Examen de Chimie analytique appliquée - Juin 2017 - HELHa PDF

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Site de Fleurus NOM : Bachelier en Agronomie – Bloc 2 PRENOM : Option Technologie animalière Juin 2017 Examen de Chimie analytique appliquée /60 Prof. Charlier C. Consignes : Durée de l’examen = 2 heures Répondre dans les emplacements prévus en utilisant le verso des feuilles comme brouillon Ne pas détacher les feuilles Calculatrice autorisée Bon travail ! Question 1 /4 Comparez électrode de référence et électrode indicatrice et donnez un exemple pour chacune d’elles. Electrode de référence = électrode dont le potentiel est constant et connu à une température donnée Ex : Electrode au calomel saturé (ESC), Electrode standard à H2 (ESH), Electrode Ag/AgCl saturé Electrode indicatrice = électrode dont le potentiel varie en fonction de la concentration des espèces présentes en solution Ex : Electrodes métalliques, électrodes spécifiques (H+, F-, …) Question 2 /9 La leucose féline est une maladie redoutable causée par le virus FeLV. Le diagnostic posé par le vétérinaire, en fonction des signes cliniques observés chez le chat, doit toujours être confirmé par une prise de sang. Parmi les analyses pouvant être réalisées sur l’échantillon sanguin, on trouve le dosage de l’antigène du FeLV par ELISA. La figure 1 présente de manière schématique les grandes étapes du protocole ELISA. 2 3 1 4 Figure 1. Représentation schématique du test ELISA pratiqué a) De quel type de test ELISA s’agit-il ? ELISA sandwich (méthode directe) b) Donnez le nom des éléments numérotés dans le schéma. 1 = Anti-corps de capture 2 = Antigène FeLV 3 = Anticorps de révélation 4 = Enzyme 1  c) Expliquez brièvement en quoi consiste chaque étape. 1) Mise en contact de l’Ag et de l’Ac (en excès)  la réaction spécifique Ag-Ac a lieu 2) Ajout de l’Ac de révélation (en excès)  se lie à l’Ag lié 3) Etape de lavage pour éliminer l’excès d’Ac de révélation qui ne s’est pas lié 4) Ajout du substrat de l’enzyme  formation d’un produit coloré qui révèle la liaison Ac-Ag d) Donnez l’allure de la courbe d’étalonnage obtenue pour ce type de dosage. Signal fraction LIÉE (Absorbance) Question 3 /5 Une solution colorée possède une valeur de transmittance de 3%. Cette solution étant trop concentrée, on décide de la diluer 5 fois. a) Quelle est la valeur de l’absorbance de la solution initiale ? A = 2 – log T = 1.52 b) Quelles sont les valeurs de transmittance et d’absorbance pour la solution diluée ? Dilution 5x  A = 1.52 / 5 = 0.305 = absorbance de la solution diluée  T = 102-A = 49.5% = transmittance de la solution diluée c) Citez les trois conditions de validité pour la loi de Beer-Lambert. Solution diluée Solution homogène Rayonnement monochromatique Question 4 /8 On souhaite utiliser la méthode des ajouts dosés afin de déterminer la teneur en taurine par chromatographie sur un échantillon de croquettes pour chats. Ce constituant, essentiel pour la vue des chats, ne doit cependant pas être surdosé ! A cette fin, on réalise une extraction de la taurine sur une prise de 3,08 g de croquettes finement broyées. Le volume final d’extraction est porté à 100 mL. On prélève ensuite 20 mL d’extrait que l’on dépose dans deux ballons jaugés de 50 mL (20 mL dans chaque ballon). Chaque ballon reçoit ensuite, en même quantité, un réactif permettant de transformer la taurine en un composé coloré, détectable par spectrophotométrie. On ajoute enfin, à l’un des ballons, 10 mL d’une solution de taurine à 2,265 g/L avant de compléter les deux jaugés à 50 mL avec de la phase mobile. Les surfaces des pics obtenus sont données dans le tableau suivant : Surface du pic Cajout (g/L) (unités arbitraires de surface) Sans ajout de 17 0 taurine Avec ajout de 273 0,453 taurine a) Quelle est la concentration en taurine ajoutée dans le ballon avec ajout ? Cajout = 10,0. 