Electrophorèse capillaire

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Marie-Josèphe Gobeil
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1 Chimie Analytique Electrophorèse capillaire Croset Elliott - Fernandez Samuel - Tissot Guillaume (Groupe 2) Université de Genève, Sciences II I. Résumé : Lors de cette expérience nous allons nous familiariser avec l électrophorèse capillaire, puis nous allons voir comment séparer des cations et des anions, puis nous allons enfin doser les ions calcium et magnésium dans trois eaux minérales pour comparer nos valeurs avec celles indiquées par les fabricants. II.Introduction : L électrophorèse capillaire sert a séparé des espèces chargées en les faisant migrer à travers un capillaire de silice très fin (entre 10 et 100 μm de diamètre interne) grâce à un courant électrique des hautes tension (entre et volts). L utilisation de ses hautes tensions est nécessaire car avec l équation 1 on voit que le nombre de plateaux et donc la résolution est proportionnelle à la tension : Nous verrons l influence du courant au cours de l expérience. D autre paramètre dont aussi optimisable, comme le ph où la force ionique de la solution électrolytique. Pour voir l influence des paramètres cité ci-dessus, nous allons comparer leur différent ζ, qui est directement relié à la mobilité électro-osmotique μ 0 et donc aux flux électro-osmotique et à la précision de la mesure (les équations permettant de calculer ζ sont donnée dans le polycopié, eq. 8 et 10). 1

ions calcium et magnésium dans trois eaux minérales pour comparer nos valeurs avec celles indiquées par les fabricants. II.

2 III. IV.Méthodologie et Résultats : Mesure de la mobilité électro-osmotique : On utilise un tampon acide borique/borate de sodium (ph = 8,5) et on mesure le temps de migration de l acide p-hydroxybenzoique (phb), de l acide acétique p-hydroxyphenyl (php) et de l oxyde de mésityl. On peu prévoir déjà dans quel ordre les produits vont sortir : 1- oxyde de mésityl (pas de cation donc les espèces neutre sortent d abord) 2- Acide php (l anion le plus gros) 3- Acide phb (l anion le plus petit et donc le moins entrainé) Avec une tension de V et longueur de colonne de 60 cm on obtient les résultats suivants (électrophérogramme 1): Oxyde de acide php phb mésityl t rétention (min) Largeur pic On obtient alors les valeurs de mobilité électrostatique suivante : v' v v o (cm/min) v(php) (cm/min) v(phb) (cm/min) On obtient avec ces valeurs μ 0 = 6, m.v -1.min -1, et un nombre de plateaux de N = 6307,5. Effet du ph : Facteur influençant la mobilité électro-osmotique : On effectue ici les mêmes mesures qu auparavant mais avec un tampon à ph = 6 et une tension de 30 kv, et on obtient les résultats suivants (électrophérogramme 2): v 0 (cm/min) t à ph=8,5 (min) t à ph=6 (min) 4,37 13,77 15,2 11,44 2

(phb), de l acide acétique p-hydroxyphenyl (php) et de l oxyde de mésityl.

3 On voit donc clairement une augmentation du temps de rétention pour les anions, qui est du dû à la couche positif formé sur les parois et qui retient les anions, mais on constate aussi une baisse du temps de migration pour l oxyde de mésityl et dons cela se traduit par une augmentation du flux électro-osmotique. De plus on constate aussi que les phb est présent sous deux formes à ce ph, car on observe 2 pics. On peu alors calculé les potentiels ζ pour les 2 ph : ζ (Pa.F.V -1 ) ph 8,5-568,81 ph 6-329,76 On voit dons bien qu à ph plus élevé, le flux électro-osmotique augmente car le potentiel ζ augmente négativement. Effet de la force ionique : Nous allons cette fois changer la concentration en électrolyte (on utilisera ici de l acétate de sodium) pour voir l effet que cela induit sur le temps de rétention. Les mesures ont été faites à une tension de V (électrophérogramme 3 et 4) 5 mm temps (min) v' (cm/min) v (cm/min) mm temps (min) v' (cm/min) v (cm/min) mm temps (min) v' (cm/min) v (cm/min) On peut ensuite tracer le graph de la vitesse électro-osmotique en fonction de la concentration. On voit clairement que la situation idéale serait avec un électrolyte très peu concentré, pour avoir une séparation la plus rapide possible, néanmoins il ne faut pas que la vitesse de la séparation diminue la résolution de la mesure. 3

De plus on constate aussi que les phb est présent sous deux formes à ce ph, car on observe 2 pics. On peu alors calculé les potentiels ζ pour les 2 ph : ζ (Pa.F.

