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FERNAND LOT
LA VIE
SCIENTIFIQUE
D'une tache d'encre sur du papier buvard aux prouesses de la chromatographie
Comme M . Jourdain faisait de l a prose, i l nous est a r r i v é , à tous, de faire de la chromatographie sans nous en douter. Q u i ne s'amusa, enfant, à laisser choir une goutte d'encre sur d u papier buvard et à observer, autour d u sombre p â t é , l'apparition d ' a u r é o l e s plus ou moins foncées ? E h bien, ce petit j e u r e p r é s e n t e le prin- cipe m ê m e d'une technique — combien subtile en ses applica- tions ! — q u i permet de s é p a r e r et d'obtenir à l'état p u r des produits de p r o p r i é t é s si voisines q u ' i l serait impossible de les isoler en s'adressant aux m é t h o d e s de cristallisation o u de distil- lation habituelles. Aujourd'hui, d'innombrables laboratoires uti- lisent l a chromatographie, dont on peut dire qu'elle a vérita- blement r é v o l u t i o n n é l'analyse des corps en chimie organique au cours des trente d e r n i è r e s a n n é e s .
Les p r e m i è r e s tentatives dans cette voie remontent fort loin, puisque, comme nous le rappelait n a g u è r e l a revue britannique Endeavour, Pline (23-79 a p r è s J.-C.) a d é c r i t dans sa Naturaliu Historia u n moyen pour examiner les teintures, q u i consistait à é t u d i e r les taches j e t é e s sur d u papyrus. E t ce fut semblablement l'habitude, en teinturerie, de vérifier l ' i n t e n s i t é d'un colorant, a p r è s en avoir p r o j e t é des gouttes sur un support convenable, p o u r r e c o n n a î t r e ses différents é l é m e n t s dans les anneaux c a r a c t é r i s - tiques q u i se formaient.
Le premier qui recourut à ce p r o c é d é aux fins d'analyse scien- tifique fut u n spécialiste des pigments, l'Allemand F . F . Runge (1775-1867), dont u n des ouvrages p r é s e n t e , sur des rondelles de papier collées à l a main, de v é r i t a b l e s chromatogrammes. L e suivit G.F. Goppelsroeder (1837-1919), q u i appela cette m é t h o d e « analyse capillaire ».
De son côté, aux Etats-Unis, D.T. Day (1859-1925), q u i s'était d e m a n d é pourquoi le p é t r o l e se trouvait dans ses gîtes avec des
compositions s i v a r i é e s et avait conclu que cela devait r é s u l t e r de l a percolation d u liquide à travers les roches, m o n t r a que l'on pouvait reproduire le processus en laboratoire au moyen d'une colonne de terre à foulon — sorte d'argile q u i absorbe les huiles et les graisses — dans laquelle i l faisait s'écouler d u p é t r o l e brut : certains constituants s ' a r r ê t a i e n t à des niveaux différents. L a m é t h o d e fut aussi e m p l o y é e par les chimistes russes du p é t r o l e .
M a i s o n a surtout retenu le nom d u botaniste M i k h a ï l Tswett, n é à Asti, dans le P i é m o n t , en 1872, d'un p è r e russe et d'une m è r e italienne, q u i fit ses é t u d e s de botanique et de c h i m i e à l'univer- sité de Genève et v é c u t ensuite successivement à S a i n t - P é t e r s b o u r g , à Varsovie, à Nijni-Novgorod, à Yurev, à Voronej, enfin, o ù i l mourut en 1919.
Tswett : u n n o m p r é d e s t i n é , puisqu'il signifie couleur, et que c'est d'abord sous le signe de la couleur que s'est e x e r c é e avec l u i l a chromatographie.
