Chimie Analytique et Métrologie

La chimie analytique est la science qui permet d'acquérir des informations sur la composition chimique (élémentaire/moléculaire) d'un matériau ou d'un échantillon à l'aide de méthodes scientifiques.

La métrologie est la science de la mesure (chimique, physique ou biologique) associée à l'évaluation de son incertitude.

Échantillon (échantillon) = une fraction de l'objet à analyser.
Analyte(s) = espèce(s) à doser.
Solutés = analytes dissous dans un échantillon liquide.
Matrice = le reste des composés dans l'échantillon.
Solvant = la matrice liquide.
Matrice aqueuse = lorsque le solvant est de l'eau.
Matrice organique = lorsque le solvant ou la matière est organique (ex: huile, feuille).
Organique vs inorganique :
- Organique : contient du carbone et de l'hydrogène (H-C).
- Inorganique : tout le reste (N, S, etc.)
- Minérale : ne contient pas de carbone.

Objectif : adapter la concentration de l'analyte à la méthode d'analyse.
- Dilution: réduire la concentration d'une solution.
- Pré-concentration: augmenter la concentration d'une solution.
- Purification: isoler l'analyte des autres constituants.
  - Précipitation: séparation d'un solide à partir d'une solution.
  - Extraction: transfert d'un ou plusieurs analytes d'une phase à une autre.
  - Filtration/Ultrafiltration/Dialyse: séparation des solides des liquides.
- Changement de matrice: adapter l'analyte à la méthode d'analyse
  - Extraction: Transfert d'un ou plusieurs analytes d'une phase à une autre.
  - Mise en solution/Minéralisation: solubiliser l'échantillon pour l'analyse.
- Détection: rendre l'analyte détectable par la méthode d'analyse
  - Complexation: réaction entre un analyte et un réactif formant un complexe.
  - Indicateurs colorés: méthodes pour détecter l'analyte.
  - Dérivatisation: Modification chimique pour améliorer la détectabilité de l'analyte.

Objectif : solubiliser et homogénéiser les espèces à doser à partir d'une matrice solide.
Principe : basé sur la destruction totale de la matrice solide (digestion totale) ou l'extraction des analytes dans une phase liquide (extraction).
Applications : Analyse des métaux dans les échantillons solides (boues, sols, aérosols) par des méthodes en voie liquide (ICP), ou des composés organiques par des méthodes en voie liquide (LC).

Pour analyse élémentaire de matrices totalement minérales : dissolution de la matrice minérale.
Pour analyse élémentaire de matrices organiques ou mixtes : minéralisation (décomposition).
Les deux étapes minéralisation et mise en solution peuvent être simultanées ou pas.

Voies : sèche (calcination), humide (oxydation/digestion)
Systèmes de chauffage: Distribution uniforme de la température.
- Plaque chauffante
- Micro-ondes
Contrôle: de la température et de la pression.

Etapes : Séchage (103-105°C), pesée, chauffage (450-500°C).
Récupération des cendres sous forme de carbonates/oxydes.
Mise en solution des cendres dans des acides (nitrique/chlorhydrique).
Points critiques : destruction complète de la matière organique et éviter la volatilisation de certains éléments (comme Hg, As, Se, P).

Etapes : Séchage (103-105°C), pesée, contact échantillon/réactifs, chauffage, évaporation, reprise dans un solvant.

Pour analyse moléculaire : solubilisation de l'espèce d'intérêt dans un solvant adapté à l'analyse qui suivra.
BUT : retirer la phase particulaire pour obtenir une concentration supérieure aux limites de détection.

But : Concentrer ou isoler un composé d'une matrice liquide ou gazeuse.
Principe : Distribution des composés entre la phase liquide/gazeuse de l'échantillon et une phase solide (adsorbant).

Deux procédures : conditionnement, dépôt de l'échantillon, lavage, élution
A. Rétention de l'analyte : élimination des espèces non retenues. Elution : récupération de l'analyte avec un éluant adapté.
B. Rétention des interférents : Élimination des molécules qui n'ont pas d'interaction avec l'adsorbant.
Isolement de l'analyte : Pré-concentration de l'analyte si le volume de l'éluant est inférieur au volume de l'échantillon.
Les adsorbants: type de silice, types de polymères, capacité de la charge, granulométrie pour la percolation.

Détermination de la quantité d'une substance dans un échantillon.
Conditions à satisfaire: réaction stœchiométrique, réaction rapide, detection de la fin de réaction sans interférence.
- Titrage volumétrique: Réaction quantitative entre la substance à doser et un réactif de concentration connue.
- Dosage gravimétrique: Conversion de la substance à doser en un précipité insoluble, puis filtration, séchage et pesage.

Les indicateurs chimiques sont des composés qui changent de couleur à un pH ou un potentiel redox spécifique (zones de virage d'indicateurs colorés).
Structure chimique et coloration variable, qui dépendent de la molécule et de la valence.

La précision de la détermination du point d'équivalence est affectée négativement par la réduction du volume de l'échantillon.

Neutralisation progressive des protons d'un acide polyfonctionnel.
Trois points d'équivalence correspondent aux étapes de neutralisation des trois protons.

Dosage direct: Réaction entre un analyte et un titrant qui permet de déterminer la concentration de l'analyte inconnu.
Dosage en retour: Ajouter un excès de titrant sur la solution à titrer, la réaction de titrage restante est de titrer l'excès par une solution étalonnée.
Dosage par substitution : Utilisation d'un réducteur pour titrer un oxydant qui évolue vers une espèce plus facilement dosable.

Technique alternative à la SPE qui utilise des fibres en silice recouvertes d'un adsorbant en milieu liquide ou gazeux pour extraire et analyser des substances.
Généralement couplée à des techniques de chromatographie gazeuse (GC).