[Help] [Aide] [Up]

Science Tribune - Article - Novembre 1996

http://www.tribunes.com/tribune/art96/josf.htm

L'inventeur de la chromatographie (1861) : F. Goppelsröder, professeur à l'Université de Bâle



P. Jössang

Laboratoire de Chimie, Muséum National d'Histoire Naturelle, Paris, France.



Un rat de bibliothèque

Le cours plutôt paisible de la bibliothèque du Laboratoire de Chimie, l'un des plus anciens de France, fut soudain perturbé par une brusque augmentation d'entropie, d'origine administrative : seuls les ancêtres à perruque, tel Vauquelin (1763-1829) - qui découvrit le chrome et l'oxyde de glucinium (béryllium) - contemplaient avec sérénité les ouvrages anciens, arrachés à leur ecotope et amoncelés sur les tables.

En tant que rat de bibliothèque, je furetai entre les tas, craignant quelque autodafé , justifé par "l'esprit du temps" qui considère avec commisération les livres publiés avant disons 1985, état d'esprit excusable chez de jeunes étudiants; grave erreur cependant : la "Paléochimie" (et tout particulièrement celle du XIXè siècle) constitue un trésor peu exploité, très riche en travaux à poursuivre avec les moyens techniques et les connaissances actuels.

J'ouvris des livres, les feuilletai au hasard, et tombai ainsi sur un Jahresbericht über die Fortschritte der Chemie ... für 1862 (Giessen) ("Annual Review of Progress in Chemistry ......, 1862"), une sorte de "Chemical Abstracts" avant la lettre. Entre une description d'un appareil de Dragendorff pour doser les lipides dans je ne sais quelles graines, et un travail d'un Monsieur Müller sur les lipides du lait, j'aperçus sept lignes, pas une de plus:

"F. GOPPELSRÖDER (....) a montré que
l'observation de SCHÖNBEIN, à savoir que
des solutions de diverses substances sont
aspirées par du papier filtre avec des vitesses
et intensités très différentes, peut être utilisée
pour séparer et distinguer différents colorants
qui sont contenus dans la solution."


J'eus une légère impression de vertige, car cela n'était autre que la "chromatographie sur papier" qui avait valu à Martin et Synge le prix Nobel de chimie en 1952, mais sous une forme particulère appelée "analyse frontale" que P. Chovin, dans le magnifique traité "La chromatographie en chimie organique et biologique" publié sous la direction de E. Lederer (1), attribue à TISELIUS (2) et surtout Claesson (3).


Découverte de la référence de Goppelsröder de 1861

Les références du "Jahresbericht" concernant la découverte de Friedrich Goppelsröder m'étaient malheureusement inaccessibles. C'était alors que - pur hasard - je localisai parmi nos 'vieux' livres empilés, un gros ouvrage de Goppelsröder : "Studien über die Anwendung der Capillaranalyse..." ("Etudes sur l'analyse capillaire.....") publié en 1904 (4). L'ouvrage fondamental de l'auteur, la clef....!

C'est tout d'abord le titre de l'ouvrage qui a attiré mon attention car j'étais à la recherche d'un article original sur "l'analyse capillaire" pour me rendre compte avec précision de sa nature (Le terme 'analyse capillaire' est tardif, 1887 d'après Goppelsröder). Il apparut que les deux premières publications dataient de 1861 :

- "Über ein Verfahren die Farbstoffe in ihren Gemischen zu erkennen". Verhandlungen der Naturforschenden Gesellschaft zu Basel, 1861, III, 2. Heft ("Sur un procédé pour reconnaitre les matières colorantes dans leurs mélanges". Rapports de la Société de Sciences Naturelles de Bâle, 1861, III, 2è fascicule)

- "Note sur une méthode nouvelle propre à déterminer la nature d'un mélange de principes colorants" (en français), séance du 30 octobre 1861, Bulletin de la Société Industrielle de Mulhouse, Tome XXXII, 1862.

Et ce bulletin nous l'avions !


Premières observations de Schönbein sur l'analyse frontale

Goppelsröder, dans cet article, signale d'emblée que c'est "M. SCHÖNBEIN qui a présenté il y a quelque temps à la Société des Sciences Naturelles de Bâle des observations très intéressantes sur les hauteurs différentes auxquelles peuvent s'élever divers corps en solution en s'infiltrant dans les pores du papier Joseph". Il décrit quelques expériences de Schönbein. En voici une, qui fait clairement comprendre le principe de l'analyse frontale et de la technique de base utilisée par Schönbein et développée considérablement par Goppelsröder :