Ses p r e m i è r e s et m é m o r a b l e s e x p é r i e n c e s (1906) furent con- duites de l a façon suivante. I l versait dans une colonne de verre emplie de carbonate de calcium finement p u l v é r i s é un extrait de feuilles vertes à l ' é t h e r de p é t r o l e , puis i l ajoutait une certaine q u a n t i t é d u m ê m e solvant pur. I l constatait alors que le pigment végétal, d'abord retenu au sommet d u r é c i p i e n t , allait se divisant en plusieurs zones q u i descendaient le long de l a colonne, à des vitesses différentes, à mesure que le solvant s'écoulait au travers du carbonate de calcium, produit adsorbant, c'est-à-dire retenant les substances à sa surface (1).
A i n s i apparaissaient successivement une zone jaune p â l e d'allure lente, deux zones vertes et trois jaunes, figure que Tswett appela u n chromatogramme. Le botaniste d é c o u v r i t de l a sorte l a nature complexe des pigments v é g é t a u x en m ê m e temps qu'un moyen pour en isoler a i s é m e n t les composants.
(1) Tous les corps auxquels on fait appel pour jouer le rôle d'adsor- bants — choisis, en chromatographie, selon le mélange à analyser, et tels qu'ils n'aient aucune action chimique sur ses constituants — doivent leurs propriétés au fait qu'ils développent une surface incroyablement étendue.
Prenons trente granules de charbon de noix de coco pesant ensemble un gramme. Ils sont naturellement lisses et n'ont pratiquement pas de pouvoir adsorbant. Mais que ce charbon soit activé, pour avoir été creusé d'une multitude de pores reliés par des canaux, cela à la suite d'un traitement à la vapeur d'eau, et ses propriétés adsorbantes se manifestent remarqua- blement. C'est que la surface de ces trente granules est devenue considé- rable : elle est, au total, de 90 mètres carrés... Et ce n'est pas là un record.
Le charbon activé est battu par les zéolithes, aluminosilicates naturels hydratés des métaux alcalins ou alcalino-terreux. Ces minéraux se montrent capables de fixer de très grandes quantités de gaz — par exemple, de la vapeur d'eau — et de les libérer par chauffage, d'où leur nom, tiré du grec : zéô, je bous, et lithos, pierre. Leur abondance en cavités microsco- piques est telle que la surface des parois représente ici 1 000 mètres carrés par gramme. Aucun adsorbant connu ne réalise un filtrage moléculaire aussi spécifique et quantitatif que les zéolithes.
N o n seulement l a m é t h o d e é t a i t d'une belle s i m p l i c i t é , mais remarquablement spécifique — spécificité due à celle des forces de surface : les chlorophylles a et & que Tswett avait s é p a r é e s ne diffèrent, en effec, que par le remplacement d'un groupe molé- culaire de l'une, — C H3, par u n groupe, — C H O , dans l'autre.
Les grandes d é c o u v e r t e s ne sont pas toujours i m m é d i a t e m e n t retentissantes. Celle de Tswett demeura dans l'ombre pendant une trentaine d ' a n n é e s . I l fallut, pour que l ' o n s'avisât de ses éton- nantes p o s s i b i l i t é s , qu'elle fût « r e t r o u v é e », en 1931, par K u h n , Winterstein et Lederer, au cours de leurs recherches sur les c a r o t é n o ï d e s , importants pigments des r è g n e s végétal et animal, c o l o r é s en orange, en jaune ou en rouge. E n vue de leur s é p a r a t i o n , ils u t i l i s è r e n t le m ê m e dispositif que Tswett.
B i e n t ô t on s é p a r e r a pareillement toutes sortes de c o m p o s é s organiques : s t é r o l s , d é r i v é s du b e n z è n e et d u n a p h t a l è n e , alca- loïdes, vitamines, antibiotiques, porphyrines, pigments biliaires...
A u cours de ces d e r n i è r e s a n n é e s , l a chromatographie a béné- ficié de p r o g r è s multiples, u n des plus importants é t a n t d û aux deux savants britanniques Archer M a r t i n et R i c h a r d Synge, l a u r é a t s d u p r i x Nobel de chimie en 1952. I l s'agit de l a m é t h o d e dite « de partage », l a s é p a r a t i o n des constituants d'un m é l a n g e s'effectuant par leur partage entre de l'eau et u n solvant organique n o n miscible, lesquels e n t r a î n e n t i n é g a l e m e n t les produits selon qu'ils sont solubles i c i ou là.
