vendredi 29 août 2014

L'invention de la chromatographie

On a coutume d’attribuer l’invention de la chromatographie à Michael Tswett un botaniste russe, en particulier l'invention de la chromatographie d'adsorption  qui en fait un pionnier.Son intérêt pour les pigments l'a conduit à développer une méthode physique de séparation ingénieuse qu'il n'a révélé qu'en 1906. cette méthode séparative qui s’est développé en l’une des méthodes les plus exploité a connue plusieurs améliorations par Martin, Synge , Gordon et Consden par l'introduction du gel de Silice et l'invention de la CCM, d'autres comme Reichstein et Tiselius qui ont élargis le champs d'exploitation de la chromatographie, les théories développé par Wilson, Devault, Weiss et ont contribué au statu actuel de cette méthode séparative.

Le contexte historique de la chromatographie est important puisque même si elle a connue un développement progressif le long d’un siècle la pratique ressemble beaucoup à la première expérience réalisé au début de 1900. même si la chromatographie d'adsorption est une partie de la chromatographie, à coté de la chromatographie de partage et CPG, on ne peut plus ignorer la démarche intellectuel dont l'honneur revient à Michael Tswett.


Découverte :

Michael Tswett était botaniste de formation et rien ne le prédestinait à cette découverte : le sujet que traite sa thèse de doctorat  à l’université de Genève en 1896 (Physiologie cellulaire de plantes « 1 ») n’avait aucun rapport direct avec ces travaux après à l’exception que ça démontre son intérêt pour les pigments des plantes et principalement la chlorophylle.
 Naturellement la première étape pratique pour effectuer ces recherches était l’extraction des pigments à partir des plantes, il effectue des observations sur le comportement de la chlorophylle envers divers solvants : A l’époque on savait extraire avec l’éthanol le ou l’acétone le chlorophylle des plante que une fois évaporé on obtient le un résidu noirâtre du pigment qui peut être facilement dissous dans l’éther de pétrole (ou le Ligroïne) mais ce dernier , avec d’autres solvants organique, ne pouvait pas l’extraire des feuilles ce qui a fait le sujet à plusieurs hypothèses.  Les chercheurs qui précédaient Tswett expliquent ce problème par une modification chimique de la structure des pigments affectant la solubilité.  Ayant du mal à l’accepter, Tswett a supposé correctement que la raison de ce comportement peut être une  certaine force moléculaire qui lie les pigments au substrat de la feuille et que ces forces dépendent de chaque pigment individuellement; pour certains, comme la chlorophylle, ils sont plus forte que pour les autres, par d’autres terme elle doit être retenue par une force qui la fixait sur la cellulose, présentant ainsi le phénomène d’adsorption l’identifiant comme une force moléculaire. Pour tester cette hypothèse Tswett a dissous de la poudre de chlorophylle dans de l’éther de pétrole et a ajouté du papier filtre (cellulose) comme succédané du tissue des feuilles observant ainsi qu’elle capte la teinte se comportant ainsi comme la feuille d’une plante qu’on y récupère en ajoutant de l’éthanol. 
Une fois démontré les expériences ont montré que ces forces différents d’un pigment à un autre et dépend du solvant utilisé. En pratique cette différence permet d’extraire des pigments en particulier et de les isoler.  Bien que l’éther de pétrole ne peut plus extraire la chlorophylle il est utile pour extraire le Carotène en particulier (2).

 Développement de la chromatographie :

