SCIENCES SUP SCIENCES SUP AF . . R R O O U U E ES SS Francis Rouessac • Annick Rouessac SAA C C avec la collaboration de Daniel Cruché 6e édition Préface de Guy Ourisson ANALYSE CHIMIQUE C Cours et exercices corrigés O U Méthodes et techniques R S 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 E 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