À c ô t é de l a chromatographie sur colonne de m a t i è r e poreuse, o ù u n grand nombre de corps peuvent ê t r e e m p l o y é s comme adsorbants (alumine, gel de silice, m a g n é s i e , charbon, talc, kaolin, chaux é t e i n t e , sucre en poudre...) et o ù l ' o n recourt à divers solvants afin d'obtenir l a meilleure s é p a r a t i o n possible ( é t h e r de p é t r o l e , b e n z è n e , p h é n o l , ammoniaque, alcools, acides...), s'est d é v e l o p p é e l a chromatographie sur papier, mise au point en 1944 par Consden, Gordon et M a r t i n .
I c i encore, les analyses les plus p o u s s é e s s'effectuent dans u n q u a s i - d é n u e m e n t instrumental : c'est le jeu d u buvard écolier, ou presque... A l'aide d'un modeste papier filtre, i l est possible d'ana- lyser des m é l a n g e s d'une c o m p l e x i t é de p r i m e abord d é c o u r a - geante.
L a technique consiste à d é p o s e r sur une bande de papier filtre, suspendue dans une cuve en a t m o s p h è r e convenable, une goutte d u liquide à é t u d i e r , puis à plonger le b o r d s u p é r i e u r o u i n f é r i e u r de cette bande (chromatographie « descendante » o u « ascen- dante ») dans u n solvant a p p r o p r i é . Celui-ci descend ( o u monte) dans l a feuille par capillarité, atteint l a tache initiale, puis la d é p a s s e en e n t r a î n a n t les divers composants q u i s'y trouvent, cela à des vitesses et à des distances inégales. U n e fois séchée, la feuille de papier p r é s e n t e u n chromatogramme, directement visible s'il est coloré. C'est ainsi, par exemple, que quatre taches e s p a c é e s , l'une bleue, l'autre brune, l a t r o i s i è m e b r u n o r a n g é et
la d e r n i è r e pourpre, pourront signaler l a p r é s e n c e de nickel, de m a n g a n è s e , de cobalt et de zinc.
• Dans le cas de l'analyse chromatographique sur colonne, l ' é p a i s s e u r de chaque anneau coloré correspond à l a proportion de l a si bstance contenue dans le produit e x a m i n é ; ce q u i , outre les sépa: ations qualitatives, conduit à des s é p a r a t i o n s quantitatives.
O n I eut semblablement p r o c é d e r au dosage avec les taches que por;e le papier filtre. I l faut souligner que, p o u r u n solvant d o n n é , la, place o c c u p é e sur le chromatogramme par les taches des différentes substances est remarquablement l a m ê m e . L a position d'une tache est donc significative : elle livre d ' e m b l é e des indications sur l a structure chimique d u corps q u i s'y manifeste.
Toute une cartographie analytique peut ainsi ê t r e é t a b l i e , à laquelle on se r é f é r e r a pour les identifications futures. E t l a sensibilité de l a m é t h o d e est telle qu'elle permet d ' o p é r e r sur des q u a n t i t é s infimes de m a t i è r e .
D'autre part, on a r é u s s i à distinguer entre les substances q u i se r é p a r t i s s e n t en zones incolores : lorsqu'elles sont naturellement fluorescentes, on les observe sous l a l u m i è r e ultraviolette, q u i les éclaire ; sinon, on peut les c a r a c t é r i s e r a u moyen de r é a c t i f s c o l o r é s en traitant convenablement le chromatogramme obtenu.
