Optimisation de mélange d'éluants pour CCM

Un article du site scienceamusante.net.

Voici quelques éléments utiles pour la chromatographie sur couche mince (CCM) (Thin Layer Chromatography, TLC) et la chromatographie sur colonne.

Cette page reprend des données présentées sur un poster réalisé par le Club CCM avec CAMAG.

Il se base sur les notions de groupe de sélectivité d'éluants, de force d'élution, et de miscibilité des solvants entre eux.

La procédure d'optimisation d'un mélange d'éluants (phase mobile) pour la séparation des substances en CCM, dans une situation particulière donnée, est décrite dans les grandes lignes. Elle n'est cependant pas une méthode systématique, comporte un certain degré d'essais-erreurs et repose sur l'expérience du chimiste.

1 Classification de Snyder des éluants

Dans cette classification[1], les éluants sont caractérisés par 3 paramètres :

  • Habilité à donner des protons
  • Habilité à accepter des protons
  • Attraction de type dipôle (moment dipolaire)

Les éluants sont répartis en 8 groupes de même sélectivité. Les éluants jouant le rôle de "diluants" sont classés à part (tableau ci-après).

Groupe de sélectivité Solvant Force d'élution
Diluants n-hexane SGH02SGH08SGH07SGH09 0
n-heptane SGH02SGH08SGH07SGH09 0
Cyclohexane SGH02SGH08SGH07SGH09 0
Groupe I Éther de n-butyle 2,1
Éther de diisopropyle 2,4
Éther de méthyl et tertiobutyle (MTBE) 2,7
Éther diéthylique SGH02SGH07 2,8
Groupe II Butan-1-ol 3,9
Propan-2-ol SGH02SGH07 3,9
Propan-1-ol SGH02SGH05SGH07 4,0
Éthanol SGH02 4,3
Méthanol SGH02SGH06SGH08 5,1
Groupe III Tétrahydrofurane (THF) SGH02SGH07SGH08 4,0
Pyridine SGH02SGH07 5,3
Méthoxyéthanol 5,5
Diméthylformamide (DMF) SGH08SGH07 6,4
Groupe IV Acide acétique SGH02SGH05 6,0
Formamide 9,6
Groupe V Dichlorométhane SGH08 3,5
1,2-dichloroéthane 3,5
Groupe VI Acétate d'éthyle SGH02SGH07 4,4
Butanone (méthyléthylcétone, MEK) 4,7
Dioxane SGH02SGH08SGH07 4,8
Acétone SGH02SGH07 5,1
Acétonitrile SGH02SGH07 5,8
Groupe VII Toluène SGH02SGH08SGH07 2,4
Benzène SGH02SGH08SGH07 2,7
Nitrobenzène SGH02SGH08SGH07 4,4
Groupe VIII Chloroforme SGH06SGH08 4,1
Nitrométhane 6,0
Eau 10,2

2 Miscibilité des solvants

Miscibilité de quelques solvants usuels. Les couples de solvants indiqués par une case noire ne sont pas miscibles entre eux (ce qui n'exclue pas une faible solubilité).

(Voir aussi la page Miscibilité des solvants pour plus de renseignements.)

3 Mélanges typiques

Classiquement, on utilise les binaires suivants :

  • n-heptane SGH02SGH08SGH07SGH09/acétate d'éthyle SGH02SGH07, l'heptane est très apolaire, l'acétate d'éthyle est relativement polaire, c'est un bon mélange binaire utilisable dans 70% des cas, molécules aromatiques ou non, possédant quelques uns ou pas d'hétéroatomes.
  • Dichlorométhane SGH08/méthanol SGH02SGH06SGH08, maximum 20% en volume de méthanol, car il dissout la silice des plaques CCM. C'est un mélange très polaire, combinaison de choix pour les molécules polaires.
  • Dichlorométhane SGH08/acétate d'éthyle SGH02SGH07, moins polaire que le mélange précédent, mais convenable aussi.
  • Acétate d'éthyle SGH02SGH07/méthanol SGH02SGH06SGH08, mélange polaire convenable également.
  • Toluène SGH02SGH08SGH07/acétate d'éthyle SGH02SGH07, capable de séparer des composés aromatiques à polarité voisine.

La silice pour plaque CCM est une silice non greffée, elle présente donc un caractère acide. Certains composés sensibles peuvent être dégradés sur la silice, il convient alors de la neutraliser avec des mélanges adéquats, on peut classiquement utiliser de la triéthylamine SGH02SGH05SGH07 à 10% en volume dans l'acétate d'éthyle SGH02SGH07. Une plaque ainsi neutralisée permet la migration sans problème de composés basiques ou sensibles (sucres par exemple).

Des composés très très polaires peuvent être élués sur plaque avec des mélanges de "n"-butanol SGH02SGH07/acide acétique SGH02SGH05/eau, voire un tel mélange accompagné de pyridine SGH02SGH07.

On utilise très rarement du diméthylformamide (DMF) SGH08SGH07, du fait de son caractère très peu volatil, pas davantage que du benzène SGH02SGH08SGH07, pour des raisons évidentes de toxicité.

4 Optimisation de phase mobile

Un mélange éluant peut être recherché selon les 4 étapes suivantes, résumées sur forme d'un organigramme ci-après :

  • 1re étape : on réalise des CCM avec des éluants appartenant aux différents groupes de sélectivité (voit tableau ci-dessus). Les rapports frontaux (Rf) sont calculés pour les substances dont on souhaite améliorer la séparation.
  • 2e étape : on cherche à corriger la force d'élution, à la hausse ou à la baisse, avec des solvants de force faible ("diluants") ou de force plus élevée. Tenir compte de la miscibilité des solvants entre-eux (tableau ci-dessus) ; l'eau est utilisée si un diluant de type hydrocarbure n'est pas miscible.
  • 3e étape : on réalise des mélanges entre les éluants des étapes précédentes. (Optionnel si l'étape précédente conduit à une séparation bien satisfaisante).
  • 4e étape : on réalise des ajustements du mélange en faisant varier entre de 5 ou 10 % les proportions d'éluants de force faible ou forte. Il est possible de faire varier les conditions d'élution, par exemple la saturation des plaques CCM dans une cuve.

Si le but est de rechercher un bon mélange pour ensuite de réaliser une chromatographie sur colonne (avec même phase stationnaire que les plaques CCM), alors se rappeler que le volume d'éluant nécessaire est proportionnel à l'inverse du Rf d'une substance.

Procédure d'optimisation d'un mélange d'éluants pour la séparation de substances par CCM.

5 Références

  1. Classification of the solvent properties of common liquids, L. R. Snyder, J. Planar Chromatogr. Sci., 16, 223-234 (1978).