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 Technique d analyse spectrale Questions de cours : (3,75 points) 1) L absorption du rayonnement par les molécules organiques dans le domaine de longueurs d onde comprises entre 180 et 800 nm résulte d interactions entre quelles particules élémentaires? (1 point) 2) Donner la définition d un chromophore. (1 point) 3) Quelles sont les deux grandeurs caractéristiques d un pic d absorbance. par quoi peuvent-elles être modifiées? (1,5 points) 4) Quel effet provoque une augmentation de la température sur une substance absorbante? (0,25 point) Exercice 1 : Détermination de la quantité de cobalt dans un hydrocarbure par la méthode des ajouts dosés (4 points) Un échantillon de masse m = 4,97 g de pétrole est décomposé par minéralisation par voie humide puis dilué jusqu à V = 500 ml dans une fiole jaugée. Le cobalt est dosé en traitant des prises de volume V t = 25,00 ml de cette solution diluée de la manière suivante : n Co(II) 3,00 ligand H 2 O Absorbance échantillon ppm 1 0,00 20,00 5,00 0, ,00 20,00 0,00 0,510 Tableau 1 : valeurs d'absorbance mesurée. ETSL, 95 rue du Dessous des Berges, PARIS 1/6

2 Tous les volumes sont donnés en ml, et les cuves utilisées sont de 1,00 cm. 1) Ces deux échantillons présentent un volume V x de solution inconnue de concentration C x. On effectue une seule addition connue V S d étalon de concentration C S au deuxième échantillon. Ces deux échantillons sont ensuite placés dans deux fioles jaugées de volume V t que l on complète jusqu au trait de jauge par de l eau. - a - Écrire les expressions littérales des absorbances A 1 du premier échantillon et A 2 du deuxième échantillon. (on utilisera comme notation, ε le coefficient d absorption molaire de la solution et b l épaisseur des cuves de mesure utilisées). (1 point) - b - En déduire l expression littérale de la concentration de l inconnue C x. (1 point) 2) Déterminer la concentration du chélate Co(II)-ligand en ppm, puis en g/l. En déduire le pourcentage de cobalt dans l échantillon de départ. (2 points) Exercice 2 : Dosage du bleu de méthylène dans une préparation pharmaceutique par spectrophotométrie UV-Visible (10,75 points) Les collyres ou gouttes ophtalmiques sont des préparations pharmaceutiques destinées à une application ophtalmique. Ce sont des médicaments liquides ou semi solides qu'on applique sur la conjonctive de l'oeil. Les collyres ont une action locale et permettent de traiter les infections des yeux ou des paupières. Figure 1 : Formule topologique du bleu de méthylène. Le bleu de méthylène ou chlorure de méthylthioninium trihydraté (C 16 H 18 Cl N 3 S ; 3(H 2 O) ) est un composé organique utilisé en médecine ou comme colorant. ETSL, 95 rue du Dessous des Berges, PARIS 2/6

3 C'est un excellent désinfectant mais aussi un antiseptique à faible action donc qui aura une action préventive contre les bactéries. Il est présent dans le collyre «gouttes bleues», sous forme d hydroxyde de méthylthioninium. Il peut aussi servir d'antiseptique, notamment en aquariophilie, ou en traitement d'appoint des plaies superficielles (chez le cheval par exemple). Il est vendu en pharmacie, droguerie et magasin de produits chimiques. - L espèce chimique qui absorbe la lumière est le chlorure de méthylthioninium trihydraté (M = 373,90 g.mol -1 ) ; - La masse molaire moléculaire de l hydroxyde de méthylthioninium est égale à 301,35 g.mol -1, on considèrera que cette espèce chimique a le même comportement visà-vis de l absorption de la lumière que le chlorure de méthylthioninium trihydraté ; - l absorption maximale de ces deux espèces se situe à λmax = 660 nm ; - On dispose d une solution mère S0 de bleu de méthylène à C0 = 12 mg.l -1 ; - On dispose d une solution du collyre Sx diluée 50 fois de concentration Cx ; - On dispose d un spectrophotomètre Libra S22. 1/ Pourquoi la longueur d onde de mesure se trouve-t-elle dans le rouge? Quel(s) type(s) de cuve pouvons-nous utiliser pour faire ce dosage? (1 point) 2/ Nous disposons au laboratoire de cuves en quartz. Il est donc nécessaire de réaliser un décalage des cuves. Les valeurs du tableau n 2 ci-après nous donnent les absorbances des cuves vides et sèches contre l air. Déterminer le décalage des cuves par rapport à la cuve qui absorbe le moins. (0,75 point) Tableau 2 : Décalage des cuves. Cuve n A 0,022 0,019 0,028 3/ Quelle doit être la composition du blanc? (0,5 point) 4/ Expliquer, en pratique, comment effectuer une mesure d absorbance sur le Libra S22 (mode Instrument Control). (1 point) 5/ Le tableau n 3 ci-après donne les résultats de la gamme d étalonnage c est-à-dire l absorbance en fonction des concentrations en bleu de méthylène. Tableau 3 : Gamme d étalonnage. Cuve utilisée C (mg.l -1 ) 0 1,50 3,00 6,00 9,00 12,00 A lue 0 0,198 0,304 0,615 0,995 1, / Calculer l absorbance corrigée grâce au décalage des cuves réalisé précédemment. (1,5 points) ETSL, 95 rue du Dessous des Berges, PARIS 3/6

