Histoire de la chromatographie - History of chromatography

L' histoire de la chromatographie s'étend du milieu du 19e siècle au 21e siècle. La chromatographie , littéralement «écriture couleur», a été utilisée - et nommée - dans la première décennie du XXe siècle, principalement pour la séparation de pigments végétaux tels que la chlorophylle (qui est verte) et les caroténoïdes (qui sont orange et jaune). De nouvelles formes de chromatographie développées dans les années 1930 et 1940 ont rendu la technique utile pour un large éventail de processus de séparation et de tâches d' analyse chimique , en particulier en biochimie .

Précurseurs

La première utilisation de la chromatographie - en passant un mélange à travers un matériau inerte pour créer une séparation des composants de la solution basée sur l' adsorption différentielle - est parfois attribuée au chimiste allemand Friedlieb Ferdinand Runge , qui en 1855 a décrit l'utilisation du papier pour analyser les colorants . Runge a déposé des taches de différents produits chimiques inorganiques sur des cercles de papier filtre déjà imprégnés d'un autre produit chimique, et les réactions entre les différents produits chimiques ont créé des motifs de couleur uniques. Selon l'analyse historique de LS Ettre , cependant, le travail de Runge n'avait «rien à voir avec la chromatographie» (et devrait plutôt être considéré comme un précurseur de tests chimiques ponctuels tels que le test de Schiff ).

Dans les années 1860, Christian Friedrich Schönbein et son élève Friedrich Goppelsroeder ont publié les premières tentatives pour étudier les différentes vitesses de déplacement des différentes substances à travers le papier filtre. Schönbein, qui pensait que l'action capillaire (plutôt que l'adsorption) était responsable du mouvement, a appelé la technique d' analyse capillaire , et Goppelsroeder a passé une grande partie de sa carrière à utiliser l'analyse capillaire pour tester les taux de mouvement d'une grande variété de substances. Contrairement à la chromatographie sur papier moderne, l'analyse capillaire a utilisé des réservoirs de la substance analysée, créant des zones de chevauchement des composants de la solution plutôt que des points ou des bandes séparés.

Les travaux sur l'analyse capillaire se sont poursuivis, mais sans beaucoup de développement technique, jusqu'au XXe siècle. Les premières avancées significatives sur les méthodes de Goppelsroeder sont venues avec le travail de Raphael E. Liesegang : en 1927, il a placé des bandes filtrantes dans des récipients fermés avec des atmosphères saturées de solvants, et en 1943 il a commencé à utiliser des taches discrètes d'échantillon adsorbé sur du papier filtre, trempé dans solvant pur pour réaliser la séparation. Cette méthode, essentiellement identique à la chromatographie sur papier moderne, a été publiée juste avant les travaux indépendants - et beaucoup plus influents - d' Archer Martin et de ses collaborateurs qui ont inauguré l'utilisation généralisée de la chromatographie sur papier.

En 1897, le chimiste américain David Talbot Day (1859–1915), alors membre du US Geological Survey, a observé que le pétrole brut générait des bandes de couleur en s'infiltrant vers le haut à travers l'argile ou le calcaire finement divisé. En 1900, il rapporte ses découvertes au premier congrès international du pétrole à Paris, où elles font sensation.

Tsvet et chromatographie sur colonne

La chromatographie sur couche mince est utilisée pour séparer les composants colorés d'un extrait végétal

La première véritable chromatographie est généralement attribuée au botaniste russo-italien Mikhail Tsvet . Tsvet a appliqué ses observations avec l'extraction de papier filtre aux nouvelles méthodes de fractionnement de colonne qui avaient été développées dans les années 1890 pour séparer les composants du pétrole . Il a utilisé une colonne d'adsorption de liquide contenant du carbonate de calcium pour séparer les pigments végétaux jaunes, oranges et verts (ce que l'on appelle aujourd'hui les xanthophylles , les carotènes et les chlorophylles , respectivement). La méthode a été décrite le 30 décembre 1901 lors du 11e Congrès des naturalistes et des médecins (XI съезд естествоиспытателей и врачей) à Saint-Pétersbourg . La première description imprimée remonte à 1903, dans les Actes de la Société des naturalistes de Varsovie , section de biologie. Il a utilisé pour la première fois le terme chromatographie imprimée en 1906 dans ses deux articles sur la chlorophylle dans la revue botanique allemande Berichte der Deutschen Botanischen Gesellschaft . En 1907, il fit une démonstration de son chromatographe pour la Société allemande de botanique. Le nom de famille de Mikhail «Цвет» signifie «couleur» en russe, il est donc possible que son nom de la chromatographie de procédure (littéralement «écriture couleur») soit un moyen de s'assurer que lui, un roturier de la Russie tsariste, puisse être immortalisé. .

