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Cours de Chimie Analytique
Jean-Luc [email protected] 2009-2010
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Objectifs
Maitriser les techniques utilises dans lesdomaines:
- De lagroalimentaire (lipides, glucides,
protides)- Connexes la production
(environnement, culture, levage)
Approfondir quelques techniques majeures etdiscriminatives
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Sommaire
Panorama des techniques
La Quantification et lEchantillonnage La Chromatographie
LHPLC et La CPG
L Absorption Atomique et L Absorption Molculaire
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Droulement - Contrle
5 Interventions: Cours
1,5 TD + 0,5 TD Projet
1 Projet (TP)
1 contrle
Claroline: Chimie Analytique
Documents (cours + Power-Point) Forum (Questions)
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Chapitre N1
Panorama des techniques
analytiques
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Sommaire
IntroductionLes environnements Recherche, R&D,Production
Contraintes des analysesPersonnel, Matriel, Normatives,Economiques
Classifications des techniquesProprits, Etat, Seuil, Cibles
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I) Introduction
Objectifs: Adquation entreunproduit et un cahier des charges et/ouune lgislation.
Moyens: Quantifications +/- prcisesde diffrents paramtres
Paramtres: Sensoriels, Physiques,Chimiques biologiqueslis la matrice, lamolcule
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Reprsentativit: Analyse, Echantillonage,
Extraction, Conservation.
Adaptation de la mthode au rsultatattendu
Ciblage des paramtres en fonction desobjectifs et de lenvironnement
- Recherche
- Recherche et Dveloppement- Production
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11 Lenvironnement Recherche Objectifs: Structurale / Evolution
Mots Clefs: Lis au produitNature, Origine, Matrice,Etat, Puret
Moyens: Techniques Lourdesdisponibles en Centre de Recherche ou enexternalisation
Obligations de moyens: Pas / peu decontraintes conomiques et temporelle
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12 Lenvironnement R&D
Objectifs: Quantification 2 phases:a) Centre sur le produit
+ Niveau de dtection
b) Transposition en production :Contraintes normatives
Moyensplus softs
Techniques globales / discriminatives
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13 Lenvironnement Production
3 mots clefs: Simplicit- Dure- Cot
Nouvelles contraintes: Obligations -
Rfrences - Externalisation - Qualification Techniques mises en uvre :
Lies la valeur ajoute du produit:
Faible GlobaleEleveDiscriminative
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II) Contraintes des analyses
Lies au personnel
Lies au matriel
Lies aux mthodes
Lies laspect conomique et laspectdlai
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21 Personnel comptent
Production : Faibles comptences Analyses simples (globales) Automatisation
Laboratoire danalyse: Niveau decomptence + lev Analysesdiscriminatives Automatisation
Laboratoire de recherche: Niveau decomptence trs lev Interprtationdes analyses
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22 Contraintes matrielles
Cot dinvestissement:- Routine (Production) : 15.000 Euros- Analyse discriminative: 15.000 Euros
par ligne danalyse
- Analyse structurale:Quelques centaines de milliers dEurospar technique.
Cot de fonctionnement et de maintenance
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23 Contraintes Normatives et Lgales
Normes ISO, Afnor, Din, Asaefont rfrences et sont incontournables
si obligations lgales
Mthodes officielles: AOAC pallient labsence de normes
Mthodes interprofessionnellesEx: Test de sdimentation de
Zlny, saccharimtrique danslindustrie sucrire, MS chez lapomme de terre.
Mthodes internes (propres lentreprise)
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24 Contraintes conomiques et temporelles
Lies laspect lgal ou marketting de
lanalyse.
Lies limpact sur la production
(Immobilisation)
Internalisation / Externalisation de lanalyse
Impact sur le dlai et sur le cot
Lies au volume dactivit de lentreprise et
la valeur ajoute de la production
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C < 15 Euros , D < 3 joursMS, pH, Gravimtrie, Brix, tests simples
15 < C < 50 Euros, D < 3 joursTitrimtrie, Complexiomtrie, AA,Absorption molculaire
100 > C > 50 Euros, D < 3 joursTechniques chromatographiquesinternalises, simples
C > 100 Euros, D > 1 semaineAnalyse thermiques, structurales, analyses
chromatographiques externalises
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III) Classifications des techniques
Selon les proprits du solut (matrice).
Selon le caractre destructif.
Selon ltat de la matire.
Selon le seuil de dtection
Selon le caractre discriminant de lanalyse
Selon la cible vise dans la molcule
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Proprits du solut (matrice)Chimiques et biologiques - Physiques - Mcaniques -
Thermiques - Optiques - Electriques - Magntiques -
Physico chimiques - Energtiques - Fragmentation Caractre destructif / non destructif
MEB, RX, RMN du solide, Near FTIR
Etat de la matire: S, L G
Seuil de dtection: 0,1% (1000 ppm)Titrimtrie - Thermiques - IR - RMN - Gravimtrie
- 1 ppm:AA, AM ,Chromatographie
Global / Discriminant: Titrimtrie / Sparatives
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Classification selon la cible
Molcule = atomes et ou de groupesfonctionnels lis entres eux par des lectrons.
