La chromatographie sur couche mince ou chromatographie planaire (CCM, en anglais TLC pour Thin layer chromatography) est une technique de chromatographie fréquemment utilisée pour séparer des composants dans un but d'analyse (CCM analytique) ou de purification (CCM préparative).

Elle comprend :

• une phase stationnaire : une couche mince de matériel adsorbant (habituellement du gel de silice, de l'oxyde d'aluminium ou de la cellulose)
• une phase liquide, dite phase mobile ou éluant : un solvant ou un mélange de solvants qui va entraîner les composés à séparer le long de la phase stationnaire.

Le phénomène d'adsorption est prépondérant (mais il y a également partage si le solvant est un mélange).

Constitution d'une plaque de CCM

Une plaque de CCM est un support en verre, en aluminium ou en plastique sur lequel a été étalé une phase stationnaire en couche uniforme. L'épaisseur de cette couche est de l'ordre de 0, 2 mm (200 μm) pour une plaque analytique et 1-3 mm pour une plaque préparative. Avant étalement, la phase stationnaire est une poudre fine et elle doit par conséquent être mélangée à un liant qui assure la bonne cohésion de la couche et une bonne adhérence au support. On utilise généralement un liant inorganique comme du gypse, du plâtre, du sulfate de calcium hémihydraté, ou un liant organique (par exemple l'alcool polyvinylique) surtout quand la phase stationnaire est hydrophobe.

On ajoute fréquemment un pigment fluorescent pour permettre une détection des produits à la lumière ultraviolette à 254 nm ou 366 nm ; à cette longueur d'onde, le pigment de la phase stationnaire émet une lumière, verte généralement, sauf aux lieux où un produit absorbe le rayonnement UV ce qui provoque la naissance de taches sombres.

Mode opératoire

L'exemple ci-dessous montre les différentes étapes de la procédure pour la préparation, l'élution et la révélation de plaques de CCM au cours du suivi de l'avancement d'une réaction chimique. On considère que la phase stationnaire est un gel de silice standard comportant un indicateur fluorescent.

Chaque trait est à écrire au crayon à papier, car les encres des plumes ou des stylos sont solubles dans la majorité des éluants, par conséquent fausseraient la chromatographie.

• On trace un trait horizontal (la ligne de base) à à peu près 1 cm du bas de la plaque de CCM. Les marques D, B et M représentent respectivement le produit de Départ, le Brut réactionnel et le point Mixte (un mélange de D et B). Le point mixte sert à mieux visualiser les taches quand elles sont particulièrement proches ou quand l'étape d'élution est imparfaite.
• On dépose, avec un capillaire ou d'une microseringue, une petite quantité d'une solution du produit de départ sur les marques D et M et une petite quantité du brut réactionnel sur les marques B et M. Dans cet exemple, le produit de départ est incolore (cercle en pointillé) tandis que le brut réactionnel est un peu coloré.
• On prépare à côté, un éluant qui recouvrira le fond de la cuve sur à peu près 5mm de hauteur, et on laisse saturer la cuve. (C'est-à-dire : laisser la cuve fermée et laisser les vapeurs de l'éluant'remplir'le volume de la cuve, à peu près 5-10 min).
• On place la plaque de CCM dans la cuve contenant l'éluant. Le solvant monte le long de la plaque par capillarité. Quand il arrive presque en haut de la plaque, on sort celle-ci de la cuve, on marque la ligne de front (à l'endroit où l'éluant s'est arrêté de migrer) et on laisse l'éluant s'évaporer. Ici, on ne voit que les taches 3 et 5 puisque les autres sont incolores. On observe que la tache 5 n'a que particulièrement un peu migré au-dessus de la ligne de base.
• Pour visualiser les différentes taches, on débute par placer la plaque sous une lampe UV à 254 nm. La plaque apparaît en vert fluorescent et les produits qui absorbent les UV apparaissent sous forme de taches sombres. On utilise cette méthode de détection en priorité car elle n'endommage pas la plaque. Dans cet exemple, on voit que le brut réactionnel contient toujours du produit de départ (tache 4) mais la taille de la tache indique qu'il y en a moins qu'en début de réaction. On observe la formation d'au moins trois nouveaux produits (1, 2 et 5)  : 1 et 2 sont moins polaires que le produit de départ, et 5 est plus polaire. Il semble que le produit 5 est majoritaire dans le brut réactionnel (le produit 2 est nettement moins visible) mais l'ensemble des produits ne révèlent pas avec la même intensité aux UV.
• On plonge la plaque dans une solution acide de vanilline (il existe de nombreux autres révélateurs) et on chauffe la plaque jusqu'à ce que des taches colorées apparaissent. Ici on observe un autre produit (3) qui n'était pas visible aux UV. La tache 1 est à peine visible ; elle l'était bien plus sous lampe UV. La surprise vient de la tache 2 : elle n'était que faiblement visible en UV mais elle révèle particulièrement intensément avec la vanilline. Il est fort envisageable que ce soit le produit majoritaire de la réaction et non le produit 5 comme le laissait supposer la détection UV.