Dans une conférence de 1903 (publiée en 1905), Tsvet a également décrit l'utilisation du papier filtre pour approximer les propriétés des fibres végétales vivantes dans ses expériences sur les pigments végétaux - un précurseur de la chromatographie sur papier . Il a découvert qu'il pouvait extraire certains pigments (tels que les carotènes orange et les xanthophylles jaunes ) des feuilles avec des solvants non polaires , mais d'autres (comme la chlorophylle ) nécessitaient des solvants polaires . Il a expliqué que la chlorophylle était maintenue dans le tissu végétal par adsorption et que des solvants plus puissants étaient nécessaires pour surmonter l'adsorption. Pour tester cela, il a appliqué des pigments dissous sur du papier filtre, a laissé le solvant s'évaporer, puis a appliqué différents solvants pour voir lequel pouvait extraire les pigments du papier filtre. Il a trouvé le même schéma que celui des extractions de feuilles: le carotène pouvait être extrait du papier filtre à l'aide de solvants non polaires, mais la chlorophylle nécessitait des solvants polaires.

Le travail de Tsvet n'a guère été utilisé jusqu'aux années 1930.

Martin et Synge et chromatographie de partition

Les méthodes de chromatographie ont peu changé après les travaux de Tsvet jusqu'à l'explosion de la recherche du milieu du XXe siècle sur de nouvelles techniques, notamment grâce aux travaux de l' archer John Porter Martin et de Richard Laurence Millington Synge . En «mariant deux techniques, celle de la chromatographie et celle de l'extraction par solvant à contre-courant», Martin et Synge ont développé la chromatographie de partition pour séparer les produits chimiques avec seulement de légères différences de coefficients de partage entre deux solvants liquides. Martin, qui travaillait auparavant dans la chimie des vitamines (y compris des tentatives de purification de la vitamine E ), a commencé à collaborer avec Synge en 1938, a apporté son expérience de la conception d'équipements au projet de Synge de séparation des acides aminés . Après des expériences infructueuses avec des machines d' extraction à contre-courant complexes et des méthodes de chromatographie liquide-liquide où les liquides se déplacent dans des directions opposées, Martin a eu l'idée d'utiliser du gel de silice dans des colonnes pour maintenir l'eau stationnaire pendant qu'un solvant organique circule dans la colonne. Martin et Synge ont démontré le potentiel des méthodes en séparant les acides aminés marqués dans la colonne par l'ajout de rouge de méthyle . Dans une série de publications commençant en 1941, ils décrivaient des méthodes de plus en plus puissantes de séparation des acides aminés et d'autres produits chimiques organiques.

À la recherche de méthodes meilleures et plus faciles d'identification des constituants d'acides aminés des peptides, Martin et Synge se sont également tournés vers d'autres supports de chromatographie. Un court résumé en 1943 suivi d'un article détaillé en 1944 décrivait l'utilisation du papier filtre comme phase stationnaire pour effectuer la chromatographie sur les acides aminés: la chromatographie sur papier . En 1947, Martin, Synge et leurs collaborateurs ont appliqué cette méthode (avec le réactif de Fred Sanger d'identification N-terminal des résidus) pour déterminer la séquence de pentapeptide de gramicidine S . Ces méthodes et les méthodes de chromatographie sur papier associées ont également été à la base des efforts de Fred Sanger pour déterminer la séquence d' acides aminés de l' insuline .

Affiner les techniques

Martin, en collaboration avec Anthony T. James , a développé la chromatographie en phase gazeuse (GC; les principes dont Martin et Synge avaient prédit dans leur article historique de 1941) à partir de 1949. En 1952, lors de sa conférence pour le prix Nobel de chimie (partagé avec Synge, pour leurs travaux de chromatographie antérieurs), Martin a annoncé la séparation réussie d'une grande variété de composés naturels par chromatographie en phase gazeuse. Auparavant, Erika Cremer avait jeté les bases théoriques de la GC en 1944 et le chimiste autrichien Fritz Prior, sous la direction d'Erika Cremer, construisit en 1947 le premier prototype d'un chromatographe en phase gazeuse et réalisa la séparation de l' oxygène et du dioxyde de carbone , en 1947 pendant son doctorat. RÉ. recherche.

La facilité et l'efficacité de la chromatographie en phase gazeuse pour séparer les produits chimiques organiques ont stimulé l'adoption rapide de la méthode, ainsi que le développement rapide de nouvelles méthodes de détection pour analyser la sortie. Le détecteur de conductivité thermique , décrit en 1954 par NH Ray, a été à la base de plusieurs autres méthodes: le détecteur à ionisation de flamme a été décrit par J.Harley, W.Nel et V.Pretorius en 1958, et James Lovelock a introduit le détecteur à capture d'électrons cette année-là également. D'autres ont introduit les spectromètres de masse dans la chromatographie en phase gazeuse à la fin des années 1950.

Les travaux de Martin et Synge ont également ouvert la voie à la chromatographie liquide haute performance , suggérant que les petites particules de sorbant et la pression pourraient produire des techniques de chromatographie liquide rapides. Cela est devenu largement pratique à la fin des années 1960 (et la méthode a été utilisée pour séparer les acides aminés dès 1960).

Chromatographie sur couche mince

Les premiers développements de la chromatographie sur couche mince ont eu lieu dans les années 40 et les techniques ont progressé rapidement dans les années 50 après l'introduction de plaques relativement grandes et de matériaux relativement stables pour les couches de sorbant .

Développements ultérieurs

En 1987, Pedro Cuatrecasas et Meir Wilchek ont reçu le prix Wolf de médecine pour l'invention et le développement de la chromatographie d'affinité et ses applications aux sciences biomédicales.

Références

Sources citées