Atome = noyau + lectrons
Proprits physiques , chimiques +/-spcifiques et des Proprits physico-chimiques spcifiques Techniques
Sparatives
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Possibilit de la casser par apport dnergiemcanique (chimique)analyse
lmentaire , Spectromtrie de masse. Possibilit de modification de la molcule
par apport dnergie sous forme thermique
ATD, ATG, DSC, Fusion Possibilt daction sur les molcules et ses
atomes constitutifs par apport dnergiesous forme lumineuse E = h= hc /
En fonction de lnergie apporte, on agit surdes cibles diffrentes: SAA, IR, Absorptionmolculaire
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onde et ondes radio 3 106nmModification de la matrice
Infra-Rouge
de 2500 1000 nmVibration des atomes constitutifs des
liaisons
Visible de 800 400 nm
Excitation des electrons constitutifs des liaisons(les plus mobiles). Excitation des electrons atomiques
UV de 350 200 nmExcitation des lectrons constitutifs des liaisons (les
moins mobiles)
RX et rayons < 3 nmArrachage des electrons constitutifs
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Proprits molculaires et ioniques
+ / - Spcifiques
Raction spcifiques Complexiomtrie
Ractivit
Chimique
pH mtrie
Argentimtrie Periodimtrie
Manganimtrie Chromimtrie
Crimtrie Chlomtrie
Iodomtrie
Bromomtrie
Potentiomtrie
Proprits Chimiques
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Proprits molculaires et ioniques
+ / - spcifiques
Analyse lmentaire
Constitutives
Gravimtrie
Densimtrie
Volumtrie
Tonomtrie
Physiques
P, V, m...
Ebullioscopie
Cryoscopie
Calorimtrie
A.T.D
A.T.G
D.S.C
Analyse Thermique
Thermiques
Rfractomtrie
Polarimtrie
Optiques
Conductimtrie
Ampromtrie
Voltamtrie
Coulomtrie
Polarographie
Electrodes
spcifiques
Electriques
Proprits Physiques
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Proprits Molculaires et Ioniques
Slectives
C.P C.C.M
HP CCM
Surface
HPLC
Phase liquide
CPG
Phase gazuese
Volume
Chromatographie
Papier Gel
Surface
Electrophorse
capillaire
Volume
Electrophorse
Intractions Physicochimiques
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Proprits Energtiques des molcules
Spcifiques
Spectroscopie
Infra-rouge
Spectroscopie
Raman
Vibration des atomes
Absorption
molculaire
UV - Visible
Fluorimtrie
Excitation des
e- de covalence
Molcule
Emission
atomique
Flamme Flamme
Froide
Torche
Plasma
Four
Absorption
Atomique
Excitation des
e- atomiques
Atome
Cible utilise(E croissante)
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Proprits du
Noyau Atomique
R.M.N
Magntiques
Scintigraphie
Radioactives
Microscopie
Electronique
balayage
Diffraction X
Physiques
Proprits du noyau
et de l'atome
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Chapitre N 2
La quantification
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Sommaire
IntroductionLes calculs dincertitudes
Les mthodes AbsoluesMethodes directesDosages chimiques
Les mthodes comparativesEtalonnage interne et externe
Les ajouts doss Conclusion
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I) Introduction
Analyse = Quantification
Structurale = Identification
Rappels sur les incertitudesIncertitudes absolues n xIncertitudes relatives x /x
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II) Les mthodes absolues
Mesure de paramtre physiquesExemple Taux de cendres NF V 18-101
Mthodes bases sur lapplication dune loi
simpleExemple ; Lamidon (3me directive du JO
du 23/11 1980)
Mthodes bases sur des ractions chimiques
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Acido-basique
Rdox Complexiomtrie - Prcipitation
Conservation du nombre dquivalentschangs
Mthodes point final
Mthode directe: (NF T 60-204) Mthode en retour (NF V 18-100)
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III) Mthodes comparatives
Etalonnage externe
Etalonnage interne
Mthode des ajouts doss
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31 Etalonnage externe
Pas de dpendance dun facteur extrieur
Application au dosage du phosphore solubledans les terres (NF X 31-161)
Etalonnage
Exploitation des rsultats
Avantages et inconvnients
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32 Mthode de ltalonnage interne
Domaine dutilisation
Principes
Application lanalysedes FAME (NF T 60-234)
Avantages et inconvnients
Choix de ltaloninterne
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33 Mthode des ajouts doss
Analyse de traces
Application en absorption atomique
Application en chromatographie
Avantages et inconvnients
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Chapitre N 3
Introduction la
Chromatographie
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Sommaire
Introduction
Aspect thermodynamique
Aspect cintique
