Chromatographie sur couche mince

Le rapport frontal (R_f) ou facteur de rétention d'un composé est le rapport de la distance ligne de dépôt-composé sur la distance ligne de dépôt-front de solvant. Il est compris entre 0 et 1, et est caractéristique du composé, du matériau de la plaque et du système d'éluant.

Le R_f des produits dépend de leur affinité relative pour la phase stationnaire et la phase mobile. Dans la plupart des cas, la phase stationnaire est polaire (silice, alumine, cellulose). Plus un composé est lui-même polaire, plus il aura d'affinité pour la phase stationnaire et, par conséquent, plus il sera retenu sur la plaque. Plus on augmente la polarité de l'éluant, plus il entre en compétition avec la phase stationnaire et puisqu'il est en mouvement, plus il entraîne le composé avec lui.

Pour moduler la polarité de l'éluant, on utilise généralement un mélange de solvants et l'on indique le rapport en volumes des solvants utilisés en essayant de faire en sorte que la somme des volumes soit égal à 10 ou 100 ; par exemple, un mélange de chloroforme (8 ml) et d'acétate d'éthyle (2 ml) sera souvent désigné chloroforme/acétate d'éthyle 8/2 ou 80/20.

Ordre relatif de la polarité d'une sélection de solvants purs du plus polaire au moins polaire :

• Eau (plus polaire)
• Méthanol
• Acétonitrile
• Acide acétique
• Propanol
• Tétrahydrofurane
• Acétate d'éthyle
• Éther diéthylique
• Chloroforme
• Dichlorométhane
• Toluène
• Cyclohexane
• n-Hexane (moins polaire)

• 10 g de K₂CO₃
• 1,5 g de permanganate de potassium (KMnO₄)
• 150 ml d'eau distillée
• 1,25 ml d'hydroxyde de sodium (NaOH) en solution à 10 %

On l'utilise en spray ou par trempage et cela produit une coloration jaune/marron des produits oxydables sur un fond violet/rose. Il est utilisable sur les plaques Alumine et Silice. L'avantage par rapport à d'autres produits de révélation est qu'il n'est pas nécessaire de chauffer (on peut donc révéler les plaques sur plastique).

Il est parfois considéré (à tort) que la vanilline comme révélateur est difficile à préparer. Il est vrai que dans certains cas, la solution va virer au violet en l'espace de quelques heures et devenir inutilisable. La raison est très simple : lorsque ce révélateur est apparu, on utilisait presque exclusivement de l'éthanol à 96 % qui est le solvant pour cette préparation. À l'heure actuelle, on utilise principalement l'éthanol absolu (<0,02 % d'eau) pour toute opération qui demande un solvant contenant peu d'impuretés, or la présence d'eau (5-10 %) est absolument nécessaire pour que le révélateur reste stable. La recette actualisée est donc :

• Ajouter 2 ml d'acide sulfurique (H₂SO₄) à 200 ml d'éthanol à 90-96 % (ou 190 ml d'éthanol absolu et 10 ml d'eau désionisée),
• Ajouter 800-1 000 mg de vanilline et agiter jusqu'à dissolution complète,
• Conserver à l'abri de la lumière.

Ce révélateur est utilisé en spray ou par trempage suivi d'un chauffage à environ 200 °C jusqu'à ce que les taches apparaissent.

On peut noter que ce type de révélation produit souvent des couleurs intenses dans tout le spectre visible et que la couleur d'une tache est caractéristique du composé présent. Il est ainsi possible de :

• Différencier deux composés ayant le même R_f juste par la couleur, bien que cela soit rare,
• Détecter la présence d'un groupe fonctionnel particulier pour des molécules simples ; par exemple, la présence d'un groupe O–THP est caractérisée par une tache d'un rouge intense.

Bien souvent, les plaques commerciales sont recouvertes d'un produit (gel de silice), qui vient perturber la révélation. En effet, on se retrouve bien souvent avec une ligne au niveau de ce front. Elle est souvent considérée (à tort) comme la marque des solvants utilisés. Mais une méthode simple pour éviter ce phénomène est de faire migrer intégralement la plaque dans le système de solvant que l'on va utiliser par la suite et de la laisser bien sécher avant utilisation. L'avantage principal de cette technique est de permettre de voir plus clairement si des produits ont migré sans être retenus par la phase solide.

Un dépôt idéal est une ligne fine faite en une seule fois. Cependant, en fonction de l'origine du produit déposé, cela n'est pas forcément facile. On peut utiliser un solvant fort (acétone/méthanol 90:10 sur de la silice par exemple) que l'on va utiliser pour faire migrer l'intégralité la fraction déposée et ce seulement sur quelques millimètres. Ainsi on se retrouve bien souvent avec une ligne bien nette ce qui permet de discriminer plus facilement des produits ayant des comportements relativement proches sur la plaque. Il faut par contre s'assurer du séchage complet de la plaque avant de poursuivre avec le développement.

Les plaques sur support souple sont faites pour être découpées. Cependant, la phase solide se détache facilement de ce support, et au moment de la découpe s'émiette provoquant ainsi divers artefacts lors du développement de la plaque (effets de bord dans lesquels un côté de la plaque va migrer plus vite que l'autre). Pour éviter cela, lors de la découpe, on peut pencher les ciseaux à 45° dans le sens des aiguilles d'une montre (pour des ciseaux droitiers, l'inverse pour des gauchers) dans l'axe de la découpe.

Pour séparer des mélanges complexes de substances similaires, il peut être utile d'employer la chromatographie bidimensionnelle. La chromatographie bidimensionnelle sur couche mince s'effectue en deux étapes entre lesquelles on change de solvant et on tourne la plaque de 90°. Les interactions développées par le nouveau solvant seront différentes, ce qui modifiera la séparation dans cette deuxième dimension et permettra une meilleure séparation globale.

Certains composés se dégradent au contact de la phase stationnaire et/ou du mélange de solvants utilisés. Une méthode simple pour détecter cette dégradation est d'utiliser la chromatographie bidimensionnelle sur couche mince.

Sur une plaque carrée, on dépose un peu de la solution à analyser dans un coin de la plaque à environ 1 cm de chaque bord. On procède à une première élution après laquelle on sèche rapidement la plaque. On procède alors à une seconde élution à 90° de la première avec le même éluant. Puisque la plaque est carrée et que le R_f d'un composé stable reste le même d'une élution à l'autre, les produits stables apparaissent sur la diagonale. En revanche, les composés qui se dégradent vont apparaitre en dehors de la diagonale car les produits de dégradation (qui sont formés pendant et entre les élutions) ont généralement des R_f différent du produit de départ.