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Les méthodes d'analyse

A la fin d'une expérience, il peut être demandé d'identifier clairement le produit par ses caractéristiques: solubilité, densité, point de fusion...

Nous te donnons, ici, le protocole de quelques manip's d'usage courant, qui te permettront de caractériser ton produit.




La Chromatographie sur Couche Mince (CCM)

Définition

La chromatographie est une méthode physique de séparation qui repose sur la différence d'affinités des composés étudiés à l'aide de deux phases, l'une stationnaire, l'autre mobile. Nous nous limiterons à l'adsorption solide-liquide. La vitesse avec les solutés qui se déplacent dépend de deux forces:

  • les forces d'attraction de l'adsorbant sur les solutés
  • les forces d'entraînement de l'éluant qui tendent à les extraire.

La chromatographie sur couche mince est une chromatographie analytique qui permet d'identifier les composants d'un mélange. La phase stationnaire est une fine couche polaire de silice ou d'alumine déposée sur une plaque. La phase mobile liquide, l'éluant est un solvant ou un mélange de solvants. Plus une substance est soluble dans la phase mobile, plus elle est entraînée avec cette phase qui monte par capillarité le long de la plaque de CCM. Lorsque les produits sont colorés (ce qui n'arrive que très rarement en chimie organique), leur progression est facilement observable sur la plaque. Dans le cas contraire, une fois l'élution terminée, on peut utiliser un révélateur chimique ou une lampe UV (si les produits s'absorbent dans l'UV). Pour un éluant donné, chaque produit est caractérisé par son rapport frontal Rf. Il existe d'autre moyen de révéler les différentes taches que le produit forme comme la vanilline ou le permanganate de potassium.

Protocole

 

  • 1ère étape: On trace un trait à 1cm du bas de la plaque. On y fait trois marques que l'on légende, suffisamment espacées pour que les produits n'entrent pas en contact.
  • 2ème étape: on fait le dépôt des trois produits à l'aide d'un capillaire. Si un des produits à étudier est solide, le dissoudre dans un produit dans lequel il est soluble. D'où la nécessité de s'être renseigné sur les produits manipulés en TP...
  • 3ème étape: on procède à l'élution. On met la plaque (en la tenant par deux doigts ou au moyen d'une pince) dans un bécher qui contient de l'éluant. Attention,le niveau de l'éluant dans le bécher ne doit pas dépasser la ligne de dépôt. On couvre ensuite le bécher avec du parafilm et on laisse diffuser.
  • 4ème étape: la révélation. On retire la plaque du bécher et on trace la ligne de fin d'élution. Si on révèle sous UV, on encerclera les taches vues sous la lampe pour les localiser par la suite. Si on révèle à la vanilline ou au permanganate de potassium, on plonge la plaque dans la solution et les taches apparaissent.

Comment choisir son éluant?

En T.P, plusieurs éluants sont à disposition et sont classés selon leur force d'élution.

  • On commence toujours par un éluant de force moyenne.
  • Si les taches sont trop vers le haut de la plaque, alors l'éluant a fortement entraîné les produits. L'éluant est trop fort. On en choisit un nouveau dont la force est plus faible.
  • A contrario, si les taches sont très vers le bas de la plaque, l'éluant n'a pas su entraîné les produits. On en choisit un dont la force est plus forte.

Comment calculer un rapport frontal?

 

 

Rf= x/y

Analyse des plaques

  • Des taches sont présentes au même niveau. Les produits déposés contiennent donc le même composé.
  • Parfois, il est demandé de suivre une réaction chimique par CCM. On dépose alors sur la plaque, les produits de départ et le mélange à un instant t. On sait que la réaction est finie quand certaines taches correspondant aux produits initiaux ont disparu parmi les taches du mélange. Cela signifie qu'il n'y a plus de produits initiaux et que la réaction a eu lieu.

Conseils:

  • Ne pas déplacer la cuve d'élution pendant l'élution.
  • Surveiller la migration de l'éluant. Il faut pouvoir tracer la ligne de fin d'élution afin de calculer le Rf

 


 

Mesure de densité

Le flacon utilisé s'appelle un pycnomètre. Il est constitué d'un petit ballon d'environ 5 cm3 sur lequel vient s'adapter un bouchon rôdé creux dans lequel se trouve un tube capillaire.