Facteurs lis la chromatographie
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I) Introduction
Technique sparative
Dualit Analytique / PrparativeLi la valeur ajoute
Les diffrents tats de la matiresolideliquidegazcritique
Classification des techniques sparatives
- Suivant les forces mises en jeu
- Suivant ltat de la matire
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Forces
Gravitationnnelles Electriques Thermiques MagntiquesBarrires
Semi-permables Physico-chimiques
Dcantation
Centrifugation Electrolyse
Electrophorse
Diffusion
thermique
Spectromtrie
De MasseFiltration
Diffusion
GazeuseOsmose
Dialyse
, nano filtration
Extraction Chromatographie
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Nature des phases
Gaz - Gaz Gaz - Liquide Gaz - Solide
Diffusion
Liquide- Liquide Liquide- Solide Solide - Solide
Chromatographie
Distillation
Sonification
Chromatographie
filtration
Chromatographie
Chromatographie
Extraction Distillation
Chromatographie
Filtration
Tri
Recristallisation
Chromatographie
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Un peu dhistoire
Khrmatos = Couleur Graphikos = Trac 1903 Tswett: CaCO3 Colonne ouverte 1940 Martin et Synge : Thorie de la
partition
1950 Snyder: Thorie de ladsorption 1950 Martin et James CPG 1960 CCM 1970 HPLC et phase inverse 1975 CPG Capillaire 1985 HPLC en phase supercritique
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Glossaire
Solut: Espce sparer / doser
Solvant: Solubilise le solut
Eluant: Phase mobile
Eluat: Phase mobile (+ solut)
Phase stationnaire:
Phase immobilise dans lesystme chromatographique
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Schma dun chromatographe
Rserve
Eluant
Systme de
Mobilit
Injecteur
Passeur
Gradient Sparateur
Micro
Proesseur
Dtecteur
Traitement
du signal
Collecteur
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Classification des techniqueschromatographiques
Suivant la technologie: Surface / Volume
Suivant la nature des phases:
Phase mobile: Liquide ou Gazeuse(Critique)
Phase stationnaire: Solide ou Liquideimmobilis
R it l tif
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RcapitulatifPhase
Mobile
Phase
Stationnaire
Technologie Application Principe
Gaz
Liquide
Volume
CPG
G/L
Partage
Solide CPG
G/S
Adsorption
Exclusion
Liquide
Surface CCM
L/L
Partage
Liquide
Volume HPLC
L/L
Partage
Solide
Surface CP
L/S
Adsorption
Exclusion
Volume LC, HPLC
L/S
Adsorption
Exclusion
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II) Aspect ThermodynamiqueThorie des plateaux
Un solut P qui se distribue entre les deux phases stationnaireet mobile = Equilibre K = [P]stat/ [P]mob
K varie avec la force des interactions Objectif: Multiplication du nombre dquilibre : n
Ecoulement discontinu ; 1 plateau = 1 quilibre y = fraction de P (stat) et x = fraction de P (mob) k =y/x = cste x + y = qo= 1
0 1 2 3 .. p n-2 n-1 n
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Evolution du solut P
Injection
n 0 1 2 n - 1 n
Stat. 1 0 0
Mob. 0 0 0
Equilibre
n 0 1 2 n -1 n
Stat. y
Mob. x
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Transfert
n 0 1 2 n - 1 n
Mob 0 x 0
Stat y 0 0
Equilibre
n 0 1 2 n -1 n
Mob xy x
stat y xy
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Transfert
n 0 1 2 n - 1 n
Mob 0 xy x
Stat y xy 0
Equilibre
n 0 1 2 n -1 n
Mob xy 2xy x3
Stat y3 2xy xy
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Gnralisation
Aprs n transferts:Le solut se disperse suivant uneloi du type (x + y)n
Facteur de capacit:k = y / x Grandeurcaractristique dun solut dans un systmechromatographique donn
Qnp= f(n,p, q0)
Equationdune Gaussienne Courbe maximum
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Aprs n transferts, la phase mobile aparcourue une distance ln et lextrmum sesitue une distance lp tel que
lp/ ln= 1 / (1+k)
Soit en terme de vitesse
vp/ vn = 1 / (1+k)
Soit t = Cste On mesure l Surface
Soit l = Cste On mesure t Volume
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Quelques grandeurs fondamentales
Temps de rtention:Apparition de lextrmum Tr = T0(1+k)
Temps de rtention nulle: Solut non retenu
T0 Rf Rf = lp / l0
Efficacit : N = Nb de plateaux thoriques
HEPT: H = L / N
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Sparation de plusieurs soluts
Slectivit = k2/ k1Traduit la diffrencedaffinit pour 1 et 2
Rsolution Rs Traduit la sparation entredeux pics chromatogaphiques
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III) Aspect Cintique
Ecoulement Continu : Dformation des pics:
Transfert de systme chromatographique etTransposition: Notion de grandeurs rduites (l,
h et vitesse rduite)
Si l, h et la vitesse rduite sont constant, Nest constant
