Rapport de TP Phytochimie : Spectrométrie d Absorption Atomique (SAA) Di Pascoli Thomas Mouton Julia (M1 S2 VRV)
I) Introduction L eau minérale Contrex est connue pour être riche en minéraux, notamment en Calcium (Ca 2+ ) et en Magnésium (Mg 2+ ). Nous avons cherché à déterminer la quantité de Mg contenue dans cette eau minérale. Pour cela, nous avons utilisé la spectrométrie d absorption atomique. Cette méthode est basée sur la propriété qu a un atome d absorber un rayonnement identique à celui qu il émettrait s il était soumis à une excitation énergétique. Alors que pour la spectrométrie d émission de flamme le nombre d atome excité ne représente que 1% de la population totale, l analyse par absorption atomique permet de visualiser les 99% restant. C est une technique quantitative car elle permet de déterminer la quantité d atomes présents. Nous pourrons ainsi doser les ions Mg 2+ de la Contrex. II) Matériel et méthodes 1) Principe de l analyse Le principe de la spectrométrie d absorption atomique est simple : l élément à doser est dispersé à l état de vapeur atomique grâce à une flamme produite par un mélange d air et d acétylène. Le plasma formé par la vapeur atomique est balayé par un faisceau lumineux de longueur d onde λ = 202,6nm (la meilleure pour la détection du Mg). L intensité du faisceau est mesurée avant et après passage au travers du plasma et la quantité d énergie absorbée est directement proportionnelle au nombre d atomes présents. La loi d absorption atomique suit la loi de Beer-Lambert : A = ε.l.c Avec : A : absorbance ε : coefficient d extinction molaire l : longueur du trajet optique c : concentration de la solution ε et l étant des valeurs constantes, l absorbance mesurée est directement proportionnelle à la concentration en Mg 2+ de la solution (en travaillant à λ=202,4nm). Nous pouvons donc déterminer la quantité de Mg 2+ présente dans l eau minérale. Pour ce faire nous allons utiliser deux méthodes : - L étalonnage externe, qui consiste à réaliser une gamme de solutions de concentrations connues en Mg 2+. Grâce aux valeurs d absorbance mesurées, il est possible de réaliser une droite d étalonnage A=f(c). Cette droite nous permet alors de déterminer la concentration inconnue d une solution de Mg 2+ en fonction de son absorbance. - Les ajouts dosés, qui consiste à ajouter des quantités connues de magnésium à la solution de concentration inconnue. Après avoir mesuré l absorbance de la solution pure, on ajoute à l échantillon des quantités connues de magnésium. L absorbance de chaque solution est mesurée. On obtient ainsi une droite qui permet de déterminer la concentration initiale de la solution pure. 2) Matériel utilisé a) Méthode de l étalonnage externe Nous disposons d un sel de magnésium MgSO 4, 1H 2 O de masse molaire 138,4g.mol -1 La masse molaire du Mg 2+ est de 24,31g.mol -1. Donc pour 1L de solution à 0,1g.L -1 de Mg 2+!"#,!!,! nous devons peser = 0,57g de sel.!",!" Nous voulons préparer 250mL de solution mère à 0,1g.L -1 de Mg 2+, il faut donc peser :!,!" = 0,142g de sel.!
Nous avons pesé 0,1425g de sel et nous l avons dissout avec de l eau MilliQ dans une fiole jaugée de 250mL. Nous avons utilisé cette solution mère pour préparer une gamme d étalonnage qui nous permettra de déterminer la concentration en magnésium dans la Contrex. Concentrations de la gamme (mg.l -1 ) 5 10 15 20 25 Volume à prélever de la solution mère (ml) 5 10 15 20 25 + Eau déminéralisée q.s.p 100mL Pour réaliser le dosage de l eau minérale, nous l avons diluée au 10 ième afin que les valeurs d absorbance mesurées appartiennent à notre gamme d étalonnage. Les solutions ont été préparées dans des fioles jaugée de 100mL afin d être le plus précis possible. a) Méthode des ajouts dosés Nous avons également réalisé une gamme de solution pour tester la méthode des ajouts dosés. Pour réaliser cette gamme, nous avons ajouté des volumes déterminés de solution mère à 0,1g.L -1 de Mg 2+ à l échantillon Contrex diluée au 10 ième. Quantité de Mg ajoutée (mg.l -1 ) 2 4 6 8 Volume à prélever de la solution mère (ml) 2 4 6 8 + Eau minérale diluée au 10 e q.s.p 100 ml III) Résultats 1) Méthode de l étalonnage externe Chaque solution de la gamme d étalonnage a été analysée par absorption atomique à une longueur d onde λ=202,6nm. Nous avons obtenus les résultats suivants : Concentrations de la gamme (mg.l -1 ) 5 10 15 20 25 Absorbance 0,1197 0,2203 0,3102 0,4105 0,5012 Coefficient de variation (R²) 0,2 0,9 1,2 0,4 1,6