On plonge "de quelques millimètres une bande de papier à filtres dans une solution aqueuse de tournesol bleu, on voit la solution s'élever rapidement au-dessus du niveau du liquide par suite de l'aspiration capillaire; il se forme une bande bleue, mais l'eau et la matière colorante possédant le même pouvoir ascensionnel, on n'observe pas de séparation entre le dissolvant et le corps dissout (sic). Il n'en est pas de même si cette expérience est répétée avec une solution de tournesol rougie par de l'acide sulfurique; dans ce cas on voit se former trois zônes sur le papier au-dessus du liquide; la première (la plus haute, note du traducteur) ne contient que de l'eau, la seconde est formée par de l'acide sulfurique dilué, enfin, la troisième contient à la fois de l'eau, de l'acide et de la matière colorante. Il s'opère évidemment dans ce cas une séparation partielle des trois principes mélangés, et cette séparation trouve son explication dans les différences de leurs pouvoirs ascensionnels dans les pores du papier."

Goppelsröder ajoute, et c'est essentiel : "j'ai vu dans ces faits la clé d'une nouvelle méthode analytique" et "d'accord avec M. Schönbein (...) ai-je commencé (...) à examiner la manière d'être des matières colorantes sous ce point de vue."


Goppelsröder invente la chromatographie préparative sur papier et les révélateurs chromatographiques

Goppelsröder, au besoin en découpant une zone après séchage, éluant le produit par un solvant, par exemple l'éthanol, et soumettant les produits obtenus à une nouvelle analyse, détecte l'acide picrique, jaune, qui migre "en tête" (en haut, note du traducteur) dans différents mélanges de colorants, par exemple dans la fuchsine brute préparée à partir de l'aniline et en solution dans l'éthanol. L'acide picrique - 2,4,6-trinitrophénol - a été utilisé comme explosif d'obus sous le nom de "Melinite".

De même, Goppelsröder isole par analyse capillaire répétée (chromatographie préparative sur papier) de l'azulène pur ("azuline") - un hydrocarbure bleu de structure très curieuse, qui a toujours intéressé les chimistes. L'impureté, rose, est probablement la fuchsine. Il teint des petits echevaux de soie en rose avec le produit rose, en bleu avec l'azulène pur. L'auteur conclut (je rappelle que nous sommes en 1861) :

"J'ai acquis la conviction que cette méthode deviendra très commode pour donner une connaissance rapide de la nature d'un mélange de matières colorantes, surtout si on fait intervenir des REACTIFS bien choisis et caractéristiques...".

Le voilê donc qui invente les révélateurs chromatographiques, qui jouent un rôle essentiel. En 1996, ils sont utilisés quotidiennement pour mettre en évidence notamment des produits incolores et d'obtenir des informations sur leur nature !


Nombreuses perfectionnements apportés par Goppelsröder

Depuis 1861, Goppelsröder n'a cessé de perfectionner sa méthode et expose les résultats dans l'introduction de son ouvrage "Studien über die Anwendung...." (4). Compte tenu de la richesse des données, soulignons les points principaux découverts et très largement utilisés par Goppelsröder.

1) Par analyse répétée, suivie d'élution des bandes, des mélanges de douzaines de produits sont très nettement séparés les uns des autres,

2) Des produits incolores sont détectés par des réactifs chromatographiques qui fournissent des informations sur leur nature,

3) La méthode permet également d'isoler des produits purs,

4) Ceux-ci sont caractérisés par des méthodes spectrales (d'émission ou d'absorption) ou des réactions microchimiques. (La chromatographie et les techniques spectrographiques sont en 1996 les techniques de base des laboratoires de produits naturels). Dans la conclusion de l'ouvrage (4, p. 153), Goppelsröder mentionne la spectrographie (d'absorption) directe, sans isolement, par impregnation du papier par huile de gaultheria, par exemple, rendant le papier transparent dans la zone spectrale étudiée.

5) Des papiers modifiés par impregnation par des substances organiques ou minérales ont été utilisés, ainsi que des supports autres que le papier (coton, lin, laine et soie (4, p. 152) et du papier modifié (oxycellulose...).

6) L'analyse a été étendue aux produits minéraux, aux produits biochimiques, aux macromolécules, à l'analyse médicale et à la protection du consommateur, l'analyse médicolégale (détection de l'acide picrique dans la bière).


Quelques exemples illustratifs des applications de Goppelsröder

Voici quelques exemples pour illustrer ce qui précède :

Réactifs :

- liqueur de Fehling pour les sucres réducteurs;
- furfural à 0.1% et acide sulfurique pour les acides biliaires;
- la leucine, un acide aminé qui donne avec la quinone (traces) et le carbonate de sodium, des couleurs violettes (Wurster);
- la tyrosine, autre acide aminé, est identifiée par le réactif de Millon;
- l'albumine est identifiée par deux réactifs,
- la biliverdine par une série de réactifs (Huppert, Gmelin et Hammarsten). La sensibilité des réactifs est souvent indiquée : 1/80000 dans le cas du réactif de Gmelin.