Pour augmenter encore l a sélectivité, Liesegang a i m a g i n é , en 1943, l'analyse capillaire c r o i s é e ou chromatographie à deux dimen- sions. A p r è s une p r e m i è r e s é p a r a t i o n , on fait pivoter l a feuille de papier filtre d'un angle droit et l'on humecte u n autre c ô t é avec u n solvant différent, de façon à e n t r a î n e r les composants dans une direction perpendiculaire à celle qu'ils avaient p r é c é d e m - ment suivie.
Cette m é t h o d e bidimensionnelle permettait en 1948 à Dent de s é p a r e r soixante et u n acides a m i n é s ! E t i l est encore d'autres variantes des plus i n t é r e s s a n t e s , tant en chromatographie sur colonne qu'en chromatographie sur papier.
Certaines substances comme les zéolithes naturelles, dont i l a é t é question au d é b u t en note, o u artificielles, ont aussi servi t r è s efficacement d'adsorbants. E t puis sont intervenues les r é s i n e s s y n t h é t i q u e s obtenues, en 1935, par A d a m et Holmes, en condensant du formol avec les p o l y p h é n o l s — r é s i n e s q u i se comportent éga- lement en é c h a n g e u r s d'ions. Ce sont elles q u i ont permis d'obtenir l a s é p a r a t i o n , r é p u t é e à peu p r è s i r r é a l i s a b l e , des terres rares, ainsi que celle, non moins difficile, des produits de fission c r é é s dans les r é a c t e u r s n u c l é a i r e s .
L a technique d u marquage par les isotopes radioactifs a, d'autre part, d o n n é naissance, en 1948, à l a radiochromatographie, d'une s e n s i b l i t é encore plus fine.
L a m ê m e a n n é e a v u a p p a r a î t r e l ' é l e c t r o c h r o m a t o g r a p h i e , q u i permet d'amplifier l a s é p a r a t i o n par l'action d'un champ é l e c t r i q u e .
Enfin, a é t é i n a u g u r é e l a m é t h o d e de l a chromatographie en phase gazeuse, à l ' a v è n e m e n t de laquelle ont p a r t i c u l i è r e m e n t con- t r i b u é , en France, notre grand spécialiste de l a question, M . P a u l Chovin, actuellement directeur d u Laboratoire central de l a p r é - fecture de police, o ù i l a s u c c é d é au professeur H e n r i M o u r e a u , et son collaborateur M . Lebbe.
De ce nouveau p r o c é d é analytique sont justiciables tous les corps q u i é c h a p p a i e n t aux autres modes d'investigation, parce que trop volatils ou trop voisins.
I l s'agit toujours d'une technique de m i g r a t i o n différentielle des constituants d'un m é l a n g e , q u i en permet i c i n o n seulement la s é p a r a t i o n , mais aussi, i m m é d i a t e m e n t , l'identification et l'esti- mation.
Les corps gazeux ou volatilisables sont e n t r a î n é s par u n gaz inerte, dit gaz vecteur, l a colonne s é p a r a t r i c e é t a n t garnie d'un m a t é r i a u p o s s é d a n t des affinités v a r i é e s p o u r les divers composants du m é l a n g e . L a colonne peut renfermer u n adsorbant — i l s'agit alors d'une chromatographie d'adsorption o u gaz-solide —, soit un liquide non volatil r é p a r t i à l a surface d'un support inerte —,
et i l s'agira d'une chromatographie de partage o u gaz-liquide.
L a m é t h o d e ne p r é s e n t e qu'un i n c o n v é n i e n t : sa c h e r t é , car elle requiert le concours de d é l i c a t s d é t e c t e u r s et enregistreurs, ainsi que des dispositifs r é g u l a t e u r s du courant gazeux et de l a t e m p é r a t u r e de l a colonne, ces deux derniers facteurs é t a n t essen- tiels p o u r l a r e p r o d u c t i v i t é fidèle des e x p é r i e n c e s .