Mesure de densité d'un liquide

Sur une balance de précision, on pèse:

  1. Le pycnomètre rempli de liquide jusqu'au trait de jauge ML
  2. Le pycnomètre rempli d'eau distillée jusqu'au trait de jauge Me
  3. Le pycnomètre vide et sec Mv

La masse du liquide s'obtient alors par différence mL= ML - MV et la masse d'eau s'obtient par me= Me -MV

La densité du liquide est égale à d= mL/me

 

Mesure de densité d'un solide non soluble

Il est plus facile d'utiliser un pycnomètre à col large pour cette opération. L'ordre ici évoqué n'est d'indicatif.
  1. Le pycnomètre vide et sec mv
  2. Le pycnomètre rempli du solide (à la moitié environ) m1
  3. Le pycnomètre rempli du solide (à la moitié environ) et complété du liquide (solvant) jusqu'au trait de jauge m2
  4. Le pycnomètre rempli du liquide (solvant) jusqu'au trait de jauge mL

La densité d'un solide non soluble dans le solvant choisi est égale à d=m/v avec m = m1- mV et v= (mL + m - m2)/dliq

NB: dans le cas d'un solide poreux, des bulles d'air peuvent être piégées et faussent la mesure de densité. On peut les enlever en tapotant le pycnomètre légèrement (attention, un pycnomètre est très fragile) contre la paillasse ou grâce au bac à ultrasons.

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Précautions

  • Ne pas tenir le pycnomètre à pleine main (la dilatation qui s'ensuit provoque des erreurs)
  • Ne pas le placer en plein soleil (la dilatation qui s'ensuit provoque des erreurs)
  • Les conditions de remplissage doivent avoir lieu dans les mêmes conditions de température.

Point de Fusion

La mesure d'un point de fusion s'effectue à l'aide d'un banc Koffler.

Attention: Ne pas utiliser ce banc avec des gants!!!

 

 

Protocole:

  • Etalonnage:
    • Choisir un produit étalon dont la température de fusion est proche du produit à déterminer ensuite. En effet, tu es censé avoir une idée de ce que tu obtiens à la fin de ton expérience. En ayant fait des recherches bibliographiques, tu sais à peu près, quelle température tu espères.
    • Le disposer sur le banc chaud en dessous de sa température de fusion. Etaler le produit en oblique.
    • Pousser le produit, en gardant son inclinaison jusqu'à ce qu'on aperçoit la fusion du solide.
    • Attendre la stabilisation et mettre la flèche à la frontière fondu-solide.
    • Placer le curseur de manière à ce qu'il marque la température exacte de l'étalon.
Le banc est étalonné. N'oublies pas de nettoyer le banc avec un papier absorbant de la partie chaude vers la partie froide.
  • Détermination: Il faut appliquer le même mode opératoire que pour l'étalon.

Indice de réfraction

On appelle réfraction le changement de direction que subit un rayon lumineux en passant d'un milieu optique donné à un autre. Ce changement est dû à une modification de la vitesse de propagation à partir du point, appelé point d'incidence, où le rayon lumineux incident frappe l'interface.

Le réfractomètre numérique

Ce type de réfractomètre simplifie largement le travaille de l'élève pendant le TP. Avec le réfractomètre numérique, plus de problèmes de réglages et de lecture.

Tu n'as qu'à suivre les indications en TP. Le fonctionnement est très simple. Tu mets juste ta goutte de produit dans le trou, le réfractomètre t'affiche la valeur.

Le réfractomètre d'Abbe

Bien que remplacé par le réfractomètre numérique en TP, vous pourrez encore le rencontrer en Génie Chimique.

Mesure d'un indice de réfraction:

  1. Déposer le liquide (en quantité suffisante) sur le prisme fixe au moyen d'une pipette Pasteur.
  2. Refermer le prisme mobile.
  3. Regarder dans l'oculaire.
  4. Amener dans le champ de vision la séparation entre la zone claire et la zone foncée (cf image ci-dessous)
  5. Régler pour avoir une ligne de séparation nette et un contraste efficace entre les deux zones.
  6. Amener cette séparation nette au niveau du réticule.
  7. Ensuite, prendre la valeur de la mesure sur l'échelle. La précision est de 10-4 .
  8. Ne pas oublier de corriger cette valeur pour obtenir l'indice de réfraction à 20°C:
n20 = nT + 0,00045*(T-20) où T(°C).










Sources: W6; W18