Conclusion : il se produit bien quelque chose lors de cette réaction chimique. Plusieurs produits sont constitués mais l'un (n°2) semble nettement majoritaire. Il faudra refaire une CCM légèrement plus tard pour suivre la disparition de la tache 4 (produit de départ) dans la colonne B (brut réactionnel) ce qui signifiera que la réaction est terminée. Par la suite, une chromatographie sur colonne permettra d'isoler les différents produits et d'effectuer des analyses plus poussées pour s'assurer que le produit 2 est bien le produit attendu.

Migration des espèces chimiques

La distance de migration des produits dépend de leur affinité avec la phase stationnaire et la phase mobile. Dans l'exemple d'une phase stationnaire polaire (ex : le gel de silice) et une phase mobile apolaire (ex : hexane), les produits polaires auront tendance à peu migrer, ou alors absolument pas tandis que les produits apolaires migreront davantage car entrainés par l'éluant. Les analytes passent régulièrement d'une phase à l'autre durant l'élution. L'affinité joue sur le temps de séjour des analytes dans chaque phase, plus ils ont d'affinité avec la phase stationnaire, plus ils vont y passer du temps, leur temps de rétention total va par conséquent être rallongé.

L'éluant peut être quelquefois un mélange d'un produit polaire et d'un produit apolaire (par exemple : dichlorométhane/hexane), ce qui sert à faire un peu migrer même les espèces qui ont une affinité avec la phase stationnaire. Ceci a pour utilité d'éviter que plusieurs produits soient confondus sur la ligne de base.

La migration dépend aussi de l'affinité du solvant (polaire, apolaire) avec la phase stationnaire et la phase mobile.

Elle dépend aussi de la concentration de l'espèce.

Les sels ou autres édifices ioniques ne migrent généralement absolument pas et restent sur la ligne de base.

Rapport frontal

C'est le rapport de la distance de vitesse du soluté sur la masse de migration du lubrifiants.

Révélateurs

Révélation au permanganate de potassium

• 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 sprayé ou par trempage et cela donne une coloration jaune/marron des produits sur un fond violet/rose. Il est utilisable sur les plaques Alumine et Silice. L'avantage comparé à d'autre produits de révélation est qu'il n'est pas indispensable de chauffer (on peut par conséquent révéler les plaques sur plastique).

Astuces

Eviter la marque au front de migration

Fréquemment, les plaques commerciales sont recouvertes d'un produit (pour le moment non déterminé), qui vient perturber la révélation. En effet, on se retrouve fréquemment avec une ligne au niveau de ce front. Elle est fréquemment reconnue (à tort) comme la marque des solvants utilisés. Mais une méthode simple pour eviter ce phénomène est de faire migrer totalement la plaque dans le dispositif de solvant qu'on va utiliser ensuite 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.

Affiner les dépôts

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

Découpage d'une plaque souple

Les plaques sur support souple sont faites pour être découpées. Cependant, la phase solide se détache aisément 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.

Exemples

CCM d'une encre noire (une encre noire est un mélange d'encres de plusieurs couleurs)

CCM de 10 huiles principales (révélation à la vanilline)

Voir aussi

• Far-eastern blot (aussi nommé Thin Layer Chromatography Blot), une technique d'analyse des lipides.

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