Chimie Analytique II. Spectrophotométrie d émission moléculaire Etude et dosage de la quinine

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1 Chimie Analytique II Spectrophotométrie d émission moléculaire Etude et dosage de la quinine Daniel Abegg Nicolas Calo Emvuli Mazamay Pedro Surriabre Université de Genève, Science II, Laboratoire 144 Groupe 4 29 décembre 2008 Résumé Nous avons étudié les effets de la force ionique et de l acidité sur la fluorescence de la quinine. Les résultats obtenus ont montré que la force ionique diminue la fluorescence (effet quenching) et que l acidité l augmente. Ces phénomènes seront discutés davantage. D autre part nous avons utilisé la mesure de la fluorescence de la quinine pour doser deux boissons commerciales et pour quantifier le NaCl dans une solution fournie par l assistant. Introduction Deux genres d émission peuvent se produire après l absorption de l énergie d une onde électromagnétique par une molécule : Une émission lente appelée phosphorescence et une émission plus rapide, la fluorescence. Cette dernière est proportionnelle à la concentration de la substance excitée, mais elle est affectée par des concentrations considérables des espèces étrangères. Cette diminution s appelle effet de quenching et caractérisée par une constante K Q. Le but de ce TP est de mesurer la fluorescence de la quinine (figure 1), de déterminer les longueurs d onde d excitation et d émission. Celles-ci sont des valeurs optimales qui permettront de déterminer la concentration de quinine dans diverses solutions afin d étudier l effet de l acidification et de la force ionique. A l aide de toutes ces données, un dosage de la quinine dans deux solutions gazeuses sera effectué ainsi que la quantification de NaCl dans une solution inconnue. 1

2 HO N O N Fig. 1 Quinine Méthodologie et résultats Toutes les solutions dégazées au ultrason pendant une minutes avant de prendre la mesure. Détermination des paramètres analytique Le spectre d une solution aqueuse de quinine M est enregistré aux longueur d onde pour l excitation entre 270 et 390 nm et pour l émission entre 420 et 520 nm (annexe 1 et 2). Depuis ce spectre il est déterminé que la longueur d onde pour l excitation est de 350 nm et de 455 nm pour l émission. Par la suite nous travaillerons à ces longueur d onde Effet de l acidification et de la force ionique Trois solutions sont préparées et leur fluorescence est mesurée : Fluorescence M quinine M quinine M HNO M quinine M KNO Tab. 1 Fluorescence de la quinine dans de l acide nitrique ou dans du nitrate de potassium Dosage quantitatif de la quinine dans deux boissons gazeuses Sept solutions de quinine sont préparées à partir de la solution stock ( M) dans de l acide nitrique 0.01 M, la fluorescence est mesurée et une droite de calibration est tracée. 2

3 C quinine Fluorescence Tab. 2 Fluorescence de la quinine à différente concentration dans de l acide nitrique 0.01 M La fluoresence du blanc (acide nitrique 0.01 M) est égale à Droite de calibration Fluorescence f(x) = x R 2 = e 06 4e 06 6e 06 8e 06 1e 05 Cquinine [M] Fig. 2 Droite de calibration de la quinine selon la fluorescence Le contenu en quinine de deux boissons du commerce, Tonic water (Migros) et Indian tonic (Coop (Schweppes)), va être quantifié grâce a cette droite. 250µl par échantillon et dilué (100x) dans de l acide nitrique 0.01 M à 25 ml et la fluorescence est mesurée : Tonic water Indian tonic Fluorescence C quinine diluée [M] C quinine [M] C quinine [mg/l] moyenne [mg/l] écart type intervalle 95% Tab. 3 Fluorescence de la quinine dans les boissons Tonic water (Migros) et Indian tonic (Coop) dans de l acide nitrique 0.01 M La masse molaire de l hydrochlorure de quinine dihydraté est égale à g/mol[1]. 3

