Analyse chimique

481 Pages·2004·6.82 MB·French

SCIENCES SUP
SCIENCES SUP AF
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Francis Rouessac • Annick Rouessac SAA
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avec la collaboration de Daniel Cruché
6e édition
Préface de Guy Ourisson
ANALYSE CHIMIQUE C
Cours et exercices corrigés
O
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Méthodes et techniques
R
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instrumentales modernes
1er cycle/Licence • Pharmacie
Cours et exercices corrigés
A
Cet ouvrage offre un panorama très détaillé des méthodes actuelles d’analyse FRANCIS ET ANNICK
présentes dans des secteurs aussi variés que les industries chimiques, ROUESSAC N ANALYSE CHIMIQUE
agroalimentaires, les laboratoires d’analyse médicale, les sciences de sont respectivement
professeur émérite de
l’environnement. Le principe adopté est de relier les aspects pratiques de
l’IUT du Mans et maître A
chaque méthode étudiée aux notions scientifiques qui l’expliquent. de conférences
honoraire.
Abondamment illustré par plus de 250 figures et photos originales, ce livre L
est organisé en trois sections : les méthodes séparatives (les différentes Y
techniques de chromatographie et d’électrophorèse), les méthodes d’analyse DANIEL CRUCHÉ Méthodes et techniques
spectrale (RMN, IR, UV, fluorimétrie, fluorescence X, absorption et émission S
est professeur agrégé
atomique), les autres méthodes (spectrométrie de masse, méthodes avec à l’IUT du mans. E
marquage, électrochimie). Quelques notions sur les statistiques et sur la instrumentales modernes

préparation des échantillons sont données en complément.
C
En fin de chaque chapitre, une liste de sites internet invite le lecteur à découvrir
des démonstrations de matériels présentés dans le livre. H
6e édition
Dans cette nouvelle édition, le texte a été entièrement remanié et mis à jour
pour tenir compte des progrès technologiques les plus récents, et quelques I
MATHÉMATIQUES
nouveaux exercices corrigés sont proposés au lecteur. M
Ce livre s’adresse aux étudiants des 1ers cycles universitaires/Licence et de PHYSIQUE
pharmacie. Il sera aussi utile aux étudiants des deuxièmes cycles/Master I
orientés vers les sciences de la matière et aux personnels des laboratoires et Q
CHIMIE
des entreprises confrontés à tous niveaux à des problèmes d’analyse.
U
SCIENCES DE L’INGÉNIEUR
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INFORMATIQUE
SCIENCES DE LA VIE Francis Rouessac
SCIENCES DE LA TERRE Annick Rouessac
1ercycle 2ecycle 3ecycle
1 2 3 4 5 6 7 8 avec la collaboration de Daniel Cruché
LICENCE MASTER DOCTORAT
ISBN 2 10 048425 7 www.dunod.com
ANALYSE CHIMIQUE

ANALYSE CHIMIQUE
Méthodes et techniques
instrumentales modernes
Cours et exercices corrigés
Francis Rouessac
Professeur émérite de l'université du Mans
Annick Rouessac
Maître de conférences honoraire
Avec la collaboration de Daniel Cruché
Professeur agrégé à l'IUT du Mans
Préface de
Guy Ourisson
Membre de l’Académie des Sciences
6e édition
Illustrations intérieures : Francis Rouessac
Illustration de couverture : Lionel Auvergne
© Dunod, Paris, 2004
© Masson, Paris, 1992 pour la 1ère édition
ISBN 2 10 048425 7
Préface
Unelenteévolution,lente,lente,seproduit-elledanslespratiquesuniversitairesfrançaises?
Deslivresscientifiquesenfrançaisdeviennentdisponibles.Entrenteans,onavudisparaître
les gros classiques d’avant-guerre, démodés, puis sortir quelques livres qui étaient essen-
tiellementdesnotesdecoursaméliorées,peudiffuséessansdouteparcequecorrespondant
davantage à un besoin local qu’à une tentative sérieuse de rénover la pédagogie. Puis des
traductionsplusoumoinsprofondémentremaniées delivresaméricains. Etenfinquelques
ouvrages à succès, dont le grand nombre d’éditions, et le tirage, ont dû remplir d’aise au-
teurs et éditeurs – et cela parce qu’ils sont utiles aux étudiants et qu’ils sont originaux par
rapportàleurshomologuesétrangers.