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Mcanismes de Dispersion
Knox (HPLC) et Van Dempter (CPG)
H = A + B / u + C u
A = Anisotropie dcoulement B = Diffusion longitudinale
C = Rsistance aux transferts de masse
U = vitesse linaire de la phase mobile Optimisation
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IV) Facteurs lis la chromatographie
La temprature: Fondamentalk est fonction de T
Si T augmente k diminue
La composition de la phase mobile (HPLC -CCM)
Le dbit de la phase mobile (u)
Loi de Darcy: Perte de charge dans uncoulement travers un tube rempli
Ch N4 L CPG
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Chap N4 La CPGSommaire
Introduction
Les phases stationnaires en colonne remplie
Transposition colonne remplie / colonnecapillaire
Linjection
La dtection
La drivatisation
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I) Introduction
1re technique dveloppe ds 1950 Simplicit de mise en uvre
Rapidit des analyses complexes
Matriel disponible et peu onreux Nombreuses applications :
NF T60-234 FAME Carbowax 20M DB 20 F.I.D NF T60-237 BHA
et BHT DC 200 CP Sil 5F.I.D
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NF T90-120 PcB et Organo-chlors OV17 DB5 ECD
NF T90-121 Atrazine et Simazine DB5 Thermo ionique
NF T90-125 COV halognsCarbowax 1500 CPSil 5ECD
Nombreuses autres applications - GazPermanents Porapak
Catharomtre- Solvants rsiduelsComposs volatils -Rsidus dincendies ArmesHuiles
essentielles.
II) L h t ti i l
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II) Les phases stationnaires en colonneremplie
Colonne remplie = Tube + Support +
Phase Liquide Imprgne (Solide)
Tube: 2 m 1/8me Inox
Support: Diatomes P, W, G Granulomtrie 80-100 mesh (175-150m) Pertes de chargefaibles (1-2 bars) Taux dimprgnation10 - 30%
Traitements: Tamisage, AW, TMCS
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21 Les phases stationnaires
Les hydrocarbures ramifisrfrence : Polarit nulle
Les Polysiloxanes et polysiloxanes substitus:
R = CH3,Phnyl, Cyanopropyl Polarit trsfaible (DB1, 100% de CH3) trs forte (CPSil 88, 100% de cyanothyl)
Rfrence en capillaire
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Les polythylnes glycols (carbowax 20M,FFAP..) quivalence CP Wax, DB 20
Les Polyesters: Polarits intermdiaires etfortes (DEGS, EGA.)
Les Adsorbants Tenax, Carbopack, Tamismolculaires
Classification selon la polarit
Equivalence entre remplie et capillaire
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22 Les indices de Kovats
Srie homologue: log10Tr = an + b
Notion de droite de similitude: -Prdiction de la rtention -Approche didentification
Application la srie des n alcanes -Notion dindice de rtention
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23 Classification suivant la polarit
Constantes de Mac ReynoldsRohrschneider
1 phase de rfrence : Squalane P = 0
5 soluts de rfrence:Benzne X n Butanol Y MeCOPr Z
Nitropropane U Pyridine S
Cste de Mac Reynods = Diffrence dindice de rtention du
solut entre la phase et la rfrencePolarit = Somme des cstes de Mac Reynolds des cinq soluts
(Existence de 3+2 autres soluts rfrences)
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Exemples
Phase X Y Z U V Somme
Squalane 0 0 0 0 0 0
SE 30 15 53 44 54 41 217
OV 17 119 158 162 243 202 884
FFAP 340 590 397 602 627 2546
OV 275 666 1001 895 1177 1099 4838
24 Choix raisonn des phases
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24 Choix raisonn des phasesstationnaires
Classification des soluts en 5 catgoriesLies la polarit
Classification des phases en 4 catgoriesLies la polarit
Associations par catgories: -
ApolaireApolaire - PolairePolaire -Moyennement polaireMoyennement polaire
III) Transposition
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III ) TranspositionColonne Remplie / Colonne Capillaire
Remplie Capillaire
Phases Varies Varies
(mais +
restreint)
Longueur
Perte de charge
2 m
1 bar / m
10 - 100 m
1 bar / 50 m
Diamtre 1/8
1/4
0.32 et 0.25 mm
0.53 et 0.1 mm
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Classification
Colonnes de Golay:-
COT et WCOT : Wall Coated Open Tubular - SCOT :Support Coated Open Tubular - PLOT : PorousLayer Open Tubular - MicropackedColumns
Permabilit k importante : Efficacit importante etvitesses linaires importantes soit tr faibles
B = VG/VL 2 10 x suprieur / remplie
B= dc/ 4efet tr = t0(1 + K / B)
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Si B augmente : tr diminue ; possibilit dediminuer la temprature
Blev: Analyses rapides : substanceslourdes B faible:
Substances volatiles
Epaisseur du film: De lordre du micron
Tr augmente en f(Log e) e x 2 = Tr (-15) Films minces et films pais