2,265 / 50,0 = 0,453 g/L 2  b) Quelle est la pente de la droite d’étalonnage ? Pente = (273 - 17) / (0,453 – 0) = 565,1 uas. (g/L)-1 c) Quelle est l’ordonnée à l’origine de la droite d’étalonnage ? b = 17 uas d) Quelle est la masse de taurine extraite de l’échantillon de croquettes ? Y = 565,1 X + 17  X = 17 / 565,1 = 0,0301 g/L = C taurine diluée Or, dilution 2,5 fois (car 20 mL échantillon mis dans volume final de 50 mL)  C taurine non diluée = 0,0752 g/L  masse taurine = 0,0752. 0,100 = 7,52. 10-3 g e) Quelle est la teneur en taurine des croquettes (exprimée en g/100g) ? On a 7,52.10-3 g de taurine dans 100 mL ou dans 3,08 g de croquettes  Teneur = (7,52.10-3 / 3,08). 100 = 0,244g / 100 g Question 5 /11 On souhaite séparer un mélange de trois protéines, la sérumalbumine, l’uréase et le chymotrypsinogène par chromatographie en phase liquide. Certaines caractéristiques physico- chimiques de ces trois protéines sont reprises dans le tableau suivant : Protéine pHi Masse moléculaire (Da) Sérumalbumine 4,9 65 000 Uréase 5,0 480 000 Chymotrypsinogène 9,5 27 000 Dans une première expérience, une colonne remplie d’une résine Séphadex G-200 (limite d’exclusion à 200 000Da) est utilisée tandis que dans une seconde expérience, une colonne remplie d’une résine DEAE-cellulose (Figure 2) à pH 7 est choisie. pKa amine tertiaire = 9,4 Figure 2. Structure du groupement fonctionnel DEAE (DEAE = diéthylaminoéthyl) 1ère expérience : utilisation de la résine Séphadex G-200 a) De quel type de chromatographie s’agit-il ? (en vous basant sur le phénomène de rétention) Exclusion de taille (ou tamis moléculaire) b) Quel sera l’ordre d’élution des trois protéines ? Justifiez votre réponse. (1) Uréase ; (2) Sérumalbumine et (3) Chymotrypsinogène Car : chromatographie par exclusion de taille 3  Les molécules dont la masse moléculaire est supérieure à la limite d’exclusion sont exclues de la résine  elles sortent en premier Les molécules dont la MM est inférieure à la limite d’exclusion entrent dans les billes de résine poreuses  chemin parcouru plus long  sortent plus tard Plus la molécule est petite, plus elle peut emprunter tous les chemins au sein des billes  plus elle sort tardivement de la colonne 2ème expérience : utilisation de la résine DEAE-cellulose à pH 7 (2) De quel type de chromatographie s’agit-il dans ce cas-ci ? Echangeuse d’ions (anions) (3) Quelle est la proportion de groupements DEAE chargés positivement au pH de travail de 7 ? pH = pKa + log Cb/Ca  7 = 9,4 + log Cb/Ca  Cb/Ca = 10-2,4  Cb = 10-2,4. Ca (1) Ca + Cb = 100% (2) (1) dans (2)  Ca + 10-2,4. Ca = 100%  Ca = 99,6 % et Cb = 0.4 % Or, Ca = conc. de la forme acide = NH+ et Cb = conc. de la forme basique = N  On a 99,6 % de groupements chargés positivement à pH 7 (4) Quelle(s) protéine(s) sera(seront) retenue(s) par la résine ? Justifiez votre réponse. Protéines chargées négativement à pH 7 seront retenues par la résine chargée positivement. Or, sur base de leur pHi, ce sont l’uréase et la sérumalbumine qui sont chargées négativement à pH7 (car pH > pHi) (5) Comment pourra-t-on la(les) éluer par la suite ? Expliquez. En diminuant le pH de travail en-dessous de 4,9  changement d’état d’ionisation des deux protéines, elles deviennent chargées positivement  perte d’interaction avec la résine toujours chargée positivement  elles sortent de la colonne. Par compétition, en ajoutant une quantité élevée d’un sel (ex NaCl) qui va pouvoir déplacer les protéines de la résine Question 6 /11 On souhaite doser le potassium dans un sérum sanguin par spectroscopie d’émission atomique. Avant de procéder à la détermination de l’inconnue, il est nécessaire d’étalonner le photomètre de flamme. Pour ce faire, une solution mère en potassium à 500 ppm est préparée. Elle est ensuite diluée 10 fois et, à partir de cette solution fille, cinq étalons sont préparés dans des ballons jaugés de 50 mL (Tableau 1). Pour chaque étalon, une même quantité de lithium à 1000 ppm est ajoutée avant de porter