ANALYSE QUANTITATIVE EN CHIMIE: MESURES, PRÉPARATION - CHIMIE - 2025

L' analyse quantitative en chimie, comme dans toute discipline, consiste essentiellement à déterminer les quantités d'une substance spécifique. Ces analyses répondent à la question "combien y a-t-il?" d'une substance dans différents échantillons; de terre, de mers, de rivières, de boissons gazeuses, de liquides, d'extraits de plantes, d'animaux, de solides, de cristaux, entre autres.

La question "combien y a-t-il?" Elle a été formulée depuis que l'homme a conçu l'intérêt, par exemple, d'extraire des minéraux et des pierres précieuses, des huiles, des épices, avec la ferme intention de les commercialiser. Aujourd'hui, l'argent continue d'être l'une des principales raisons pour lesquelles une substance ou un analyte est quantifié.

Des centaines de tubes à essai: verrerie utilisée quotidiennement dans la préparation d'échantillons pour l'analyse quantitative. Source: Pexels.

Un minéral peut être plus riche en or qu'un autre. Pour le savoir, il est nécessaire de déterminer la composition centésimale des deux minéraux, et celui avec le pourcentage d'or le plus élevé sera une source plus attractive pour extraire le métal convoité. La même chose se produit avec les métaux étrangers ou radioactifs.

Les techniques de quantification et sur lesquelles reposent les analyses quantitatives sont très diverses et variées. Chacun implique une spécialisation distincte, ainsi que ses bases théoriques profondes. Cependant, le point où ils convergent tous est toujours de répondre à la même question déjà mentionnée; question qui parle de qualité, de pureté, de performance, de fiabilité, etc.

Des mesures

Pour quantifier une substance ou un matériau, il est essentiel de pouvoir mesurer l'une de ses propriétés physiques ou chimiques. La propriété choisie dépendra de la substance et de la technique utilisée. Un indice utile pour reconnaître qu'une technique d'analyse peut quantifier est qu'elle a le suffixe -metry à la fin de son nom.

Par exemple, les deux techniques de mesure classiques en chimie analytique sont la gravimétrie (mesure de masse) et la volumétrie (mesure de volume).

Ils sont considérés comme classiques car en principe ils n'ont pas besoin d'instruments trop sophistiqués ou de l'utilisation de rayonnements électromagnétiques; mais balances analytiques, mortiers, creusets et verrerie.

Gravimétrique

En gravimétrie, on cherche presque toujours à obtenir un précipité après une série d'étapes méthodologiques, dont la masse est déterminée.

Par exemple, une technique pour quantifier les ions chlorure dans un échantillon consiste à les précipiter sous forme de chlorure d'argent, AgCl; un précipité blanc laiteux qui peut être pesé.

Un autre exemple simple consiste à déterminer la teneur en humidité d'un corps, d'un matériau ou d'un solide.

Pour ce faire, la masse du solide est d'abord pesée avant de l'introduire dans un four à environ 100 ° C, suffisamment longtemps pour que l'eau se vaporise. Ensuite, il est pesé à nouveau et la différence entre la masse finale et la masse initiale est égale à la masse d'eau qui a été vaporisée; c'est-à-dire sa teneur en humidité,% H ₂ O.

Si cette analyse était effectuée sur des pastèques, il ne serait pas surprenant que leur% H ₂ O soit trop élevé (~ 95%); tandis que pour les soi-disant fruits à coque, on s'attend à ce qu'ils contiennent peu d'eau (% H ₂ O <10%), caractéristique à laquelle ce nom est attribué.

Volumétrique

Par contre, en volumétrie, nous travaillons avec des volumes dont, après application des titrages, on extrait la concentration des espèces dissoutes d'intérêt. Par exemple, un analyte dont la couleur est sensible à une réaction spécifique peut être déterminé par des titrages colorimétriques.

De même, l'indice d'acide (AI) des huiles (comestibles ou non) peut être déterminé par des titrages acido-basiques, en utilisant une solution d'une base forte normalisée (généralement KOH ou NaOH). Avec les valeurs AI, en plus d'autres paramètres, différents types d'huiles peuvent être caractérisés et classés en fonction de leurs sources et d'autres variables.

Ces mesures analytiques donnent toujours un résultat accompagné d'une unité physique (et de ses erreurs expérimentales). Quelle est la concentration? Quelle est la pureté de l'échantillon? Le montant donné représente-t-il un risque pour la santé? Quel a été le rendement de la réaction?

Ces questions et d'autres sont traitées après les mesures et le traitement des données.

Préparation de normes ou de normes

"Avec la même tige que vous mesurez vos standards, vous mesurerez vos échantillons." Et ce bâton hypothétique aura des divisions et des subdivisions, chacune avec des amplitudes différentes de la propriété de l'analyte qui est en corrélation avec sa concentration. Lesdites grandeurs ou valeurs sont enfin comparées à celles obtenues lors de la mesure de la propriété de l'analyte.

