Partiel n 1 Techniques d Analyses Spectrale & Séparative (sur 30 points) (2h00)

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1 Partiel n 1 Techniques d Analyses Spectrale & Séparative (sur 30 points) (2h00) Documents non autorisés - Calculatrice autorisée Justifier les calculs Séparer calcul littéral et numérique Questions de cours : (7 points) Technique d analyse spectrale 1) Donner l'expression de la loi de Beer-Lambert, en précisant le nom et l'unité de chaque grandeur physico-chimique employée dans l'écriture de la loi. 2) En quoi consiste le principe d'additivité des absorbances? 3) Donner la définition d'un chromophore. 4) Indiquer le principe et l'intérêt de la méthode des additions connues encore appelés méthode des ajouts dosés. 5) Supposons que plusieurs prélèvements identiques V x de solution inconnue de concentration C x, d'une espèce chimique donnée, soient transférés dans des fioles jaugées de volumes V t. À chacune de ces fioles, on ajoute un volume variables V s de solution étalon de l'analyte de concentration C s. On ajoute ensuite les réactifs qui développent la couleur et chaque solution est diluée jusqu'au trait de jauge. - a - On suppose que la loi de Beer-Lambert est respectée. Écrire alors l'expression littérale de l'absorbance A mesurée dans chaque fiole en fonction de ε le coefficient d absorption molaire de l'espèce chimique donnée, l l épaisseur des cuves de mesure utilisées, ainsi que toutes les grandeurs déjà mentionnées dans l'énoncé de la question 5). - b - En déduire une expression littérale de A sous la forme A = m.v s + b. Vous préciserez les expression de la pente m et de l'ordonnée à l'origine b. - c - Démontrer alors que l expression littérale de la concentration de l inconnue C x, est donnée par : C x = b. C s m. V x ETSL, 95 rue du Dessous des Berges, PARIS 1/6

2 Exercice 1 : Étude de chromophores (5 points) On donne les spectres de quatre composés différents avec leur structure chimique : 1/ Parmi les trois premiers composés, lequel ou lesquels peuvent être analysés dans l'acétone? Justifier votre réponse. 2/ Pour quelle raison ce solvant est si limitant? Donner l'exemple de deux solvants qui ne le seraient pas pour effectuer une analyse quantitative. 3/ Indiquer le type de cuve que vous utiliseriez pour chacun de ces trois composés, ainsi que le solvant employé. Justifier vos réponses. 4/ Déterminer par le calcul, la concentration de chacun de ces quatre composés, lorsque la valeur d'absorbance maximal est de 0,5. Donnée : on prendra des cuves d'épaisseur b = 1 cm. ETSL, 95 rue du Dessous des Berges, PARIS 2/6

3 5/ Dans la pratique, on utilise un tampon pour certains de ces composés. Indiquer le-(ou)- lesquels de ces composés est(sont) concerné(s) et pourquoi? Exercice 2 : Dosage des ions nickel(ii) par spectrophotométrie d absorption moléculaire à l'aide de la méthode des ajouts dosés (5,5 points) On dispose d une solution étalon (S) de chlorure de nickel(ii) de concentration exacte Cs = 0,100 mol.l -1. Dans une série de six fioles jaugées de 50 ml, On a introduit les volumes suivants : Fiole V s (ml) V x (ml) V eau (ml) Tableau 1 : Réalisation de la gamme d'étalonnage par ajouts dosés. On désire déterminer la concentration des ions nickel dans une solution inconnue (X). On se placer à la longueur d onde λ = 394 nm. On effectue le zéro sur de l eau distillée. On effectue les mesures d absorbance A des différentes fioles, et on obtient les résultats suivants : Fiole A 0,030 0,051 0,082 0,134 0,184 0,233 Tableau 2 : Résultats d'absorbance pour la gamme d'étalonnage par ajouts dosés. 1/ Pour faire les mesures d'absorbance on utilise un spectrophotomètre Libra S22 monofaisceau. - a - Indiquer le type de cuve qu'il faut utiliser pour faire les mesures. - b - Indiquer le principe de fonctionnement de ce spectrophotomètre. 2/ Tracer sur papier millimétré le graphe A = f(v s ). Indiquer le type de courbe que vous obtenez? 3/ Déterminer à l'aide du graphe obtenu, l'ordonnée à l'origine que l'on notera b, ainsi que la pente que l'on notera m, avec leurs unités adéquates. 4/ Calculer la concentration C x des ions nickel dans la solution inconnue (X). ETSL, 95 rue du Dessous des Berges, PARIS 3/6

4 Questions de cours : (8 points) Soit le chromatogramme suivant : Technique d analyse séparative Données : t 0 = t M = 1,25 min ; t R1 = 3,31 min et t R2 = 7,05 min ; w 1 = 1,30 min et w 2 = 2,92 min. 1) Définir les concepts suivants : - Temps de rétention t R ; - Temps mort t 0 ; - Facteur de capacité k'. Préciser de quelles propriétés dépend ce facteur ; - Hauteur équivalente à un plateau théorique H ; - Résolution chromatographique R s ; - Facteur de séparation α. Préciser de quelles propriétés dépend ce facteur. 2) Calculer les facteurs de capacité des solutés 1 et 2. Que peut-on dire? 3) Calculer les facteurs de séparation des deux solutés. Dans le cas où α = 1, que se passe-t-il? 4) Calculer la résolution des solutés 1 et 2. Que peut-on dire? 5) Calculer le nombre de plateaux théoriques du soluté élué en dernier. ETSL, 95 rue du Dessous des Berges, PARIS 4/6

5 Exercice 3 : Aspects théoriques de la chromatographique (4,5 points) Quatre solutés A, B, C et D sont séparés par HPLC (High Performance Liquid Chromatography). Leurs facteurs de rétention sont les suivants : k' A = 0,75 k' B = 1,54 k' C = 2,38 k' D = 3,84 1/ Lequel de ces quatre facteurs n'est pas optimisé? Indiquer, dans le cadre de la technique utilisée, la méthode pratique pour optimiser ce facteur. 2/ Déterminer les facteurs de séparation α AB, α BC, et α CD. 3/ Calculer le nombre de plateaux théoriques N, en considérant une résolution minimale R s = 1,5. Données : on utilisera la valeur minimale pour α : α = 1,55. N = 16. R. α α k k Où l'on rappelle par convention d'écriture que B est l'espèce la plus retenue le long de la colonne. 4/ Est-ce que la séparation de ces quatre solutés peut également être accomplie à basse pression avec une colonne de seulement N' = 300 plateaux, avec les mêmes phases stationnaire et mobile? 5/ Sachant que la colonne utilisée est une colonne de 15 cm de long. Calculer la HEPT correspondante à la technique HPLC utilisée. 6/ En déduire la longueur L' de colonne qu'il faudrait utiliser pour que la séparation de ces quatre solutés puisse s'accomplir à basse pression avec seulement N' = 300 plateaux, toujours avec les mêmes phases stationnaire et mobile. ETSL, 95 rue du Dessous des Berges, PARIS 5/6

6 FIN DE L'ÉPREUVE ETSL, 95 rue du Dessous des Berges, PARIS 6/6