On pourrait ajouter la réaction de Liebermann, de Biuret, xanthoprotéique, de Jaffé, de Legal, la réaction orcine-chlorhydrique des pentoses.....

Produits analysés :

Outre les colorants, Goppelsröder a beaucoup étudié les produits biochimiques. En plus de ceux mentionnés, citons, par exemple, l'acide hippurique, taurocholique, l'urée, l'acide urique, la créatinine, "la" globuline, sérum-albumine, fibrine, hémoglobine, hématine, hématoporphyrine, urobiline, bilirubine, indole, scatole.

Goppelsröder consacre une grande partie de son ouvrage à analyser 507 échantillons d'urine provenant de 178 malades souffrant de 86 pathologies et tenta d'établir des corrélations. Des résultats très détaillés et illustrés sont donnés. Il fut vraiment un précurseur de l'analyse médicale moderne.

Il étend le procédé à la phytochimie dans un ouvrage (5) que je n'ai pu consulter.


Cent ans d'avance sur son temps

Il est clair que Goppelsröder avait environ 100 ans d'avance sur son temps. Les techniques utilisées et améliorées caractérisent bien souvent la chromatographie de la deuxième partie du XXè siècle. Il est très intéressant de noter la définition que donne Goppelsröder de l'analyse capillaire ("Anwendung der Capillar Analyse...", 4, p. 152) :

"Il s'agit en ce qui concerne l'analyse capillaire... de la concentration, par des forces capillaires et d'adsorption, des corps dissous dans un solvant en des zones déterminées d'une colonne (sic) de produit capillaire..." .

Rapprochons-la de la définition de la chromatographie donnée en 1944 par les prix Nobel Martin et Synge (6):

(Chromatography is a) "technical procedure of analysis by percolation of fluid through a body of comminuted or porous rigid material, irrespective of the nature of the physicochemical processes that may lead to the separation of substances in the apparatus."

Il est clair que l'analyse capillaire répond à cette définition.


Prix Nobel, Tsvett, ou Goppelsröder ?

Leslie S. Ettre, un éminent spécialiste de l'histoire de la chromatographie, indique que les premières publications sur la méthode de séparation chromatographique sont de M.S. Tswett (7). Qu'a apporté Tsvett ? L'utilisation systématique de la colonne de chromatographie, certes, mais surtout l'utilisation d'une zone étroite de mélange à séparer, que l'on amène à traverser un milieu poreux au moyen de solvants ne contenant pas de produits à séparer, contrairement à l'analyse frontale. On obtient ainsi, idéalement, une série de "bandes" de produits purs séparés, en une opération. En d'autres termes, Tsvett a rendu la chromatographie pratique.

De quand datent les premières publications de Tsvett ? Tsvett répond lui-même dans un tiré-à-part portant la mention manuscrite "hommages de l'auteur" (8) :

"La méthode la plus propre à nous renseigner exactement sur le nombre et la nature des composantes de la chlorophylle paraît être celle que j'ai élaborée depuis quelque dix ans sous le nom de méthode chromatographique par adsorption" (référence de 1906 (9)).


Epilogue

Je laisse au lecteur le soin de conclure mais ajouterai une toute dernière remarque.
Leslie S. Ettre précise que Tswett (sic), d'origine russe, fut élevé en Suisse et étudia à l'université de Genève.

En tout état de cause, la Suisse a doublement enfanté la chromatographie !



Références

1. Chovin P. La chromatographie en chimie organique et biologique Masson, Paris, 1959, II, p. 25.

2. Tiselius A. Arkiv Kemi Mineral Geol 14B, n° 22, 1940-41.

3. Claesson S. Ibid. 20A, n° 3, 1945.

4. Goppelsröder F. Studien über die Anwendung der Capillaranalyse..... (" Studies on capillary analysis......"), Birkhauser, Basel, 1904.

5. Goppelsröder F. Verhandlungen der Naturforschenden Gesellschaft zu Basel Vol. XIV, 1901.

6. Gordon AH, Martin AJP, Synge RLM. Biochem J 38, 65-68, 1944; Consden R, Gordon AH, Martin AJP. Biochem J 38, 224, 1944.

7. . Ettre LS. International Laboratory, Sept. 1991, p.18.

8. . Tsvett MS. L'état actuel de nos connaissances sur la chimie de la chlorophylle. Extrait de la Revue Générale des Sciences, num. du 29 février 1912, Librairie Armand Colin, Paris.

9. Tsvett MS. Berichte d. D. Botan Ges, XXIV, p. 316 et 384, 1906 et les chromophylles (sic) dans les mondes végétal et animal. Varsovie, 1910.



[Up]