4 Etude de quenching de la fluorescence de la quinine par les ions Cl - Les solutions suivantes (table 4) sont préparées avec une concentration de M de quinine et la fluorescence est mesurée. C Cl [M] 0.01 M HNO M HNO M HNO M HNO Tab. 4 Fluorescence de la quinine dans une concentration d acide nitrique croissante et de NaCl croissant. F 0 = F (1 + K Q C) Où F 0 est la fluorescence sans sel, F la fluorescence mesurée, K Q la constante de quenching et C la concentration des ions Cl. Un graphique de F 0 F = C Cl peut être tracé (figure 3). Determination des constantes de quenching M HNO3 0.05M HNO3 0.2M HNO3 0.5M HNO3 2.5 F 0 F CNaCl [M] Fig. 3 Rapport de fluorescence en fonction de la concentration de NaCl C HNO3 [M] K Q

5 Détermination de la concentration en ions chlorures d une solution La démarche utilisée pour déterminer la concentration en ions chlorures dans une solution est la suivante. Un volume connu de la solution inconnue est prélevé et diluée dans de l acide nitrique 0.01 M et ajout de quinine (concentration M). Trois volumes : 1 ml, 2 ml et 6 ml sont prélevés de la solution inconnue et dilué par un facteur de dix, puis la fluorescence est mesurée : V sol inconnu [ml] F F 0 /F C NaCl diluée [M] C NaCl [M] moyenne [M] écart type intervalle 95% Tab. 5 Concentration de NaCl dans une solution inconnu mesurée par fluoréscence par l effet de quenching La concentration de l échantillon préparée par l assistant était de environ 3 mm. Discussion D après la valeur de fluorescence pour des solutions de quinine avec KNO 3, nous observons qu elle diminue. En effet, les molécules entrent en collision avec les ions du sel KNO 3 et leur énergie diminue, c est l effet d extinction (quenching). Par contre la solution acidifiée de quinine (avec HNO 3 ) montre une fluorescence majeure, ceci est dû au fait que l équilibre est déplacé vers la forme protoné de la quinine qui présente la fluorescence En ce qui concerne la détermination de la quantité de quinine dans deux boissons commerciales (Tonic Water et Indian Tonic), nous avons trouvé des valeurs semblables : mg/l pour Tonic Water et mg/l pour Indian Tonic. Ces valeurs correspondent aux concentrations massiques en hydrochlorure de quinine. Nous constatons que ces valeurs sont proches de la valeur limite recommandée qui est de 80 mg/l en hydrochlorure de quinine. Une méthode alternative pour la quantification de la quinine est le dosage par complexation avec le violet d alizarine brillant R en milieu chloroformique à ph 1[3]. Cette méthode ne sera affecté ni par la force ionique ni par l acidité des boissons. En ce qui concerne l étude de la force ionique et de l acidité sur la fluorescence, nous avons constaté qu au fur et à mesure qu on augmente l acidité on diminue l effet de quenching causé par la présence de NaCl en solution (force ionique) et caractérisé par la constante de quenching K Q. 5

6 En utilisant le résultat pour le groupe de solution contenant du HNO M, nous avons déterminé la concentration en NaCl dans une solution ne contenant que de l eau distillée et du NaCl. La concentration trouvée est de 3.61 mm alors que la concentration théorique était de 3 mm. Une possible explication de cette variation est que les paramètres de calibrage de la machine étaient déréglés après beaucoup de mesures effectuées. Conclusion Les effets de la force ionique et de l acidité sur la fluorescence ont été bien vérifiés. Nous avons observé aussi que les quantités en hydrochlorure de quinine dans les 2 boissons commerciales analysées sont proches de la valeur limite établie. D autre part, nous avons constaté que la mesure de la fluorescence avec l effet de quenching peut être une bonne alternative pour quantifier la concentration d un sel. Références [1] ChemBlink. Quinine hydrochloride dihydrate, (R)-(5-Ethenyl-1- azabicyclo[2.2.2]octan-7-yl)-(6-methoxyquinolin-4-yl)methanol dihydrate hydrochloride, [2] M. Borkovec. Lab journal of analytical chemistry II : Spectrophotométrie d absorption moléculaire. Etude et dosage de la quinine, [3] VEERABHADRA RAO M. ; KRISHNAMALACHARYULU A. G. ; SATTIGERI V. D. ; MANJUNATH M. N. ; NAGARAJA K. V. and KAPUR O. P. Spectrophotometric determination of quinine in soft drinks = Dosage spectrophotométrique de la quinine dans les boissons rafraîchissantes. affichen&cpsidt=