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Films Minces: 0,15 < e < 0,5 m Avantages: Meilleures performances Rduction du temps
danalyse Possibilit danalyse de composs lourdsInconvnients:Charges + faibles : restreintla possibilit danalyse de traces - Interactions avec lasurface
Films Epais: e > 1 mAvantages: Analyses de traces Analyses de
volatils
Inconvnients Pb de Bleeding (e > 5m)
Diamtre: Wide Bore = RemplieNarrow bore: Analyses courtes : Couplage GC /
MS
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IV) Linjection
Colonne remplie: Injecteur SeptumVolume inject: 0,5 1 l Gaz :
100 l 500 l Head-Space (Statique et dynamique)
Colonne capillaires: Charges + faibles Utilisationde diviseurs - Split /Splitless - On
column - Injecteurde verre
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V) La dtection
2 classes de dtecteurs: I :Rponse proportionnelle la concentration Catharomtre, E.C.D
II : Rponse proportionnelle au dbitmassique: F.I.D , N.P.D
Slectivit : Universels / Spcifiques
Quantit minimale dtectable : variable de (1-10 ng) TCD 0,1 pg ECD(30-100 pg) FID
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Catharomtre: Pont de Wheastone (I) Universel Gaz permanents
F.I.D: Combustion (II) Universel (sauf incombustibles) Notion de
Make-up
E.C.D Capture dlectrons (I)
Spcifique: Drivs Halogns
N.P.D Thermoionique (II) Spcifique: Drivs N et P
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VI) La drivatisation
Objectifs: Volatilisation des espcesAmlioration des analyses
(traines de pic)
Amlioraion des rsolutions Mthodes:Estrification :
Diazomthane, BF3/CH3OHSilylation : TMCS / HMDS
obtention dthers, desterssilyls volatils: Pb H2O
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Chapitre N5
La chromatographie LiquideLadsorption
Le Partage
S i
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Sommaire
La chromatographie dadsorptionThorie de SnyderFacteurs lis la phase stationnaire, laphase mobile et le solut
Le Greffage
La chromatographie en phase inverse
La chane chromatographique
)
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I) Introduction
Le dosage de laflatoxine B1 dans les aliments pouranimaux (NF V 18-200)
Extraction Liquide / solide au CHCl3Purification Colonne ouverte de gel de silice (50-200m) conditionne dans CHCl3Lavage ltherDsorption avec CHCl3/ CH3OH (97/ 3)
Chromatographie Monodimensionnelle sur silice:Phase mobile: CHCl3 / Actone (90/10) Ether /mthanol/ eau (96/3/1)
Lecture visuelle / Fluorodensitomtrique
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II) La chromatographie dAdsorption
Supports solides polaires:
Silice Caractre acideAlumine Caractre basique
Utilisables en CCM, HPLC, colonne ouverte
Principe: Formation de liaisons H entre lesupport et le solut. (interactions)
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Phases mobiles : peu polaires
Applications analytiques:
Fonctionnalits Diffrentes
Isomres Soluts peu et moyennement polaire
Applications en extraction (purification)Fixation des espces plus polaires
Ordre dlution: suivant lordre de polarit
Faible cotPb de la phase mobile
i d d i
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21 Mcanismes dadsorption
Adsorption / dsorption en surface
Equation de Snyder
log k = log Va + B*(E - As ) + log (Wa/Vm)
k = facteur de capacit
Phase stationnaire: Va, Wa et Vm , B*
Phase mobile: B* ,
Solut: As et E
l l h
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Facteurs lis la phase stationnaire
Va, Wa et Vm Lis la taille des particules etau remplissage
Peu
dactions Influencela transposition Surface /volume
B* Etat dactivit de ladsorbant (0
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Facteurs lis la phase mobile et B*
B* lie la teneur en eau de la phase mobile Solvant isohydrique utilisationdacide et de base pour rduire lactivit
: Force luante Srie luotropique si Augmente, alors Rf augmente
(k diminue)
Dveloppement isocratique et en gradient de
concentration.
Utilisation de mlanges binaires et ternaires
F li l
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Facteurs lis au solut
As et E As: surface spcifique : Pas daction si ce nest
une drivatisation
Changement de la nature du solut et desinteractions
E: mme remarque
III) L ff
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III) Le greffage
AdsorptionContraintesActivit du supportIsohydrie de la phase mobile
Limites2 types de phase : Silice (alumine)
chelle de polarit limite
problmes de tranes de pics 1970 Le greffage
II) L G ff
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II) Le Greffage Modification du support siliceux par greffage
chimique despces liquides: Si-OH Si-O-Si-R R = Alkyl (C18, C8, C3, C2)
PhnylAmino alkylNitro alkylDiols , Cyano.
