Partiel n 1 Techniques d Analyses Spectrale & Séparative (sur 32 points) (2h00) Documents non autorisés - Calculatrice autorisée Justifier les calculs Séparer calcul littéral et numérique Technique d analyse spectrale Questions de cours : (3 points) 1) L absorption du rayonnement par les molécules organiques dans le domaine de longueurs d onde comprises entre 180 et 800 nm résulte d interactions entre quelles particules élémentaires? 2) Donner la définition d un chromophore. 3) Définir le pourcentage de transmittance. Exercice 1 : Dosage de la vitamine A par spectrophotométrie UV-Visible à l aide de la méthode d étalonnage classique. (8 points) Afin de voir si la loi de Beer-Lambert peut être appliquée à la mesure de la concentration de vitamine A, on prépare des solutions de concentrations C connues en vitamine A que l on traite toujours de la même façon par SbCl 3 en solution dans le chloroforme de manière à obtenir une coloration bleue. On effectue des mesures de transmittance ; les résultats obtenus sont répertoriés dans le tableau suivant : C (µg.ml -1 ) 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 T (%) 66,8 44,7 29,2 19,9 13,3 Tableau 1 : valeurs d'absorbance mesurée. 1/ Dans quel domaine de couleur la longueur d onde de mesure doit-elle se trouver? Quel(s) type(s) de cuve pouvons-nous utiliser pour faire ce dosage? 2/ Recopier sur votre copie le tableau ci-dessous et le compléter : ETSL, 95 rue du Dessous des Berges, 75 013 PARIS 1/7
C (µg.ml -1 ) 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 A Tableau 2 : valeurs d'absorbance calculée (sans unité). 3/ Tracer le graphe A = f(c) sur papier millimétré, et indiquer si les solutions de vitamine A suivent la loi de Beer-Lambert. 4/ Pour valider la droite d étalonnage, on effectue deux mesures sur deux étalons de contrôle, un étalon de contrôle bas et un étalon de contrôle haut donc les concentrations de référence sont C ref (étalon bas) = 1,5 µg.ml -1 et C ref (étalon haut) = 4,5 µg.ml -1. 4.1/ Ces étalons ont été fabriqués à partir d une solution mère à 50 µg.ml -1 et ont été placés dans des fioles de 10 ml. Expliquer comment en pratique. 4.2/ Vérifier la validation de la gamme à l aide de l annexe 1. (On prendra comme limite pour l'étalon de contrôle bas : L inf = 1,3 µg.ml -1 et L sup = 1,7 µg.ml -1 et pour l'étalon haut : L inf = 4,3 µg.ml -1 et L sup = 4,7 µg.ml -1 ) C ref (µg.ml -1 ) 1,5 4,5 A 0,290 0,785 Tableau 3 : valeurs d'absorbance des deux étalons de contrôle. 5/ Une solution inconnue de vitamine A traitée de la même façon est analysée deux fois. La première cuve inconnue transmet 35 % de la lumière incidente et la seconde transmet 36 %. 5.1/ Déterminer les deux concentrations inconnues que l'on notera C 1 et C 2? 5.2/ Vérifier la compatibilité métrologique des deux concentrations obtenues C 1 et C 2 à l'aide de l'annexe 2? Exercice 2 : Dosage du bleu patenté V dans un sirop de menthe par spectrophotométrie UV-Visible à l aide de la méthode des ajouts dosés. (9 points) 1/ On désire préparer une solution mère de bleu patenté V en pesant exactement une masse m bleu = 10 mg que l on dissoud avec de l eau dans une fiole de 250 ml. Déterminer la concentration massique C m de la solution ainsi réalisée (vous donnerez le résultat final en mg.l -1 ). 2/ On effectue une dilution au 1/5 ème de la solution précédente. Indiquer en pratique comment réaliser cette dilution et calculer la valeur de la concentration obtenue en bleu patenté V, que vous noterez C s (B 0 ). ETSL, 95 rue du Dessous des Berges, 75 013 PARIS 2/7
On prépare ensuite l échantillon à doser, en dissolvant au 1/40 ème une solution pure de sirop de menthe du commerce. Cette solution sera notée S 0. On réalise ensuite une gamme d étalonnage par ajouts dosés, comme indiquée dans le tableau ci-dessous : Solutions filles X i Volume V x de S 0 (ml) V s (B 0 ) (ml) V eau (ml) Blanc : X 1 0 0 20,0 X 2 10,0 1,2 8,8 X 3 10,0 2,4 7,6 X 4 10,0 3,6 6,4 X 5 10,0 4,8 5,2 X 6 10,0 6,0 4,0 X 7 10,0 7,2 2,8 X 8 10,0 8,4 1,6 Tableau 4. Récapitulatif du mode de préparation des solutions X 1 à X 8 àpartir de B 0 et S 0 3/ Chacune des solutions filles X 2 à X 8 étant préparée dans une fiole de volume total V t = 20,0 ml. On mesure l absorbance de chacune de ces solutions filles contre le blanc X 1. Ces mesures vont nous permettre de tracer A = f(v s ). - a - Écrire l expressions de l absorbances A mesurée en fonction de C x (concentration du bleu patenté dans la solution S 0 ), V x, C s et V s. (on utilisera comme notation, ε le coefficient d absorption molaire de la solution et b l épaisseur des cuves de mesure utilisées). - b - Sachant que A = f(v s ) est une fonction affine de la forme A = m.v s + p. Donner les expressions littérales de la pente m et de l ordonnée à l origine p, par comparaison avec l expression écrite dans la question précédente. - c - Démontrer alors que : C x = p m. C s V x 4/ On donne ci-après, la courbe d étalonnage en ajouts dosés : A = f(v s ). ETSL, 95 rue du Dessous des Berges, 75 013 PARIS 3/7
