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Extraction de pigments

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Objectif(s)

Un pigment est une substance colorée qui peut être extraite d’un corps organique (végétal ou animal) ou d’un minéral.
Comment extraire certains pigments ?

1. Les pigments

a. Origine des pigments

Les pigments sont connus et utilisés depuis l’Antiquité.

On peut extraire les pigments de substances naturelles végétales, animales ou minérales ou les synthétiser au laboratoire à partir de minéraux ou de composés organiques.
On trouve des pigments naturels dans les cellules végétales (feuilles d’épinards, feuilles de l’indigotier …), ou animales (cochenille, os, défenses d’éléphant…) et dans les minéraux (oxydes de plomb, de cobalt, de mercure, …).

b. Utilisation des pigments

Les pigments sont utilisés principalement dans les peintures, les teintures, et les produits cosmétiques (maquillage).

Les pigments se présentent sous forme d’une poudre fine qui est ensuite mélangée à un liant pour donner au mélange une texture fluide ou visqueuse.
Selon la nature du liant, on réalise un mélange homogène ou hétérogène qui s’adapte à l’utilisation souhaitée.
Dans une peinture, le pigment est insoluble dans la solution et se fixe à la surface du support ; dans une teinture, le pigment est soluble dans la solution et pénètre au cœur des fibres.

c. Exemples de pigments

Les pigments décrivent une large gamme de couleurs, allant du bleu (indigotine, bleu de Prusse), au rouge (rouge carmin, rouge vermillon), en passant par le vert (vert de malachite) et le jaune (jaune safran). On utilise aussi des pigments blancs (blanc de zinc, oxyde de titane) et des pigments noirs (noir d’ivoire, noir de cerf, noir de fumée).

2. Extraction des pigments

Le but de la préparation est d’extraire les pigments des cellules végétales, animales ou à partir des minéraux.

a. Préparation à partir de matière organique

Pour extraire les pigments des cellules végétales ou animales, il faut broyer les feuilles, les fleurs ou les insectes dans un mortier.
Le pigment est ainsi libéré des cellules écrasées.
On ajoute un liant (solvant dans lequel le pigment est soluble) et on mélange longuement à l’aide d’un pilon, avec des mouvements circulaires et lents.

On peut ajouter du sable dans le mélange pour faciliter l’écrasement des cellules.

Exemple : pour extraire la chlorophylle, on place des feuilles d’épinards coupées en petits morceaux dans le mortier.
On ajoute de l’éthanol, de l’éther ou dichlorométhane (danger !) et du sable.
Lorsque le mélange est prêt, les pigments sont dissous dans le solvant ; la solution est colorée.

Remarque : On peut aussi placer les feuilles broyées dans un bécher avec le solvant et placer sur agitation douce pour faire passer les pigments de la phase solide au solvant.

Après une filtration simple (entonnoir et papier filtre), le solvant est évaporé à l’aide d’un évaporateur rotatif.
On récupère ainsi un mélange de pigments légèrement visqueux.

b. Préparation à partir de minéraux

Pour extraire les pigments des minéraux, on réduit en poudre les roches ou les terres.
On procède généralement à l’aide d’un mortier ou d’un mixer.
On ajoute ensuite un liant, que l’on évapore ensuite, pour purifier les pigments (même méthode qu’avec les pigments organiques).

3. Séparation des pigments

L'extraction de pigments fournit généralement un mélange contenant plusieurs pigments qu’il faut séparer et identifier.
Dans cette partie, on prend l’exemple des pigments du paprika.

a. Technique d'identification

Dans un premier temps, on identifie les différents pigments contenus dans le mélange en réalisant une CCM (chromatographie sur couche mince).

Mode opératoire :
On prélève une pointe de spatule du mélange (organique ou minéral) que l’on mélange avec une très petite quantité de solvant (par exemple de l’éthanol ou de l’éther). On obtient le mélange A.
On réalise une CCM en déposant une goutte de ce mélange A et une goutte de chaque espèce de référence, notées B, C…
On place la plaque dans une cuve à CCM contenant un éluant.
Les dépôts sont entraînés le long de la plaque, et révèle la présence d’un ou plusieurs pigments dans le mélange.

La comparaison des rapports frontaux pour le dépôt de A et des dépôts de référence permet de déterminer la composition du mélange.

Exemple de CCM du paprika (épice naturelle orangée)

A : extrait de paprika ; B : capsorbine ; C : carothénoïdes ;

Résultat de la CCM : l'échantillon A contient deux pigments B et C.

b. Techniques de séparation

La chromatographie sur colonne permet de séparer les différents pigments du mélange.

Préparation de la colonne
On place au fond de la colonne un morceau de coton puis un peu de sable.
On introduit de la silice, qui joue le rôle de la phase fixe.
On tasse bien la silice pour éviter la présence de bulles d’air.
On termine en ajoutant un peu de sable.

Séparation des pigments
On réalise un mélange avec les pigments et un solvant (par exemple de l’acétone, de l’éther, ou de l’éthanol).
On verse ce mélange en haut de la colonne.
Par gravité, le mélange coule et les pigments se séparent.

En plaçant un tube en bas de la colonne, on peut récupérer les pigments séparément les uns après les autres.
Dans cet exemple, la première phase récupérée est celle qui contient les caroténoïdes.

Cette technique permet de séparer quelques pigments.

L'essentiel

Un pigment est une substance colorée qui peut être extraite d’un produit naturel organique ou minéral.
Un pigment peut aussi être synthétisé au laboratoire.
Il existe de très nombreux pigments, balayant une large gamme de couleurs.
Ils sont utilisés principalement dans les peintures, les teintures et les cosmétiques.
Pour extraire un pigment, il faut réduire à l’état de poudre la substance et le mélanger avec un solvant.
On peut identifier le ou les pigments par chromatographie sur couche mince et extraire les pigments en réalisant une chromatographie sur colonne.

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