Notion de chromatographie de partage Echelle de polarit inverse / Adsorption
End-Capping
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Solut Polaire Moyennement
Polaire
Moyennement
Polaire
Non
Polaire
Eluant Moyennement
Polaire
Trs
Faiblement
Polaire
Fortement
Polaire
Moyennement
Polaire
Exemples
CH2Cl2/
Hexane
80/20
CH2Cl2/
Hexane
5/95
CH30H / H20
40 / 60
CH30H / H20
90 / 10
HPLC
Partage
Phase
Normale
NH2, CN,
Partage
Phase
Normale
NH2, CN,
Partage
Phase
Inverse
C18, Phnyl
Partage
Phase
Inverse
C18, Phnyl
IV) La Phase Inverse
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IV ) La Phase Inverse
Application : Dosage de 6 PAH ( polluants) en phase aqueuse
NFT 90-115 : Fluoranthne, Benzofluoranthne b et k; Benzopyrne a; (10ppb) Benzoprylne, Indnopyrne (50 ppb)
Extraction au cyclohexane - Concentration 1ml sous vide
Purification sur colonne dalumine Concentration sec et reprise dans 1ml de solvant:
Phase stationnaire: RP 18, Lichrosorb C18 L = 250 mm Diam:
Phase mobile: CH3-CN / H2O (85/15 ; 90/10) Dbit: 1ml mn-1
Injection 20 l
Fluorimtrie: Excitation 360 nm Emission > 420 nm
L h t ti i
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La phase stationnaire
Apolaire Lipophile = Hydrophobe Nature du greffon: CH3-(CH2)n-CH2-
si n augmente: La rtention augmente
Nombre de greffon: Plus le taux de greffageest lev, plus la rtention est importante
Gnralisation la surface hydrocarbone
Pratique: Entre 8 et 15 % de Carbone
L h bil
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La phase mobile Base: H20 + CH3OH ou H20 + CH3CN
Attention la perte de charge (Darcy)
Utilisation ventuelle de modificateurs:THF, Actone, CHCl3 Attention
la dtection Influence de la teneur en eau : La rtention
augmente avec la teneur en eau
Elution en mode isocratique : Composition dela phase mobile constante
Elution en mode gradient de concentration
L l t
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Le solut
Rtention Inverse la polarit Plusle solut est polaire, plus la rtention est faible.
Lie lhydrophobie: Cste de partage dans lesystme octanol / eau P
Rekker:log P = Somme fi+ CM(somme kj)fi = Incrments CM = Cste = 0,268 kj =
effets de proximitlog k = a log P + b
IV) L h h t hi
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IV) La chane chromatographique
LInjection
Couramment : 20 l (1 50 l) Injection en boucle Etalonnage
externe
Vanne dinjection Six Voies Automatisation Passeurs automatiques
La dtection Gnralits
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La dtection - Gnralits
Notion de drive (1 heure)bruit long terme (10 mn)
bruit court terme (1 mn)
Sensibilit: Pente de la courbe:
Rponse = f (Concentration initiale)
Concentration minimale dtectable: nfois le bruit court terme
Dtection directe et diffrentielle
Les diffrents Dtecteurs
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Les diffrents Dtecteurs
DtecteursSimples
Ultra violet
Fluorimtrie
Rfractomtrie
Diffusion de
lumire
Electrochimique
Conductimtrique
Dtecteurs
semi Informatifs
UV multi lambda
Fluorimtre
programmable
Multi lectrodes
Dtecteursintelligents
Spectomtrie de
Masse
FT IR
Barrette de diodes
RMN
Drivatisation pr et post colonne
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Drivatisation pr et post colonne
Drivatisation Pr Colonne
Simplicit
Modification des conditions
chromatographiques
Ex: Acides amins (OPA)
Ractions reproductibles
Possibilit de ractions
secondaires
Drivatisation Post Colonne
Slectif
Multi dtection
Exemple:Vitamine C
Matriel plus sophistiqu
Modification du pic
chromatographique
VI) Les autres techniques HPLC
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VI ) Les autres techniques HPLC
Technique Phasestationnaire
Phase mobile Soluts
Paire dions C8, C18 CH3CN,CH3OH, H2O
Espces
ionisables
Echange
dions
Rsines
changeuses
Tampons
aqueux
Ions minraux
cations et
anions
Exclusion Polymres
poreux
THF, Tampons
aqueux
Polymres
hydrophiles etorganiques
Chirale Chiralecyclodextrines,
Pirkle
Aqueuses et
organiques
Enantiomres
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Chapitre N6
Labsorption Molculaire UV-Visible
Et
Labsorption atomique
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Labsorption molculaireSommaire
Introduction
Dtermination de lindice Phnol NF T 90-109
Dtermination de As3+ NF T 20-054
Dtermination du Fer total et du Fe2+NF T 90-017
Dtermination du Phosphore soluble NF X 31-161
Le spectrophotomtre dabsorption molculaire
Introduction
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Introduction
Absorption Atomique: Concerne les lectronsatomiques (absorption et mission)
Absorption et mission Molculaire: Concerne leslectrons des liaisons molculaires, les lectrons
dlocalisables (). Mmes concepts: Dualit Onde / nergie
E = h = h c /
Spectre de la lumireDomaine UV: 200-350 nm
Domaine Visible: 350800 nm
Complmentarit Absorption / Couleuri l d l
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Triangle des couleurs
Utilisation des proprits dabsorptions pour une
quantification Nombreuses applications :
Cations , Anions, Molcules Organiques
Slectivit plus ou moins importante
Loi de Beer-Lambert: log10I0/It = .l.C : Coefficient dextinction molaire
. Quantification par talonnage externe
Dtermination de lindice phnol
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Eaux NF T 90-109