S’ilnousétaitpossibledepuisquelquesannéesdeconseillerauxétudiantsdeseprocurer
pourlaChimieOrganiquele«H.&C.»,oudeleur indiquerqueleniveaudeChimiePhy-
sique atteint en DEUG était celui de la 15e édition du « A », il était bien difficile jusqu’ici
de pouvoir miser sur un livre d’introduction générale en Chimie Analytique. Le « R », le
Rouessac,vapouvoircomblercettelacune.
« Analyse Chimique », en fait, tel est son titre. Il y a quelques années, des collègues
spécialisés en Chimie Analytique m’avaient effectivement expliqué que je confondais leur
domaine et l’analyse chimique : la Chimie Analytique était une science désincarnée, éloi-
gnée des basses applications, celles de l’analyse chimique (notez le jeu d’initiales majus-
cules et minuscules). Pourtant, je n’en crois rien, et je n’ai jamais su si le coursde Chimie
Analytiqueque j’ai introduit à Strasbourg ily a une quinzaine d’années était Ceci ou cela.
LeRouessacestl’unoul’autre.Sonsous-titreestplusexplicite:ils’agitde«Méthodeset
TechniquesInstrumentalesModernes».Explicite,maispeuinformatif:l’analysechimique
s’esttoujoursfaiteàl’aided’instruments,etilsn’ontjamaiscessédesemoderniser.Pendant
longtemps, le plus important a été la balance; il reste essentiel (et on peut espérer qu’une
prochaineéditionduR.décriracequ’estdevenuecetteméthodeinstrumentalemoderne-il
ysuffiradequelquespages).
Aujourd’hui, ce sont des méthodes bien plus variées et plus complexes qui font la loi
dans les laboratoires. Le R. les décrit de façon systématique et simple, mais précise. Que
ce soit pour les méthodes de séparation comme, bien sûr, toutes les variantes des chroma-
tographies,oupourlesméthodesd’identificationstructuraleonytrouverauneintroduction
bien équilibrée. Livre d’enseignement, le R. l’est dans la mesure où un chimiste qui en
connaîtrait tout le contenu (et aurait reçu une initiation pratique, bien sûr) ne serait guère
enpeinedeserendreutiledansn’importequellaboratoire.Livred’enseignementréussi,il
l’estaussi,parlesoinqu’ilmetauxexplications.
VI Préface
Unepréfaceélogieusesedoitd’évoquerdefutureséditions.Danscesnouvellesversions,
j’espèrequeF.Rouessacetsonépousepourronttrouverlaplacedequelquescompléments:
surlabalance,jel’aidit,maisaussisurlesméthodesélectrochimiques,l’échantillonnage–
sirarementdiscuté–,etsurletraitementdesdonnéesnumériques(conservationdesdonnées
primaires,archivage,traitementsstatistiques,présentationsgraphiques,etc.).
GuyOurisson
Membredel’AcadémiedesSciences
23avril1992.
