L'analyse physico-chimique

« électrodes : une électrode de référence (potentiel constant) et une électrode indicatrice (poten tiel variable suivan t la solution).

Les autres méthodes On dénombre un certains nombres d'autres procédés exploitant les caractéristiques électriques des solutions et des matériaux : l'ampérométrie, la coulométrie, la conductimétrie, la polarimétrie ...

L'électrophorèse !:électrophorèse permet de séparer des molécules chargées sous l'effet d'un champ électrique.

Ces molécules vont alors migrer en fonction de leur charge et de leur masse.

le résultat est une indication de la quantité et de la masse d'une molécule.

!:électrophorèse bidimensionnelle intègre ces deux dimensions : une première migration selon la charge ionique de la molécule et une seconde suivant son poids.

Différents supports sont exploités selon le type: l'électrophorèse en veine liquide (notamment utilisée dans le domaine préparatif) et l'électrophorèse de zones sur des supports poreux (papier, acétate de cellulose, gel).

LA CHROMATOGRAPHIE la chromatographie est à la base une méthode de sépa ration donnant des résultats qualitatifs et quantitatifs .

Ce système fonctionne sur le principe de l'adsorpt ion sélective (rétention des molécules ).

Un échantillon est entraîné par un solvant (phase mobile).

les composants possédant des vitesses de séparation spécifiques sont retenus dans différentes zones d'un adsorbant (phase stationnaire).

Il existe plusieurs types de chromatographies selon la phase exploitée.

Les chromatographies en phase liquide • la chromatographie sur colonne : la séparation s'effectue le long d'une colonne, un liquide servant de solvant.

lorsque ce liquide est soum is à une pression, on parle de chromatograp hie en phase liquide à haute performance (HPlC).

• la chromatographie ionique : dans ce cas, le support est un échangeur d'ions, ·la chromato­graphie sur papier : elle consiste à placer une goutte d'échantillon sur un support en papier, lui- même imm ergé dans un solvant.

Ce dernier migre par capillarité et déplace en même temps les composants échantillonnés.

la comparaison du résultat obtenu avec un étalon donne l'identification des molécules.

• Enfin, la chromatographie en couche mince fait appel au même principe que précédemment mais utilise un support sous forme de gel (couche mince).

La chromatographie en phase gazeuse Spe d re électr o m ag n é tiqu e Rayonnement Longueur cf onde Rayons gamma < à 0,1 nanomèt re Rayon X 0,001 à 100 nanomètres Ultra-violet (UV) 0,01 à 0,4 micromètre Visible 0,4 à 0,8 micromètre Infrarouge (IR) 0,8 micromètre à 0,1 mm Micro ondes 0,1 à 3 cm Ondes radio >à 1 cm Composants étudiés Noyau Elément atomique Electrons de valence et liaisons chimiques Electrons de valence Molécules Vibration , rotation et spin électronique Structure de molécules des électrons dont la longueur d 'onde est bien inférieure à celle des photons aboutit à une résolution des images beaucoup plus fine.

la microscopie électron ique à tran smission est la plus efficace : le faisceau d'électrons traverse la préparation et l'image est transmise sur un écra n fluorescent par des lentille s magnétiq ues .

Pour la 111krocopie électronique à balayage , le faisceau d'électrons Elle est employée pour sépa rer des mélanges gazeux.

C'est donc un gaz qui sert de« porteur» pour l'échantillon .

1------------- '"T"------------ --1 !:appareillage plus sophistiqué comprend en sortie de colonne un détecteur qui mesure la quantité des divers composants.

LA SPECTROMtlRIE (OU SPECTROSCOPIE) De nombreuses méthodes sont fondées sur l'étude du rayonnement électromagnétique.

la spectrométrie utilise la propriété des atomes à réagir à un rayon nement électromagnétique(« lumière »), défini par une longueur d'ond e.

Toutes les techniques de spectroscopie vont dépendre de ce paramètre et donner l'occasion de s'intéresser à certains composants de la matière.

le résultat de l'analyse est un spectre électromagnétique, présentant des raies d'absorption spécifiques à chaque substance analysée, ce qui permet de les identifier (on parle de« signature spectrale»).

Ce spectre peut être : • un spectre d'émission, émis par le spécimen après rayonnement, • un spectre d'abso rption représentant le rayonnement transformé par le spécimen.