PrincipeDistillation des phnols en milieu acide
(H3PO4) en prsence de CuSO4(action
bactrienne) (Entranement la vapeur) Enregistrement du spectre UV 254et 270 nm (# 6000 et 1500)
cuve quartz 1cm
Comparaison un talonnage externe Applications: 0,0250,5 mg/l
Dosage de larsenic
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Corps gras NF T 20-054
PrincipeRduction de larsenic sous forme darsine AsH3
par Zn en milieu HCl Absorption de larsinepar le dithyldithiocarbamate dargent: Ag(DDTC) AsH3+ 6
Ag(DDTC).6 Ag + 3H(DDTC) + As(DDTC)3 Formation dArgent collodal dispers: Rouge Violet
Mesure de la DO 540 nm cuve 1cm
Comparaison un talonnage externe
Application: masses de 1 20 gdArsenic
Dosage du fer
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Eaux NF T 90-017
Fet= Fe dissous+ Fe suspension Formation dun complexe color entre Fe2+et lortho
phnanthroline (1-10) RougeOrang (510nm) Fer total: Oxydation par le peroxodisulfate Fe3+
Rduction par le chlorydratedhydroxylamine pH # 4,5 Fe2+
Complexation (15mn lobscurit)
Fer dissous: Rduction du Fe3+dissousComplexation
Fe2+dissous Complexation directe Applications 10 g/l10mg/l
Le phosphore soluble
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Sols NF X 31-161
Principe: Mthode de Joret-Hbert Extractiondu phosphore soluble (sous toutes ses formes) parloxalate dammonium (pH = 7)
Complexation du phosphore sous forme de complexephosphomolybdique rduit avec le ractifsulfomolybdique (heptamolybdate dammonium, Acide ascorbique,thiosulfate de sodium, formol)
Dveloppement chaud (100C, 5mn) dunecoloration violette
Mesure de la DO 825 nm Domaine dapplication: 110 mg/lde P sols:
Expression du rsultat en P2O5
Le spectrophotomtre
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Le spectrophotomtre
Source Monochromateur
Fentes (Slit)
Cuve
Photomultiplicateur
Amplificateur Calculateur
Sources et rayonnement incident
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Sources et rayonnement incident
Lampes dcharge (lumire blanche) Multi longueurs donde
- Deutrium (Domaine UV)
- Vapeur de mercure (Domaine visible) Simple et double faisceaux
Slecteur: Monochromateur
Fente (Slit): Permet de rguler lnergie du
rayon incident
Cuves
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Cuves
Cuves:- Plastique (jetables)Attention aux solvants organiques
- Verre (domaine du visible)- Quartz (domaine UV)
A remplissage et circulation(CintiquePasseurs automatiques)
Trajets optiques: 0,1 5 cmfonction de la concentration et du coefficient dextinction
molaire
Zro optique: Sur Blanc (0 dabsorbance)
Rayonnement transmis
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Rayonnement transmis
Photomultiplicateur : Comptage des photonstransmis: Travail en Absorbance (A) ou enTransmitance (T)
Amplificateur
Calculateur: Io, It, A (T), log10(A), C
Restitution du spectre, des concentrations
Gamme de linarit de Beer-Lambert(talonnage externe)
Labsorption atomique
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Labsorption atomique
Sommaire Introduction
Principe de labsorption et de lmission
Schma gnral dun spectromtre dAA Les diffrentes parties du spectromtre
La quantification
Applications Analyse de traces
Introduction
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Introduction
Analyse de cationsminraux Actuellement: Environ 60 lments du tableau de
Mendeleiev
Nombreuses applications: Mtallurgie, Gologie,Environnement, Agriculture, Agro alimentaire
Impratif: Mise en solution de lchantillon
Eaux NF T90-112 Flamme EauxNF T90-119 Four Eaux NFT90-131 Flamme Froide Sols NF X31-151 Flamme
Principe
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Principe Atome = Noyau + lectrons
lectrons: Gravitent autour du noyau (Champslectrostatique): Notion dorbitales: Niveauxdnergie quantifis
tat fondamental + nergie lectromagntique: tatexcit (Passage de le- dun niveau fondamental unniveau suprieur) : Instable : Retour ltatfondamental
Restitution calorifique: Absorption atomique Restitution lumineuse: mission atomique
E f (h c et longueur donde)
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E = f (h, c et longueur donde)
Notion de transitions spectrales
Spectres de raies spcifiques chaque lment Possibilit de dosage spcifique par lments
(Interfrences)
quation de Boltzman: Ne= Cste x N
0e-(E/kT)
Emission: Nelev
Absorption: N0lev
Loi # Beer-Lambert A = I0/It Log10A = K.l.C K = Coef. dabsorption
monochromatique
Schma gnral dun spectromtre
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dAbsorption Atomique (Emission)
Une source de photons: Source dmission Une source datomes: Source datomisation
Unmonochromateur: Slecteur de radiations
Un dtecteur: Photomultiplicateur+amplificateur
Source de photons
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Source de photons
Tube dcharge cathode creuse Cathode : lment doser (sel)
Anode: Lame de Zirconium
Tube rempli de gaz inerte (Ne, Ar) Dcharge : Tension 500 - 800 volts
Intensit = qqes mA (suivant lment)
Obtention du spectre dmission de llment doser
Lampes mono lment et multi lments
Gnrateurs datomes
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Gnrateurs d atomes
Fonction de la nature des lments doser Flamme: Cas gnral
Atomisation thermique: Dtection plus
basse Flamme froide et gnrateurs dhydrures:
spcifique certains lments (Hg,As..)
