Partiel n 1 Techniques d Analyses Spectrale & Séparative (3h00)

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1 Partiel n 1 Techniques d Analyses Spectrale & Séparative (3h00) BON COURAGE ET BONNE ANNÉE À TOUTES ET À TOUS Documents non autorisés - Calculatrice autorisée Justifier les calculs Séparer calcul littéral et numérique Lundi 2 février 10h00 12h00 (Groupe 1 & 2) Mardi 3 février 13h00 14h00 (Groupe 3) Questions de cours : (6 points) Technique d analyse spectrale 1) Donner les différences essentielles qui existent entre un spectrophotomètre double faisceaux séparés dans le temps et un spectrophotomètre double faisceaux séparés dans l espace. Donner l exemple d appareil correspondant dans le labo. T.A.S.S de l école. 2) Indiquer le principe de fonctionnement d une lampe à filament de tungstène ainsi que son domaine d utilisation. Quelle est la différence essentielle avec une lampe tungstène-halogène et quelles avantages cela procure-t-il? 3) Décrire la constitution et le principe de fonctionnement d une cellule photovoltaïque. 4) 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? 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 1/6

2 T.A.S.S. 2BIO 6/1/ 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 2/6

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. 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. Figure 1 : Spectre corrigé de la caféine. ETSL, 95 rue du Dessous des Berges, PARIS 3/6

4 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. Questions de cours : (5 points) Technique d analyse séparative 1) Lorsqu on agite une solution aqueuse d un soluté organique A avec un solvant organique tel que l hexane, il s établit rapidement un équilibre qui est décrit par l équation : A(aq) A(org) Définir la constante de distribution K D et le rapport de distribution D. 2) Définir le phénomène d électroosmose ainsi que le phénomène d électrophorèse. Quelle différence essentielle y a-t-il entre les deux phénomènes? Est-ce la même théorie qui s applique? 3) Donner l expression de la mobilité électrophorétique en fonction des paramètres expérimentaux, d la distance de migration à travers le support, t la durée de migration et E la valeur du champ électrique. ETSL, 95 rue du Dessous des Berges, PARIS 4/6

5 Exercice 3 : Extraction d un acide faible (5 points) On désire extraire l acide faible HBz par voie organique. On suppose que les seuls équilibres présent dans les deux phases sont représentés par le schéma ci-contre : 1) Écrire les expressions des constantes thermodynamiques K p et K a. 2) Déterminer l expression du rapport de distribution D en fonction des constantes thermodynamiques et de la concentration en ions H 3 O + que l on notera h. 3) Simplifier l expression de D lorsque h >> K a et lorsque h << K a. 4) Tracer l allure de log D = f(ph) que vous appliquerez au cas de l acide benzoïque. Données : pka = 4,2 et K p = 500. Conclure sur l intérêt de travailler en milieu aqueux acidifié. Exercice 4 : Extractions multiples (3 points) 1) Dans le cas d extractions multiples, donner la relation de la concentration analytique de Z restante en solution aqueuse, que l on notera, C aq (Z) n en fonction des volume des 2 phases, du rapport de distribution et de la concentration analytique de Z présent initialement en solution aqueuse, que l on notera C aq (Z) 0. La constante de distribution de Z entre le n-hexane et l eau vaut 6,25. Quel volume de n-hexane faut-il pour abaisser la concentration en Z à 1, mol.l -1 si 40,0 ml de Z à 0,0200 mol.l -1 sont extraits par 2) des portions de 50,0 ml de n-hexane ; 3) des portions de 25,0 ml ; 4) des portions de 10,0 ml ; 5) Conclure. ETSL, 95 rue du Dessous des Berges, PARIS 5/6

6 Exercice 5 : (7 points) Le but de cette étude est de déterminer la masse molaire de l hémoglobine par différentes techniques. Dans un premier temps, nous allons utiliser la mesure de la pression osmotique. Pour cela, nous dissolvons 4 g d hémoglobine humaine dans de l eau à 7 C afin d obtenir 100 ml de solution. La pression osmotique est mesurée à 1,337 kpa. 1/ Calculer le nombre de moles d hémoglobine. 2/ En déduire la masse molaire de l hémoglobine. Dans un second temps, nous réalisons une électrophorèse sur gel de polyacrylamide (PAGE) en présence de protéines de masse molaire connue. 3/ Expliquer ce qu est un gel de polyacrylamide. 4/ On utilise différentes concentrations de gel de polyacrylamide. Expliquer pourquoi. 5/ Quels sont les inconvénients liés à la fabrication de ce type de gel? 6/ Les résultats obtenus figurent dans le tableau ci-dessous. Tableau : Distance de migration sur PAGE de protéines de masse molaire connue. Protéines Masse molaire (g.mol -1 ) Distance de migration (mm) Anhydrase carbonique ,0 Ovalbumine ,5 Malate deshydrogénase ,0 Phosphorylase b ,0 Aldolase ,0 6-1/ Tracer la droite d étalonnage. 6-2/ Déterminer la masse molaire de l hémoglobine sachant que sa distance de migration dans ces conditions est de 41,5 mm. 7/ Comparer les résultats obtenus pour l'hémoglobine par ces deux méthodes (mesure de pression osmotique et PAGE). Données : R = 0,082 L.atm.mol -1.K -1 1 atm = 1, Pa ETSL, 95 rue du Dessous des Berges, PARIS 6/6