Durant les années qui suivent, Tswett a mené systématiquement un grand nombre d’expériences pour explorer les différents comportements de plus d’une centaine de pigments envers divers les solvants et  adsorbants postulant ainsi qu’une bonne sélection de l’éluant et du solide permet d’effectuer une bonne séparation.  Dans le but de gagner du temps en réalisant le plus d’expérience un montage mis en point permettant d’exercer plusieurs expériences simultanément : la poudre de la phase stationnaire et stabilisé dans des petits tubes contenant en ajoutant des solutions des pigments dans l’éther de pétrole. Le cycle adsorption et dissolution des pigments dans divers situations ont permit de sélectionner le carbonate de calcium (CaCO₃), l’inuline (un polysaccharide) et L’alumine (ou oxyde d’aluminium, de formule chimique AlO₃). Cela lui permit d’observer la formation de divers annaux superposés de couleurs différentes  due à la variation de la force de rétention d’un composé chimique à un autre dans les mêmes conditions physiques  en rinçant les colonnes avec des solvants différant permet de récupérer ces composé séparément et successivement par élution. Parfois certains annaux sont eux même séparé en d’autres annaux en descendant montrant la présence de composés additionnels le long des colonnes.  Une autre méthode semblable utilisée par Tswett basé sur les mêmes phénomènes physiques est d’ajouter directement la poudre de la phase stationnaire dans la solution, ainsi les pigments subissent une adsorption et peuvent être obtenue séparément par le moyen de plusieurs solvants apportant  un dégrée de pureté acceptable.
Ces recherches présenté au cours d’une conférence de biologie en 8 mars 1903 (3) à Varsovie pour la première fois mais qui reste quand-même un rapport intérimaire et  bien que ces travaux on connue beaucoup de progrès durant les années précédentes. Cette publication concentré sur les recherches effectué sur les pigments principalement présente pour la première fois la méthode de séparation que sera nommé après trois ans , chromatographie. La méthode de séparation à cette période était encore le fruit prématuré d’un travail acharné méconnue par le monde à part l’entourage de Michael. La méthode de séparation était à cette période constitué de plusieurs étapes très compliqué, alors Tswett s’est concentré au développement d’une méthode à une seul étape par une séparation sur une unique colonne par un flux continue du solvant perfectionné durant les deux années  qui suivent pour ses études sur les pigments des plantes.
C’est qu’en 1905-1906 que la chromatographie fut révélée à la communauté scientifique durant un conflit de résultat entre Tswett et l’un des botanistes les plus respecté d’Europe à l’époque Hans Molisch, professeur de l’université de Prague. Les résultats de Tswett ne correspondant pas à celle de Molisch une grande polémique fut lancée vu qu’aucune explication de la nouvelle méthode utilisée n’est fournie par Michael. Finalement en 1906 Tswett à révélé sa mystérieuse méthode en détail dans l’une des revue les plus importante d’Europe utilisant la dénomination « chromatographie » pour la première  « Comme les radiations lumineuses dans le spectre, les différents composant d’un mélange de pigments obéissent à une loi, se trouver séparés sur une colonne de carbonate de calcium et peuvent ensuite être déterminé qualitativement et quantitativement. J’appelle une telle préparation un chromatogramme et la méthode correspondante la méthode chromatographique » - Berichte der Deutschen Botanischen Gesellschaft , dans cette publication on y trouve les divers aspects du phénomène de l’adsorption en détail et son potentiel dans la séparation, l’optimisation de la séparation par le choix approprié du solvant en utilisant un seul ou une mixture, la possibilité d’effectuer une séparation bidimensionnel  pour une séparation à deux étapes…. Il en va même à généraliser sa méthode pouvant être appliqué à d’autres composants chimique autres que les pigments bien que la nomination « chromatographie »n’ y semble lié que par son contexte historique. Ainsi cette publication marque la naissance de la chromatographie qui connaitra un développement progressif le long du siècle.


Actuellement la chromatographie a gagné beaucoup d’importance comme méthode physique de séparation dans tout les laboratoires du monde, enfaite en se référant à des statistiques économiques elle représente, en ses divers aspects, 45% du chiffre d’affaire mondial des ventes des instruments d’un marché évalué à 20 milliards de dollar en 2003. Les tendances actuelles assurent un avenir bien plus prometteur pour la chromatographie sur deux plans, l’augmentation de la sensibilité et l’efficacité de la méthode vers l’analyses des traces qui n’est pas une nouvel tendance vue que la sensibilité s’est amélioré progressivement au fils des années , mais l’essor de la nanotechnologie semble prometteur pour le domaine d’analyse chimique ( inclus la chromatographie ). On remarque sur un deuxième plan une tendance à développer des instruments miniaturisé et portables pour l’analyse des drogues et la détection des explosifs rendant la chromatographie, et d’autres méthodes, abordables et accessible en dehors des laboratoires.



1)”the structure of plant cells, the movement of the protoplasm and the structure of chloroplasts”,
2) “The Physico-Chemical Structure of theChlorophyll Particle: Experimental and Critical Study”, Mikhael Tswett master thesis , Kazan university.
3) “On a New Category of Adsorption Phenomena and Their Application to Biochemical Analysis.”

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