Résumé. Introduction

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Guillaume Noël Moreau
il y a 7 ans
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1 Résumé Dans cette expérience, nous nous sommes familiarisées avec la spectroscopie d émission moléculaire à l aide de différent dosage de la quinine. Introduction Le but de cette expérience, a été tout d abord de déterminer la quantité de quinine dans deux boissons gazeuses commerciales (Migros et Coop) et de les comparer avec les normes en rigueur. Ensuite, la fluorescence de la quinine a été mesurée afin de déterminer les longueurs d ondes d excitation et d émission. Puis, une étude du quenching de la fluorescence de la quinine par des ions chlorures a été effectuée afin de déterminer la concentration en NaCl d une solution inconnue. La constante de quenching K Q est liée à la force ionique. La fluorescence des solutions faiblement absorbantes : F=K I 0 C F : fluorescence de la solution K : constante I 0 : intensité de la source lumineuse incidente C : concentration de l espèce 1

rigueur. Ensuite, la fluorescence de la quinine a été mesurée afin de déterminer les longueurs d ondes d excitation et d émission.

2 En présence d autres molécules, la molécule fluorescente peut entrer en collisions et son énergie peut faiblir sous forme non radiative. Ce phénomène est appelé «quenching» : F 0 =F 1 K Q C F 0 : représente la fluorescence en absence d ions interférents K Q : constante de quenching. C : concentration des ions interférents Méthodologie Enregistrement des spectres de fluorescence Une solution de 10 ml contenant 2, M de quinine est préparée dans de l acide nitrique 10-2 M. Les spectres d émissions sont enregistrés dans le domaine de λ emission compris entre 420 et 520 nm ainsi que dans le domaine de λ excitation compris entre 270 et 390 nm. Effet de l acidification et de la force ionique Trois solution de quinine 2, M ont été préparées de la manière suivante : solution 1 sans HNO 3 ni KNO 3 2 avec 10-2 M de HNO 3 3 avec 0.9M KNO 3 La fluorescence de ces solutions a été mesurée aux 2 longueurs d onde déterminées dans la partie précédente. 2

C : concentration des ions interférents Méthodologie Enregistrement des spectres de fluorescence Une solution de 10 ml contenant 2,5.10-7 M de quinine est préparée dans de l acide nitrique 10-2 M.

3 Dosage quantitatif de la quinine dans deux boissons gazeuses 7 solutions étalons de 10 ml de sulfate de quinine de concentrations 10-7, 2,5.10-7, , 7,5.10-7, 10-6, 2,5.10-6, ont été préparées dans de l HNO M ainsi qu un blanc de HNO 3 uniquement. L appareille a été ajusté avec le blanc aux longueurs d onde optimales, puis la fluorescence des étalons de sulfate de quinine a été mesurée. La concentration maximale de quinine dans une boisson gazeuse est 80 mg/l soit 2, M. Volume à prélever=( M *10 ml)/(2, M)= 0.2mL 200 μl de deux différentes boissons gazeuses ont été prélevés puis placée dans une fiole jaugée de 10 ml. On a complété jusqu au trait de jauge avec une solution de HNO M. Cette manipulation a été répétée 2 fois pour chaque boisson gazeuse. La fluorescence de ces 4 échantillons a été mesurée afin de déterminer leur concentration en quinine. Etude du quenching de la fluorescence de la quinine par l ion Cl - 10 ml de solution contenant M de sulfate de quinine avec les espèces suivantes ont été préparées : 1) 0.01M HNO 3 et NaCl M=0, 10-3, , ) 0.05M HNO 3 et NaCl M=0, 10-3, , ) 0.2M HNO 3 et NaCl M=0, 10-3, , ) 0.5M HNO 3 et NaCl M=0, 10-3, , La fluorescence de chaque solution a été mesurée aux longueurs d onde analytiques déterminées précédemment. 3

L appareille a été ajusté avec le blanc aux longueurs d onde optimales, puis la fluorescence des étalons de sulfate de quinine a été mesurée.

4 Résultats Détermination des paramètres analytiques D après le spectre d émission entre 420 et 520nm, la longueur d onde d excitation choisie est de 355nm et d émission de 453nm. Effet de l acidification et de la force ionique Quinine Fluorescenc e sans HNO3 ni KNO3 2,4 Avec HNO3 60,51 Avec NaNO3 8,64 La solution de quinine sans acide ni sel nous sert de témoin. Avec l ajout d acide la fluorescence augmente beaucoup, car la quantité de quinine protonné est plus grande. Et c est la forme protonné qui fluoresce. Avec l ajout de NaNO 3, la force ionique va augmenter. L effet serra de diminuer la fluorescence à cause «quenching» de la quinine. Avec l augmentation de la quantité de sel, il y a plus de collision et de l énergie est perdu sous forme non radiative. Expérimentalement la fluorescence augmente avec NaNO 3, ce résultat n est pas bon. 4

Avec l ajout d acide la fluorescence augmente beaucoup, car la quantité de quinine protonné est plus grande. Et c est la forme protonné qui fluoresce.

