vous avez mesurées pour des composés connus dans exactement les mêmes conditions.

Comment fonctionne la chromatographie sur papier ?

Bien que la chromatographie sur papier soit simple à réaliser, elle est assez difficile à expliquer par rapport à la chromatographie sur couche mince. L’explication dépend dans une certaine mesure du type de solvant que vous utilisez, et de nombreuses sources éludent complètement le problème. Si vous ne l’avez pas encore fait, il serait utile que vous lisiez l’explication du fonctionnement de la chromatographie sur couche mince (lien ci-dessous). Cela m’évitera bien des répétitions et je pourrai me concentrer sur les problèmes.