4 Effet du voltage appliqué : Nous allons maintenant refaire la première expérience mais en changeant la tension qui est appliqué au capillaire (en plus des 20 kv faite nous allons faire des mesures à 25 et 30 kv). On obtient les résultats suivants (électrophérogramme 1): 20 kv temps (min) v' (cm/min) v (cm/min) μo (m.v -1.min -1 ) 1.90E E E kv temps (min) v' (cm/min) v (cm/min) μo (m.v -1.min -1 ) 1.18E E E kv temps (min) v' (cm/min) v (cm/min) μo (m.v -1.min -1 ) 8.08E E E-04 On voit donc bien qu une augmentation du voltage entraine une augmentation de la mobilité des ions. Effet d ajout d un solvant organique : Différente viscosité de solvants : η (g.m -1.s -1 ) eau méthanol CH 3 CN On constate donc que le solvant le moins visqueux est l acétonitrile se sera avec lui que le flux électro-osmotique sera le plus élevé (et l eau aura le flux le plus faible). On aura le classement suivant (le méthanol pur est moins visqueux que l acétonitrile dilué) : méthanol > CH 3 CN 30% > CH 3 CN 20% > CH 3 CN 10% > CH 3 COONa 4

85E-04 25 kv temps (min) 2.95 4.55 4.80 v' (cm/min) - 10.98 10.41 v (cm/min) 16.95-5.97 7.46 μo (m.v -1.min -1 ) 1.18E-04-3.35E-04 2.68E-04 30 kv temps (min) 2.42 3.75 3.95 v' (cm/min) - 13.35 12.

5 Séparation simultané des cations de des anions dans un mélange aqueux : On prépare la solution b avec un mélange d ion et on la fait migrée sur la colonne. (électrophérogramme 5). Comme on fonctionne maintenant avec un voltage de -30 kv, se seront les petits anions qui vont sortir en premier, puis les gros anions, les petits cations et enfin les gros cations (qui seront le plus retenus). On observe bien cette ordre sur l électrophérogramme : CL -, Br -, NO 3-, SO 4 2-, Li +, Mg 2+, Na +, Ca 2+, K + et NH 4+. On utilisera le Li + comme étalon interne dans les eaux. On se sert de se cation car sa concentration dans les eaux minérale est très faible donc on sera exactement la concentration de l étalon avec la dose que l on à ajouté. Dosage quantitative de Ca2+ et Mg2+ présents dans trois bouteilles d eau minérale commerciale : On commence par faire un étalon à 0.1 mm en Mg 2+, Ca 2+ et Li +. La mesure nous donne l électrophérogramme 6. Ensuite, on peu faire les mesures de chaque eau en ajoutant de l étalon Li + (électrophérogramme 7,8 et 9) Etalon Aire C (mm) C (mg/l) Li Mg Ca On fait la même chose pour les eaux minérale, mais on ajoute juste du Li + pour en avoir une concentration de 0.1 mm : Vichy Aire C (mm) C échantillon. (mg/l) C bouteille (mg/l) Li Mg Ca Evian Aire C (mm) C échantillon. (mg/l) C bouteille (mg/l) Li Mg Ca Alpina Aire C (mm) C échantillon. (mg/l) C bouteille (mg/l) Li Mg Ca

plus retenus). On observe bien cette ordre sur l électrophérogramme : CL -, Br -, NO 3-, SO 4 2-, Li +, Mg 2+, Na +, Ca 2+, K + et NH 4+. On utilisera le Li + comme étalon interne dans les eaux.

6 Le tableau ci-dessous nous permet de comparer les concentrations des étiquettes et celles trouvées : Vichy Aplina Cexp Cétiquette Cexp Céti Cexp Céti Erreur Erreur (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) Erreur M g % % % Ca % % % On voit donc que même si les concentrations ne sont pas les même, elles sont tout de même dans le même ordre de grandeur. V. Conclusion: Cette expérience a très bien marché, nous avons d abord put vérifier tous les paramètres qui influence la résolution et le flux électro-osmotique. Nous pouvons donc prévoir les meilleures conditions possibles pour avoir une résolution et un temps d expérience les plus efficaces possible. Pour les eaux minérales, les valeurs trouvées sont dans le même ordre de grandeur mais ne sont pas toutes à fait les mêmes. Ceci provient du faite que l analyse n est pas faite pour chaque bouteille et qu elle n est sûrement pas effectué tout les jours, donc il est normal que les taux des sels varient. De plus une concentration élevée en calcium et magnésium ne présente aucun risque pour la santé. VI.Sources : [1] Skoog, West, Holler ; Chimie Analytique. [2] Atkins, de Paula ; Chimie Physique. [3] Protocole «Electrophorèse capillaire». 6

grandeur. V. Conclusion: Cette expérience a très bien marché, nous avons d abord put vérifier tous les paramètres qui influence la résolution et le flux électro-osmotique.

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