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

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Hélène Truchon
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1 Partiel n 1 Techniques d Analyses Spectrale & Séparative (2h00) noté sur 30 points BON COURAGE ET BONNE ANNÉE À TOUTES ET À TOUS Documents non autorisés - Calculatrice autorisée Justifier les calculs Séparer calcul littéral et numérique Questions de cours : (4,5 points) Technique d analyse spectrale 1) Donner les différences essentielles qui existent entre un spectrophotomètre double faisceaux et un spectrophotomètre simple faisceau. 2) Qu appelle-t-on chromophore? Indiquer ce que représente l effet batochrome, l effet hyperchrome. Ces deux effets peuvent-ils avoir lieu en même temps? 3) Indiquer ce que représente l effet hypsochrome, l effet hypochrome. Ces deux effets peuvent-ils avoir lieu en même temps? 4) Qu est-ce qu un groupement auxochrome? Exercice 1 : Effets dus aux solvants : solvatochromie (5,5 points) Chaque solvant a une polarité qui lui est propre. Les interactions solvant/soluté ne seront pas les mêmes dépendant du solvant utilisé. La position et l intensité des bandes d absorption peuvent varier avec la nature du solvant employé. 1) Observer les spectres de la benzophénone dans le cyclohexane et dans l éthanol : Les diagrammes énergétiques correspondant aux deux pics d absorbances sont indiqués de part et d autre des pics du spectres de la benzophénone. ETSL, 95 rue du Dessous des Berges, PARIS 1/5

T.A.S.S. 2BIOPHY 17/1/2019 - a - Indiquer lequel des deux solvants est le plus polaire. - b - Le groupement carbonyle est responsable de l absorption d un rayonnement d énergie hν1 à 345 nm.

- c - Les groupements aromatiques sont responsable de l absorption d un rayonnement d énergie hν3 à 260 nm. Quel effet de solvant rencontre-t-on lorsque la benzophénone est solvatée avec de l éthanol?

2 T.A.S.S. 2BIOPHY 17/1/ a - Indiquer lequel des deux solvants est le plus polaire. - b - Le groupement carbonyle est responsable de l absorption d un rayonnement d énergie hν1 à 345 nm. Quel effet de solvant rencontre-t-on lorsque la benzophénone est solvatée avec de l éthanol? Expliquer cet effet à l aide du diagramme énergétique représenté à droite des spectres. - c - Les groupements aromatiques sont responsable de l absorption d un rayonnement d énergie hν3 à 260 nm. Quel effet de solvant rencontre-t-on lorsque la benzophénone est solvatée avec de l éthanol? Expliquer cet effet à l aide du diagramme énergétique représenté à gauche des spectres. 2) Le ph du milieu dans lequel est dissous l analyte peut avoir un effet important sur le spectre. Parmi les composés qui manifestent cet effet de manière spectaculaire, on trouve les indicateurs colorés tel que la phénolphtaléine dont l effet du ph sur le spectre est représenté ci-dessous : ETSL, 95 rue du Dessous des Berges, PARIS 2/5