Torche plasma
Atomisation en flamme
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Atomisation en flamme
Objectif: Transformer des espces de la formeionique la forme atomique
Analyse dchantillons liquides exempts de particulessolides.
Capillaire: Transfert de lchantillon vers lachambre de nbulisation
Nbuliseur: Formation dun brouillard dans lecomburant: Fines gouttelettes
Brleur: Transformation des espces ltat atomique
Principales Flammes
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Principales Flammes
Combustible
Hydrogne
Comburant
Argon
Temprature
1000 K
Propane
Butane
Air
Oxygne
2200 K
3200 K
ActylneAir
Oxygne
Protoxyde
dazote
2500 K3400 K
3200 K
Autres Gnrateurs datomes
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Autres Gnrateurs d atomes
Atomisation lectrothermique: Four -Schage (# 100C)
- Dcomposition thermique (100 1800C) - Atomisation (1800-2600C)
- Nettoyage Four (2800C) Gnrateur de mercure
HgCl2+ SnCl2.Hg + SnCl4 Gnrateurs dhydrures As, Sb
Formations dhydrures (AsH3) + Flammefroide (1000C)
Slecteur de radiations et PM
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Slecteur de radiations et PM
Monochromateur: Slection dune longueurdonde
Bande passante: 0,05 0,1 nm si spectre
complexe sinon 0,5 2 nm Photomultiplicateur: Permet de compter les
photons transmis
Amplificateur + calculateur
La quantification
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La quantification
talonnage externe (ajouts doss) Flamme: Mesure en continu flux
constant..Permet de minimiser les fluctuations dela flamme
Pb des interfrences (chimiques, spectrales) Utilisation de modificateurs LaCl3, HNO3..
Ralisation de dilutions
Sensibilits: Flamme # ppmFour # ppb
Exemples dApplications
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Exemples d Applications
Sols, Sdiments NF X 31-151- Calcination 450C -
Solubilisation (HF,HCLO4) -
Evaporation et mise sec - Repriseeau rgal(HCl/HNO3)
Dosage par absorption atomique (Cd,
Co, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb, Zn)
Eaux : Dosage du Hg par SAA sansfl NF T 90 113
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flamme NF T 90-113
Minralisation de lchantillon par KMnO4etK2S2O8 95C
Rduction par SnCl2Obtention de Hg
Entranement sous argon Mesure 253,7 nm Cuve fentre
Limite de dosage 0,5 g/l
Eaux: Dosage de dix lmentst lli (di t t i di t )
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mtalliques (directe et indirecte)
NF T90-112 (Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ag,Cd et Pb)
Flammes air / actylne -
Oxydantes Fe, Ni, Cu, Mn -Rductrices Cr -Normales Co, Zn, Ar, Cd et Pb
Ex du plomb: 283,3 nm et/ou 217 nm Dosage direct
Elment Longueur donde Dtection (ppm)
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Elment Longueur d onde Dtection (ppm)
Cr 357,9 0,1-10
Mn 279,5 0,05 - 4
Fe 248,3 0,1 - 10
Co 240,7 0,1 - 10
Ni 232 0,1 - 10
Cu 324,7 0,05 - 6
Zn 213,8 0,05 - 2
Ag 328,1 0,05 - 4
Cd 228,8 0,05 - 2
Pb 217 0,2 - 10
Dosage indirect
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g
Complexation(APDC) etextraction du complexepar la MIBC
Dosage dans le phaseorganique
Cr 1-200 ppbMn 1-200 ppb
Fe 1-200 ppb
Co 1-200 ppbNi 1-200 ppb
Cu 1 -200ppb
Zn 0,5 - 50ppbAg 0,5 - 25ppb