4 5-2/ Faire un graphe conforme de cette gamme d étalonnage, sur papier millimétré, et correctement légendé. (2 points) 6/ La solution commerciale de collyre est trop concentrée : on la dilue 50 fois avant de mesurer son absorbance en deux essais. Les résultats de la mesure sont : A essai1 = 0,484 et A essai2 = 0,480 (la correction de l absorbance est prise en compte). Avec quelle verrerie est effectuée la dilution? (1 point) Choisir parmi celle proposée : Eprouvette graduée de 10 ml ; Pipette jaugée de 1 ml ; 2 ml ; 5 ml ; Bécher de 10 ml ; 25 ml ; Fiole jaugée de 20 ml ; 25 ml ; 50 ml. 7/ Déterminer la concentration massique C 1 et C 2 des deux essais de la solution diluée de collyre. (1 point) On utilisera la modélisation linéaire : A = 104.C, avec C en g.l -1 8/ Vérifier la compatibilité métrologique des deux concentrations précédentes à l aide de l annexe statistique. (1 point) 9/ En déduire la concentration massique de la solution commerciale de collyre. (0,5 point) 10/ Le fabricant indique sur l'étiquette du produit qu'il y a 2,0 mg de bleu de méthylène dans chaque flacon de 10 ml : le produit est-il conforme, sachant que la valeur obtenue ne doit pas s écarter de ±10 % de celle indiquée par le fabricant? (0,5 point) Questions de cours : (4,5 points) Technique d analyse séparative 1) Citer les 5 méthodes spécifiques en chromatographique phase liquide. (1,25 points) 2) En quoi les 5 méthodes spécifiques, citées précédemment, diffèrent-elles? (0,25 points) 3) Indiquer en quoi consiste un chromatogramme, en précisant les grandeurs classiquement rencontrées en ordonnée et en abscisse. Dans un chromatogramme, quelle est la grandeur physico-chimique qui permet d'identifier une espèce chimique, et celle qui permet de déterminer sa quantité dans un échantillon donné. (2 points) 4) Définir l élution. (1 point) ETSL, 95 rue du Dessous des Berges, PARIS 4/6

5 Exercice 3 : Étude chromatographique (7 points) La figure montre le chromatogramme d un mélange de deux composés A et B obtenu à l aide d une colonne remplie de chromatographie liquide de longueur L = 25 cm. Le débit de la phase mobile est de 40 ml/min. Figure 2 : Chromatogramme d un mélange de deux constituants. 1/ À quoi correspond le petit pic observé entre 0 et 10 minutes sur le chromatogramme? Comment appelle-t-on son temps de rétention? Donner la valeur correspondante. (0,5 point) 2/ Déterminez les temps de rétention t R (A) et t R (B)? (0,5 point) 3/ Déterminez les facteurs de rétention k A et k B. Commenter ces valeurs. (1 point) 4/ Déterminer les largeurs à la base des pics w A et w B. (0,5 point) 5/ Déterminer la résolution R s des deux pics. Que dire de la séparation des deux composés? (1 point) 6/ Déterminer le nombre de plateaux moyen N de la colonne. (1 point) 7/ Déterminer la HEPT. (0,5 point) 8/ Quelle longueur de colonne L faudrait-il pour obtenir une résolution R s = 1,75? La phase mobile et la phase stationnaire étant inchangée. (1 point) N On donne R! = 4. α 1 k!. α 1 + k! 9/ Dans ces conditions, combien de temps faudrait-il pour séparer correctement les deux composés? Quelle est l inconvénient de cette méthode? (1 point) On donne t! (B) = 16. R!!. H. u α α 1!. 1 + k!! k!! FIN DE L'ÉPREUVE ETSL, 95 rue du Dessous des Berges, PARIS 5/6

6 Annexe : Vérification de la compatibilité métrologique dans le cas de deux essais effectués en répétabilité Soient deux valeurs mesurées (y 1 et y 2 ) pour un même échantillon et l écart-type de répétabilité (s r ) de la procédure de mesure correspondant à cet échantillon. Le logigramme de compatibilitéà appliquer est le suivant : L écart-type de répétabilité se détermine à partir de la répétabilité : R s = s r y moy x 100 < 1 % Guide pour l expression du résultat de mesure L incertitude élargie (U) est directement donnée avec son niveau de confiance ou calculée en multipliant l incertitude-type composée (u C ) par le facteur d élargissement k, par exemple k = 2 pour un niveau de confiance de 95 %. L incertitude élargie est ensuite arrondie. Selon les cas : - Si le premier chiffre significatif est 1, 2 ou 3 : garder deux chiffres significatifs ; - Si le premier chiffre significatif est 4 ou plus : garder un chiffre significatif. La valeur retenue du résultat est arrondie de la façon suivante : le dernier chiffre significatif doit être à la même position décimale que le dernier chiffre de l incertitude élargie. Expression du résulat de mesure : Grandeur mesurée (analyte ; système) = (valeur retenue ± U) unité 2 Si pour des raisons matérielles, il n est pas possible de recommencer les manipulations, l opérateur poursuivra l exploitation d une de ses valeurs mesurées afin d exprimer un résultat de mesure de façon complète, mais en signalant clairement que ce résultat n est pas «accepté» au sens métrologique. ETSL, 95 rue du Dessous des Berges, PARIS 6/6