au trait de jauge. Tableau 1. Préparation des étalons et résultats obtenus. Etalon V solution fille Intensité émission K Intensité émission Li (mL) (unités arbitraires) (unités arbitraires) 1 0,100 0,11 86 2 0,500 0,52 80 3 1,00 1,8 128 4 5,00 5,9 91 5 10,0 9,5 73 4 Pour l’échantillon inconnu, 5 mL de sérum sanguin sont prélevés et portés à 50 mL dans un ballon jaugé, en présence de lithium à 1000 ppm (en quantité identique à celle ajoutée aux étalons). a) Quelle masse de chlorure de potassium faut-il peser pour obtenir 500mL de la solution mère ? (MK = 39,10 g/mol ; MCl = 35,45 g/mol) CK = 500 ppm = 500 mg/L = 0,500 g/L CKCl = (0,500 / 39,1). 74,55 = 0,953 g/L  mKCl = 0,953. 0,500 = 0,477 g b) Quel est le rôle joué par le lithium ? Standard interne c) Pourquoi l’ajoute-t-on aux étalons et à l’inconnue ? Pour s’affranchir des erreurs commises (ex : variation de la température de la flamme, efficacité du nébuliseur, …) en faisant le rapport des signaux Sanalyte / Sstandard interne d) Comment l’a-t-on choisi ? - Il doit avoir un comportement proche de celui de l’analyte (propriétés physico-chimiques proches) - Il doit être absent de l’échantillon - Il doit avoir un signal différent de celui de l’analyte A partir des cinq étalons préparés, on obtient, par régression linéaire, une droite d’étalonnage qui a pour équation : Y = 0,01298 X + 0,00028 e) Que représentent X et Y ? X = concentration de l’analyte (K) et Y = rapport des signaux Sanalyte / Sstandard interne f) Détaillez le calcul de X et de Y pour l’étalon n° 1. X : CK = (0,1. 50) / 50 = 0,1 ppm Y : Rapport des signaux = 0,11 / 86 = 1,28. 10-3 Les intensités d’émission obtenues pour l’échantillon inconnu sont de 4,4 pour le potassium et 95 pour le lithium. g) Déterminez la concentration en potassium (en ppm et mg/L) dans le sérum sanguin. (4,4 / 95) = 0,01298. X + 0,00028  X = 3,55 ppm = CK diluée Or dilution 10 fois  CK non diluée = 35,5 ppm = 35,5 mg / L Question 7 (pour chaque question, plusieurs réponses peuvent être sélectionnées) /12 (Deux points par question ; réponse incomplète 1 point ; au sein d’une même question, une réponse incorrecte annule une bonne réponse) a) En chromatographie en phase gazeuse,  Les conditions de travail optimum correspondent à un débit de gaz minimum.  Pour séparer des alcanes, on choisira une colonne de type apolaire.  Le propan-2-ol sort avant le propan-1-ol.  Pour injecter le butanol (Teb = 117°C), une température de 110°C est suffisante au niveau de l’injecteur. 5  b) En fluorimétrie,  Les transitions correspondant à une émission de fluorescence sont moins énergétiques que les transitions mises en jeu pour l’excitation du fluorophore.  L’intensité de fluorescence est toujours proportionnelle à la concentration du fluorophore.  Le rendement quantique de fluorescence augmente avec la température.  L’appareillage comprend deux monochromateurs. c) En chromatographie en phase inverse,  Les composés polaires ont un temps de rétention plus long que les composés apolaires.  La phase stationnaire est apolaire et la phase mobile est plutôt polaire.  Une granulométrie plus fine de la phase stationnaire permet une meilleure séparation.  Une diminution du caractère polaire de la phase mobile permet une sortie plus rapide des composés apolaires de la colonne. d) En HPLC,  On utilisera un catharomètre comme détecteur.  La boucle d’injection permet d’injecter des volumes très reproductibles.  Les colonnes capillaires nécessitent un injecteur de type « split/splitless ».  Lorsqu’on travaille en mode gradient, la composition de la phase mobile est modifiée au cours du temps. e) Un spectre de bandes peut  Être un spectre d’émission  Être un spectre d’absorption  Être un spectre atomique  Varier avec le pH f) En chromatographie, le temps de rétention dépend de  la nature du soluté  la longueur de la colonne  la quantité de soluté injectée  la vitesse de déroulement du papier Brouillon 6