3 Quel est l effet du ph sur l absorption de la phénolphtaléine? Estimer à partir de quelle valeur du ph, celle-ci devient colorée? Indiquer alors sa couleur possible. Estimer la zone de virage de l indicateur coloré et indiquer le changement de couleur lorsque le ph passe d une valeur acide à une valeur basique. Exercice 2 : Dosage spectrophotométrique de la caféîne (8,5 points) Nous nous proposons de doser la caféine (C 8 H 10 N 4 O 2 ou 1,3,7-trimethylxanthine) dans des sodas par spectrophotométrie UV/Visible. Dans ce but, il faut préparer 100 ml d une solution mère de caféine à 0,1 g.l -1 dans de l acide sulfurique à 0,5 mol.l -1 à partir d une poudre commerciale de caféine. 1/ Les caractéristiques de la balance imposant de peser au moins 100 mg de caféine, expliquer comment préparer cette solution avec le matériel et les réactifs utilisés, et ce, de façon économique. 2/ Ensuite, il faut préparer une gamme d étalonnage à partir de cette solution mère. La gamme allant de 0 à 0,01 g.l -1 doit comporter 5 points de gamme également répartis dont le blanc. Le volume final des points de gamme sera de 4 ml. Présenter sous forme de tableau le contenu de vos étalons en précisant le matériel et les réactifs utilisés. point de gamme V sol (ml) 0 4 V solvant (ml) 4 0 C (mg/l) 3/ Afin de connaître la longueur d onde d absorption maximale de cette substance dans l UV, nous faisons le spectre d une solution de caféine. 3-1/ Quel est le contenu de la cuve de blanc? 3-2/ Quel est le type de cuve utilisé? Que cela implique-t-il dans le cas d un dosage quantitatif? 3-3/ Le spectre obtenu est représenté par la figure n 1 ci-après. Déterminer la longueur d onde d absorption maximale de la caféine en expliquant votre démarche. ETSL, 95 rue du Dessous des Berges, PARIS 3/5

Figure 1 : Spectre corrigé de la caféine. Le contenu des canettes est versé dans un bécher et est dégazé par agitation. Puis, il faut prélever 5 ml exactement de la boisson.

4 Figure 1 : Spectre corrigé de la caféine. Le contenu des canettes est versé dans un bécher et est dégazé par agitation. Puis, il faut prélever 5 ml exactement de la boisson. Une solution d ammoniaque diluée est ajoutée pour atteindre un ph neutre. Pour éliminer les autres composants des boissons, nous séparons la caféine en nous basant sur sa très forte solubilité dans le chloroforme. La phase chloroforme est amenée à sec par chauffage et le résidu est repris par de l acide sulfurique à 0,5 mol.l -1. Ce résidu est transvasé dans une fiole jaugée de 100 ml et nous complétons avec le diluant approprié. Les points de la gamme et les échantillons sont passés à la longueur d onde d absorption maximale déterminée précédemment. Les résultats après les corrections nécessaires sont donnés dans le tableau n 1 ci-après. Tableau 1 : Absorbances des étalons et des échantillons à la longueur d onde d absorption maximale. Tube Coca Pepsi A 0,000 0,118 0,234 0,353 0,470 0,192 0,217 4/ Rendre un graphe conforme de la droite d étalonnage sur papier millimétré. 5/ Déterminer les concentrations en caféine dans les sodas. Technique d analyse séparative Questions de cours : (4 points) 1) Quelle est la différence entre la chromatographie gaz-liquide et liquide-solide? 2) Définissez la phase stationnaire et la phase mobile. 3) Indiquer ce que représente le temps mort et le temps de rétention. 4) Décrivez une méthode pour déterminer le nombre de plateaux théoriques dans une colonne. ETSL, 95 rue du Dessous des Berges, PARIS 4/5

5 Exercice 3 : Chromatographie (7,5 points) Nous étudions la séparation de trois composés par chromatographie haute performance. L expérience a lieu à 20 C avec une pression en tête de colonne de Pa. Le débit de la phase mobile est de 1 ml.min -1 et la longueur de la colonne est de 15 cm. Le temps mort est de 41 s. La séparation chromatographique a donné les résultats présentés dans le tableau cidessous : Résultats de la séparation par HPLC de trois composés. Composés Symbole t R (min) w (min) Toluène T 1,83 0,14 Diéthylphtalate E 2,62 0,34 Diméthylphtalate M 3,23 0,42 1/ Quel est le principe de la chromatographie? 2/ Calculer la vitesse linéaire moyenne de la phase mobile. 3/ Calculez pour chaque composé : 3-1/ Le facteur de rétention k. 3-2/ Le nombre de plateaux théoriques (les pics sont supposés gaussiens). 4/ Calculez pour chaque couple : 4-1/ Le facteur de sélectivité α. 4-2/ La résolution R s. ETSL, 95 rue du Dessous des Berges, PARIS 5/5

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