- a - Indiquer les valeurs de la pente m et de son écart-type s m ; de l ordonnée à l origine p et de son écart-type s p, ainsi que leur unité s il y a lieu. - b - En déduire, la concentration du bleu C x et l écart-type sur la concentration que l on notera s C (on considérera que les écart-types sur C s et V x sont négligeables). - c - Exprimer le résultat de mesure en considérant que l incertitude combinée u c est assilmilée à l écart-type S C. D autre part, on prendra comme facteur d élargissement k = 2, pour exprimer l incertitude élargie U. 5/ D après les normes, la concentration de bleu patenté V dans un sirop de menthe du commerce ne doit pas dépasser la limite de 100 mg.l -1. Conclure sur la conformité du sirop utilisé pour le dosage. Questions de cours : (4 points) Technique d analyse séparative 1) Définir l élution. 2) Définissez la phase stationnaire et la phase mobile. 3) Indiquer en quoi consiste un chromatogramme, en précisant les grandeurs classiquement rencontrées en ordonnée et en abscisse. Dans un chromatogramme, quelle est la grandeur physico-chimique qui permet d'identifier une espèce chimique, et celle qui permet de déterminer sa quantité dans un échantillon donné. ETSL, 95 rue du Dessous des Berges, 75 013 PARIS 4/7
Exercice 3 : Étude chromatographique (8 points) Trois composés A, B et C sont séparés par chromatographie sur une colonne d'une longueur L = 5 cm. La vitesse linéaire moyenne de déplacement de la phase mobile est u = 0,16 cm.s -1. Les temps de rétention et les largeurs à la base des pics sont donnés dans le tableau suivant : Composé t R (min) w (?) A 2,50 0,32 B 5,20 0,69 C 10,00 1,46 1/ À quoi correspond w? En quelle unité exprime-t-on w? 2/ Quel est le composé le plus retenu? 3/ Calculer le temps mort t M que vous exprimerez en minutes. 4/ Calculez pour chaque composé : - a - le facteur de rétention k', que vous noterez k A, k B et k C. Commenter ces valeurs. - b - Le nombre de plateaux théoriques N (les pics sont supposés gaussiens) que vous noterez N A, N B et N C. 5/ Calculez pour chaque couple : - a - le facteur de sélectivité α, que vous noterez α AB, et α BC. - b - Déterminer la résolution R s, que vous noterez R AB et R BC. 6/ Conclure sur la séparation des composés étudiés. FIN DE L'ÉPREUVE ETSL, 95 rue du Dessous des Berges, 75 013 PARIS 5/7
Annexe : 1 : Vérification de l exactitude de mesure à l aide d un étalon de contrôle On dispose d un étalon de contrôle avec sa valeur conventionnelle (y ref ) ainsi que ses limites d acceptabilité (L inf et L sup ). On recherche si la valeur mesurée (y EC ) est comprise dans l intervalle d acceptabilité, soit : L inf < y EC < L sup. Annexe : 2 : Vérification de la compatibilité métrologique dans le cas de deux essais effectués en répétabilité Soient deux valeurs mesurées (y 1 et y 2 ) pour un même échantillon et l écart-type de répétabilité (s r ) de la procédure de mesure correspondant à cet échantillon. Le logigramme de compatibilitéà appliquer est le suivant : ETSL, 95 rue du Dessous des Berges, 75 013 PARIS 6/7
L écart-type de répétabilité se détermine à partir de la répétabilité : R s = s r y moy x 100 < 1 % Guide pour l expression du résultat de mesure L incertitude élargie (U) est directement donnée avec son niveau de confiance ou calculée en multipliant l incertitude-type composée (u C ) par le facteur d élargissement k, par exemple k = 2 pour un niveau de confiance de 95 %. L incertitude élargie est ensuite arrondie. Selon les cas : - Si le premier chiffre significatif est 1, 2 ou 3 : garder deux chiffres significatifs ; - Si le premier chiffre significatif est 4 ou plus : garder un chiffre significatif. La valeur retenue du résultat est arrondie de la façon suivante : le dernier chiffre significatif doit être à la même position décimale que le dernier chiffre de l incertitude élargie. Expression du résulat de mesure : Grandeur mesurée (analyte ; système) = (valeur retenue ± U) unité 2 Si pour des raisons matérielles, il n est pas possible de recommencer les manipulations, l opérateur poursuivra l exploitation d une de ses valeurs mesurées afin d exprimer un résultat de mesure de façon complète, mais en signalant clairement que ce résultat n est pas «accepté» au sens métrologique. ETSL, 95 rue du Dessous des Berges, 75 013 PARIS 7/7