Pour cela, une courbe d'étalonnage doit toujours être construite à partir d'une sélection d'étalons ou d'étalons dont les concentrations sont préalablement connues.

Et comment les connaître à l'avance? Parce qu'il s'agit de variables indépendantes: l'analyste décide, en fonction du type d'échantillon ou d'analyse, de la part du motif qui pèsera.

Champignons sucrés

Un exemple hypothétique pourrait être encadré dans l'étude de la teneur en sucres ou en glucides totaux de nombreuses familles de champignons. L'étalon, constitué de sucres préalablement détectés grâce à l'analyse qualitative des champignons, devrait idéalement imiter parfaitement la matrice organique des échantillons.

Ensuite, préparés, les motifs réagissent provoquant un changement de couleur. Si son intensité est mesurée par spectroscopie UV-vis, elle peut être comparée aux intensités des couleurs émises par les sucres dans les échantillons; et ainsi, grâce à une clairance mathématique, déterminer la teneur en sucres totaux.

Une fois cela fait, une courbe d'étalonnage peut être construite à partir des échantillons, de sorte que d'autres champignons (de la même région ou du même pays) puissent avoir leurs sucres déterminés directement sans préparer d'autres étalons.

Collecte et traitement

Dans les analyses quantitatives, de nombreuses variables doivent être traitées avec rigueur en fonction du type d'étude. Souvent, il ne suffit pas de simplement collecter des échantillons à gauche et à droite; Où est-il collecté? Est-ce important? Quelles quantités? Quelles seront les procédures de prétraitement et autres?

Dans l'exemple des champignons, il faut savoir de quelles familles les sucres seront déterminés, dans quelles plantations ou origine naturelle ils seront récoltés, à quelle période de l'année, les caractéristiques orographiques, etc. Une fois les champignons récoltés (huiles, céréales, encres, météorites, substances biologiques), que faire avec eux avant l'analyse quantitative?

Presque toujours, une analyse quantitative est précédée d'une analyse qualitative; Identifiez les composés des échantillons, surtout si vous travaillez avec eux pour la première fois.

Certains traitements peuvent être purement physiques: comme le broyage d'une masse végétale, ou la digestion acide d'un minéral. D'autres, en revanche, sont chimiques: réaction d'estérification, hydrolyse acide ou basique, substitution, amination, etc., produisant ainsi une espèce susceptible d'être quantifiée plus facilement par la technique choisie.

Exemples

Quelques exemples quotidiens d'analyses quantitatives en chimie seront mentionnés pour finir:

-Détermination du degré alcoolique des bières, vins et boissons artisanales.

-À partir de l'urine d'un patient, on peut savoir s'il y a une augmentation ou une diminution de la concentration d'un ou plusieurs composants, ce qui est lié à la détection d'une maladie. De même, si un médicament est excrété dans l'urine, on peut déterminer la quantité de médicament «assimilée» par le corps.

-Détermination de la composition centésimale d'échantillons minéraux, terrestres ou extraterrestres.

-Sur certains échantillons bruts, le rapport H / C est déterminé pour comparer les degrés d'aromaticité des pétroles bruts provenant de différentes sources. Les pétroles bruts lourds sont caractérisés en ce qu'ils ont un H / C inférieur à 1; plus il est léger, plus H / C aura une valeur supérieure à 1.

-Détermination de la composition nutritionnelle des aliments et produits comestibles.

-Études de stabilité des médicaments dans le cadre des analyses de qualité pertinentes pour leur commercialisation et leur stockage.

-Surveillance du degré de contamination causée par des substances dans les échantillons d'eau des rivières, ruisseaux, lagunes ou mers. De même, les émanations gazeuses des usines sont déterminées dans leur composition pour éviter qu'elles ne délogent de grandes quantités de gaz nocifs pour l'environnement.

Références

1. Daniel C. Harris. (2007). Analyse chimique quantitative. (Septième édition). WH Freeman and Company.
2. Les rédacteurs de l'Encyclopaedia Britannica. (31 janvier 2018). Analyse chimique quantitative. Encyclopædia Britannica. Récupéré de: britannica.com
3. Chapitre 1, Introduction à l'analyse chimique quantitative. Récupéré de: 5.csudh.edu
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 juin 2018). Comprendre l'analyse quantitative en chimie. Récupéré de: thinkco.com
5. Évaluation et ingénierie des matériaux. (2019). Analyse chimique quantitative. Récupéré de: mee-inc.com
6. Xin Wen. (2008). Analyse quantitative (CHEM 201).. Récupéré de: calstatela.edu