E n revanche, d'immenses avantages. Tout d'abord v o i c i consi- d é r a b l e m e n t é t e n d u le champ de l a chromatographie. De plus, les analyses peuvent porter sur des é c h a n t i l l o n s en q u a n t i t é s r é d u i t e s à l ' e x t r ê m e — j u s q u ' à u n c e n t i è m e de m i l l i m è t r e cube.
G r â c e aux multiples facteurs que l'on peut faire varier ( t e m p é - rature, d é b i t et nature d u gaz e n t r a î n e u r , nature des é l é m e n t s adsorbants ou des liquides de partage), l a puissance et l a sou- plesse d'investigation sont telles q u ' i l est bien rare qu'on ne puisse venir à bout d'un p r o b l è m e analytique d o n n é — et cela de f a ç o n tout automatique, ce q u i , notamment, apporte de nouveaux moyens de surveillance dans les fabrications industrielles.
U n monde d'applications s'est levé en faveur de l a s é c u r i t é : protection des travailleurs contre l a toxicité de certains solvants, comme le redoutable benzol ; é t u d e plus p o u s s é e de l a p o l l u t i o n a t m o s p h é r i q u e , car pas une trace d ' i m b r û l é s provenant de l a com- bustion des moteurs n ' é c h a p p e plus à l'analyse, et en se mettant sous le vent d'une usine on peut d é c e l e r tous les produits qu'elle é m e t ; en faveur aussi de l a r é p r e s s i o n des fraudes, en p a r t i c u l i e r dans le domaine des carburants, des m a t i è r e s grasses, des huiles essentielles et des parfums.
L a chromatographie est devenue ainsi à m ê m e de r é s o u d r e d'innombrables p r o b l è m e s de c o n t r ô l e et d'analyse. E t i l ne faut pas oublier son aspect préparatif : on peut, en effet, traiter des
produits en q u a n t i t é s importantes aussi bien qu'en fractions infimes pour en obtenir, à l a sortie de l a colonne, les constituants s é p a r é s , à l ' é t a t de haute p u r e t é : vitamines o u antibiotiques, par exemple.
D'autre part, l a t h é o r i e permet de relier certaines grandeurs thermodynamiques aux r é s u l t a t s obtenus sur les chromato- grammes, ce q u i constitue u n excellent moyen d'aborder l ' é t u d e de ces grandeurs. L a chromatographie devient alors une m é t h o d e de recherche fondamentale.
Mentionnons encore u n de ses plus r é c e n t s p r o g r è s : le recours à des appareils fonctionnant sous haute pression, ce q u i , dans les examens en phase liquide, donne l a p o s s i b i l i t é d'utiliser des colonnes t r è s longues et t r è s minces, dans lesquelles l ' é c o u l e m e n t se trouve alors a s s u r é , d ' o ù une analyse à plus haute r é s o l u t i o n . Nous voilà loin, n'est-ce pas, de l a petite e x p é r i e n c e de l a tache d'encre sur u n papier buvard...
F E R N A N D L O T
PAULE FOUGÈRE
LES SCIENCES MÉDICALES
Petite histoire de la Croix-Rouge.
Voilà juste vingt-cinq ans, le 12 a o û t 1949, se r é u n i s s a i t la c o n f é r e n c e diplomatique c h a r g é e d ' é l a b o r e r les nouvelles conven- tions de Genève relatives au sort des b l e s s é s sur terre et sur mer, des prisonniers et des personnes civiles en temps de guerre.
E n tout quatre conventions q u i r e ç u r e n t l a signature des r e p r é - sentants de cent vingt-cinq Etats.
L a Croix-Rouge existait bien avant cela. Depuis plus d'un siècle, elle é t e n d ses bienfaits à l ' h u m a n i t é e n t i è r e , au point qu'on a p u dire que s i elle n ' é t a i t pas i l faudrait l'inventer. Cependant, au d é b u t d u xx» siècle, elle a senti l a n é c e s s i t é de r é p o n d r e par une plus grande sollicitude au d é c h a î n e m e n t de l a c r u a u t é . L ' i n i -