5 Dosage quantitatif de la quinine dans deux boissons gazeuses Droite de calibrage : Intensité Coefficient values ± one standard deviation a = ± 6.81 b =5.5896e+007 ± 3.13e Concentration M 4 5x10-6 A CQ 2 SO 4 [mol/l ] [quinine ] M c [g/l] c [mg/l] Moyenne Ecart type Migros1 111,35 1,5116E-06 1,89E-04 0,061 61,409 Migros2 157,11 2,27427E-06 2,84E-04 0,092 92,392 76,900 21,91 Coop1 107,35 1,44493E-06 1,81E-04 0,059 58,700 Coop2 109,93 1,48793E-06 1,86E-04 0,060 60,447 59,574 1,24 Pour les deux produits on trouve une concentration de quinine inférieure au maximum autorisé (80 mg/l). Pourtant pour le résultat de la migros la concentration de quinine est élevé mais il y a aussi une très grande déviation standard. Pour avoir des résultats plus précis on aurai du faire plus que deux mesures. Pour l échantillon de la coop les résultats semblent satisfaisants, la moyenne est de 59.57mg/L et l écart type est de 1.24 mg/l. 5

92,392 76,900 21,91 Coop1 107,35 1,44493E-06 1,81E-04 0,059 58,700 Coop2 109,93 1,48793E-06 1,86E-04 0,060 60,447 59,574 1,24 Pour les deux produits on trouve une concentration de quinine inférieure

6 La concentration de quinine peut être déterminée à l aide d un étalonnage interne, cette méthode est meilleur car les conditions (force ionique, acidité) sont les mêmes pour toutes les solutions. Pour cela, on doit préparer des solutions de boisson dont la fluorescence devra se situer dans la partie inférieure de la courbe de calibration externe. Puis on ajoute des volumes croissants mais faibles (<500µL) de quinine de concentration connue. Avec la mesure de la fluorescence, on peut déterminer graphiquement la concentration de quinine contenue dans l échantillon. Pour l étalonnage externe, on néglige les autres composants présents dans les boissons pouvant influencer la fluorescence (quencheurs, acides ) Etude du quenching de la fluorescence de la quinine par les ions Cl - HNO3 0,01 HNO3 0,05 Concentratio n NaCl M intensité F0/F Concentratio n NaCl M intensité F0/F 0 837, ,53 1 0, ,46 2,934 0, ,64 2,18 0, ,88 5,238 0, ,06 4,07 0, ,04 7,824 0, ,67 5,70 HNO3 0,2 HNO3 0,5 Concentratio n NaCl M intensité F0/F Concentratio n NaCl M intensité F0/F , ,86 0, ,46 2,514 0, ,42 2,49 0, ,73 2,754 0, ,22 2,63 0, ,57 5,414 0, ,56 3,09 6

Puis on ajoute des volumes croissants mais faibles (<500µL) de quinine de concentration connue.

7 7 Conc 0.2M a= ± b= ± 191 Conc 0.01M a= ± b= ± 80.8 Fo/F Conc 0.05M a= ± b= ± Conc 0.5 M a= ± b= ± Concentration NaCl M 4 5x10-3 Sachant que NaCl permet de quenché la quinine, il est normal que Fo/F augmente avec la concentration de NaCl. On peut voir qu avec l augmentation de la concentration, il y a diminution du rapport Fo/F. En acidifiant la solution, la fluorescence de la concentration va augmenter et le rapport F0/F va diminuer. D après la formule : F 0 =F 1 K Q.C Avec Fo la fluorescence de la solution sans NaCl, F la fluorescence de l échantillon, Kq la constante de quenching et C la concentration de NaCl [M]. [HNO3]M Kq erreur 0, ,9 80,8 0,05 932,28 44,4 0,2 798, ,5 368,9 169 Les constantes de quenching sont élevées, et les erreurs sont grandes. Peut qu il y a eu un problème lors de la préparation des solutions. 7

On peut voir qu avec l augmentation de la concentration, il y a diminution du rapport Fo/F. En acidifiant la solution, la fluorescence de la concentration va augmenter et le rapport F0/F va diminuer.

8 Dosage quantitatif de la chloride de sodium Nous avons utiliser la courbe tracée précédemment pour [HNO 3 ]= 0.01M. La solution de concentration inconnue a été diluée par 500, 20μL dans un ballon de 10mL. Le ph était fixé a 2. En utilisant la constante de quenching à ce ph (1324), et d après la formule : C= [(F 0 /F -1)/ K Q ] dilution La fluorescence trouvée est de ce qui donne une concentration de M. En tenant compte de la dilution, on trouve 22mM. La concentration théorique est de 30mM. L erreur relative est de 27%, ce qui est très assez grand. Cela peut s expliquer par les erreurs lors de la détermination de la constante de quenching. Pour la courbe à ph 2 les erreurs sur la droite de régression sont importantes donc il semble normal que l erreur soit aussi grande sur la concentration de NaCl. L erreur est de 4.15mM sur le résultat en tenant compte des erreurs sur les coefficients de la droite de régression. Conclusion Nous avons pu mettre en évidence l effet de l acidification et de la force ionique sur la fluorescence de la quinine. La concentration en quinine de 2 boissons gazeuses a été déterminée. Elles correspondent bien aux valeurs fixées par l ordonnance sur les denrées alimentaires, c est à dire que la concentration en quinine dans la limonade ne doit pas dépasser 80 mg par litre. En effet, la limonade de la coop n en contient que 59,6 mg alors que celle de la migros en contient 76,9 mg. Enfin, l effet du quenching sur la fluorescence de la quinine a pu être étudié par l ion Cl - ce qui nous a permis de déterminer la concentration en NaCl d une solution inconnue. 8

En utilisant la constante de quenching à ce ph (1324), et d après la formule : C= [(F 0 /F -1)/ K Q ] dilution La fluorescence trouvée est de 630.31 ce qui donne une concentration de 4.42 10-5 M.

9 Annexes [1] M. Borkovec. Lab journal of analytical chemistry II : Spectrophotométrie d'émission moléculaire. Etude et dosage de la quinine,

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