Table des matières
AVANT-PROPOS XVII
INTRODUCTION 1
PARTIE1•MÉTHODESSÉPARATIVES
L’inventiondelachromatographie 6
CHAPITRE1•CHROMATOGRAPHIE,ASPECTSGÉNÉRAUX 7
1.1 Généralitéssurlachromatographieanalytique 7
1.2 Lechromatogramme 9
1.3 Picsd’élutiongaussiens 11
1.4 Modèledesplateaux 11
1.5 Coefficient(ouConstante)dedistributiondeNernst(K) 14
1.6 Efficacitéd’unecolonne 15
1.7 Grandeursderétention 17
1.8 Facteurdeséparation(ousélectivité)entredeuxsolutés 18
1.9 Facteurderésolutionentredeuxpics 19
1.10 Influencedelavitessedelaphasemobile 20
1.11 Optimisationd’uneanalysechromatographique 23
1.12 Lesdiversestechniqueschromatographiques 24
ANALYSEQUANTITATIVEPARCHROMATOGRAPHIE 27
1.13 Principeetrelationdebase 27
1.14 Airesdespicsetlogicielsdechromatographie 27
1.15 Méthodedel’étalonnageexterne 28
1.16 Méthodedel’étalonnageinterne(étaloninterne) 30
1.17 Méthodeparnormalisationinterne 32
EXERCICES 33
VIII Tabledesmatières
CHAPITRE2•CHROMATOGRAPHIELIQUIDEHAUTEPERFORMANCE 36
2.1 L’originedelaCLHP 36
2.2 Conceptiongénéraled’unappareildeCLHP 37
2.3 Pompesetgradientsd’élution 38
2.4 Injecteurs 40
2.5 Colonnes 41
2.6 Phasesstationnaires 42
2.7 Chromatographieliquidechirale 47
2.8 Phasesmobiles 48
2.9 Chromatographied’appariementd’ions 50
2.10 Chromatographied’interactionhydrophobe 51
2.11 Principauxdétecteurs 52
2.12 TendancesactuellesdelaCLHP 57
EXERCICES 59
CHAPITRE3•CHROMATOGRAPHIEENPHASEGAZEUSE 61
3.1 Principed’uneinstallationdeCPG 61
3.2 Gazvecteuretrégulateurdedébit 63
3.3 Introductiondel’échantillonetchambred’injection 64
3.4 Enceintethermostatée 68
3.5 Colonnes 68
3.6 Phasesstationnaires 70
3.7 Principauxdétecteurs 73
3.8 Détecteursconduisantàdesdonnéesstructurales 77
3.9 Chromatographierapide 78
3.10 IndicesderétentionetConstantesdesphasesstationnaires 80
3.11 Chromatographie«multidimensionnelle» 84
EXERCICES 85
CHAPITRE4•CHROMATOGRAPHIEIONIQUE 88
4.1 Principedelachromatographieionique(CI) 88
4.2 Phasesstationnaires 90
4.3 Phasesmobiles 92
4.4 Détecteursàconductivité 94
Tabledesmatières IX
4.5 Lesuppresseurd’ionsdel’électrolyte 95
4.6 Analyseursd’acidesaminés 96
EXERCICE 99
CHAPITRE5•CHROMATOGRAPHIEPLANAIRE 100
5.1 Miseenœuvredelachromatographieplanaire 100
5.2 ParticularitésliéesàlaCCM 102
5.3 Phasesstationnaires 103
5.4 Paramètresdeséparationetderétention 105
5.5 CCMquantitative 105
EXERCICES 107
CHAPITRE6•CHROMATOGRAPHIEENPHASESUPERCRITIQUE 108
6.1 Rappelsurlesfluidessupercritiques 108
6.2 Lesphasessupercritiquescommephasemobile 109
6.3 InstrumentationenSFC 110
6.4 ComparaisondelaSFCaveclaCLHPetlaCPG 111
6.5 PlacedelaSFCenchromatographie 112
CHAPITRE7•CHROMATOGRAPHIED’EXCLUSIONSTÉRIQUE 114
7.1 Principedelachromatographied’exclusionstérique(CES) 114
7.2 Phasesstationnairesetphasesmobiles 115
7.3 Traitementduchromatogramme 117
7.4 Instrumentation 118
7.5 Domainesd’application 119
EXERCICES 121
CHAPITRE8•ÉLECTROPHORÈSECAPILLAIREETÉLECTROCHROMATOGRAPHIE 123
8.1 Del’électrophorèsedezoneàl’électrophorèsecapillaire 123
8.2 Mobilitéélectrophorétiqueetfluxélectro-osmotique 125
8.3 Instrumentation 129
8.4 Techniquesélectrophorétiques 131
8.5 Performances 133
8.6 Électrochromatographiecapillaire(ECC) 135
EXERCICES 137