A l aide de ces résultats nous avons pu réaliser une droite d étalonnage : Courbe d'étalonnage externe du Mg 2+ par SAA Absorbance (λ = 202,6nm) 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0,1197 y = 0,0191x + 0,0264 R² = 0,99966 0,2203 0,3102 0,4105 0,5012 0 5 10 15 20 25 30 Concentration en Mg 2+ (mg.l - 1 ) j La droite d étalonnage nous a permis de déterminer l équation suivante : y = 0,0191x + 0,0264 Avec y : absorbance x : concentration en magnésium Grâce à cette équation, nous allons pouvoir calculer la concentration de Mg 2+ dans l eau minérale, après lecture de l absorbance. [Mg] =!"#$%"!&'(!,!"#$!,!"#" L échantillon (eau minérale diluée au 10 ième ) a été analysé trois fois, pour augmenter la précession de la mesure. Nous avons obtenus les résultats suivants : Echantillon 1 2 3 Absorbance 0,3201 0,3163 0,3180 Coefficient de variation (R²) Concentration de l échantillon (mg.l -1 ) 1,1 0,7 0,2 15,38 15,18 15,27 La concentration moyenne déterminée pour l échantillon dilué d eau minérale est : [Mg 2+ ] ech =!",!"!!",!"!!",!"! = 15,28mg.L -1 La concentration de magnésium dans l eau minérale est 10 fois plus importante que la concentration calculée pour l échantillon. On détermine donc la concentration de Magnésium suivante dans l eau Contrex : [Mg 2+ ] Contrex = 15,28 10 = 152,8mg.L -1 2) Méthode des ajouts dosés Chaque solution de la gamme a été analysée par absorption atomique à une longueur d onde λ=202,6nm. Nous avons obtenus les résultats suivants :
Contrex 1/10 Contrex 1/10 Contrex 1/10 Contrex à 1/10 Contrex à 1/10 + Mg à 2mg.L -1 + Mg à 4mg.L -1 + Mg à 6mg.L -1 + Mg à 8mg.L -1 Absorbance 0,3064 0,2902 0,4654 0,5094 0,6082 Coefficient de variation (R²) 1,7 4,1 2,6 1,5 3,5 A l aide de ces résultats nous avons pu réaliser la droite suivante : Dosage du Mg 2+ dans la Contrex par ajouts dosés en SAA Absorbance (λ=202,6nm) 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0,3064 y = 0,0366x + 0,3076 R² = 0,98949 0,4654 0,5097 0,6082 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Concentration en Mg 2+ des solutions ajoutées (mg.l - 1 ) O La droite d étalonnage nous a permis de déterminer l équation suivante : y = 0,0366x + 0,3076 Avec y : absorbance x : concentration en Mg Note : le deuxième point est aberrent. Nous l avons donc supprimé de la droite pour un coefficient de variation plus proche de 0.99. La concentration de l échantillon sans ajout se calcule pour y = 0 [Mg 2+ ] ech =!,!"#$!,!"## = 8,4mg.L-1 Dans notre échantillon, l eau minérale a été diluée au 10 e, donc nous pouvons déterminer une concentration de : [Mg 2+ ] Contrex = 8,4 10 = 84mg.L -1 3) Discussion En utilisant la méthode d étalonnage externe, nous avons déterminé une concentration de magnésium dans la Contrex de 152,8mg.L -1. Hors d après l étiquette sur la bouteille, la concentration de Mg 2+ devrait être de 74,5mg.L -1. La concentration déterminée par dosage grâce à la gamme d étalonnage est donc beaucoup trop élevée par rapport à celle annoncée sur la bouteille. Cette différence de concentration n est pas due uniquement à des erreurs de manipulation ; celles-ci sont toujours présentes, mais nous avons utilisé des fioles jaugées donc l écart entre les concentrations ne peut pas être si important. De plus notre gamme d étalonnage semble être correcte (nous obtenons un R² = 0,9997).
La concentration indiquée sur l étiquette, si ce n est pas la concentration exacte, n en est pas loin et la concentration de l eau dans la bouteille doit lui correspondre. Il y a de plus en plus de contrôles qualité dans l industrie agro-alimentaire, ce qui évite de trop grands écarts entre les valeurs. En revanche, on peut également lire sur l étiquette de la bouteille que la Contrex possède 468mg.L -1 de Calcium. Il y a donc 6 fois plus de Ca 2+ que de Mg 2+ dans l eau minérale. De plus, la longueur d onde d absorption du Ca 2+ est proche de celle du Mg 2+ : λ = 239,9nm. Ces deux paramètres expliquent donc la forte concentration que nous avons déterminée pour le Mg dans notre échantillon : nous n avons pas pu doser uniquement le magnésium. En effet, la méthode d analyse est non séparative, et compte tenu de la forte concentration en calcium, une partie de celui-ci a également été dosé, en même temps que le magnésium. Cette influence du milieu analysé sur l élément dosé s appelle l effet de matrice. Pour essayer d obtenir un résultat plus proche de la réalité et donc limiter l effet de matrice, nous avons réalisé le même dosage, mais avec la méthode des ajouts dosés. Grâce à ce nouveau dosage, nous avons pu déterminer une concentration de Mg 2+ dans la Contrex de 84mg.L -1. L erreur observée avec cette méthode est réduite : 1 =!",! 100 = 49,0% de correspondance avec l étiquetage!"# 2 =!!,!!" 100 = 88,7% de correspondance avec l étiquetage 4) Conclusion La méthode des ajouts dosés permet donc de réduire l effet de matrice. La différence de concentration observée peut être du aux erreurs de manipulation, au calibrage de l appareil (utilisé par des manipulateurs différents) ou encore à la forte concentration de Ca 2+ dans l eau minérale. Cette méthode diminue l effet de matrice mais ne l annule pas, et comme il y a beaucoup plus de Ca 2+ que de Mg 2+, il est possible que du Ca 2+ soit toujours détectable dans l échantillon. On peut cependant conclure que la méthode des ajouts dosés est beaucoup plus précise que celle de l étalon externe.