Selon les longueurs d'onde mises en œuvre, on parle de : • la spectroscopie d'absorption moléculaire dans le visible ou l'UV : l'identification des composés restent limitée avec cette méthode qui est plutôt associée à d 'autre s techniques (dosages) pour des analyses quantitatives, • la spectroscopie IR est utilisée pour l'identification et l'analyse quantitative, • la spect roscopie rayon X permet de scruter la struct ure des atomes, • la spectrofluorimétrie analy se les propriétés de fluorescence de certains éléments, •les spectroscopies d'émission ou d'absorption atomique permettent d'identifier des interactions chimiques ou physiques et de déterminer les concentrations des éléments, •la spectroscopie RMN (Résonnance Magnétique Nucléaire) s'intéresse aux déplacements chimiques et aux structures des molécules.

Il existe également une méthode particulière : la spectroscopie de masse .

Elle se différencie des précédentes par l'utilisation d'une ionisation qui « casse » les molécules.

la masse des fragments est alors déterminée, d'où le nom de cette technique .

LES MÉTHODES NUCLÉAIRES o' ANALYSE Ces techniques d 'analyse concernent les éléments « traces » (peu abondants) d'une matrice .

Deux principales méthodes sont employées .

• la méthode PIXE (Proton lnduced X ray Emission) : la substance à étudier est soumise à une irradiation (par un faisceau de protons) et chaque élément engendre un spectre de rayon X spécifique et reconnaissable, • la méthode AAN (Ana lyse par Activation Neutronique) :cette fois, la matière et un échantillon de composition connue sont irradiés par un flux de particules (généralement des neutron s).

Il s 'ensuit la production d 'isotopes radioactifs dont la mesure est effectuée par un détecteur.

le résultat est un spectre gamma qui donne le dosage de l'élément.

LA MICROSCOPIE le rôle de la microscopie est de fournir des images de la structure des échantillons étudiés .

la mise en évidence de la composition est réalisée généralement à l'aide d'un éclairage par transmission :la lumi ère traverse la préparation et est captée par l'objectif (concen tration de la lumière), l'image étant formée à l'aide d'un oculaire.

!:observation se fait à l'œil nu ou enregistrée sur un support photographique ou vidéographique .

Selon les techniques employées, on distingue deux grands types de microscopie : la microscopie optique et la microscopie électronique.

La microscopie optique Elle est également nommée microscopie photonique du fait de l'utilisation des photons (particules élémentaire de la lumière).

Son principe est d 'agrandir (selon plusieurs grossis­sements) la représen ­ tation d'un échan tillon à l'aide d'un objectif composé de lentilles .

la résolution du m icroscope optique (sa capacité à séparer les détails) reste cependant réduite.

Pour une bonne visualisation, les échantillons doivent être très fins (pour laisser passer la lumière ) et parfaitement plats (pour avoir une zone de netteté optimale sur l'ensemble de la surface).

Cette méthode global e présente plusieurs techniques selon la nature de l'interaction avec la source lumineu se.

• la microscopie en lumière directe : l'éclairage se fait à travers l'échantillon qui peut éventuellement être colorée pour mieux différencier les structures , • la microscopie en réflexion : la source de lumière éclaire l'échanti llon et c'est la réflexion lumineuse qui est examinée .

Ce procédé n'autorise que l'étude des surface s, • la microscopie en contraste de phase : un objet possédant les mêmes propriétés « visuels » que son environnement ne pourra être différencié en microscopie classique.

Au contraire, la technique en contraste de phase exploite les différen ces d'ind ice de réfraction entre les objets pour former une image en niveau x de gris, • la microscopie à fluorescence : certaines molécules émettent une lumière fluorescente lorsqu 'elles sont excitées par une lumière de longueur d'onde supérieure .

le résultat des images est alors beaucoup plus contras té, • la m icr o scopie confocale résout l'une des limites de la micro scop ie classique, à savoir une zone de netteté (profondeur de champ) très réduite.

la technique consiste à réali ser à l 'aide d 'un laser (source de lumière) une succession de clich és de très faible profondeur de champ, puis de les reconstit uer en une image tridimens ionnelle.

La microsco pie électronique la principale restriction de la microscopie optique est sa faible résolution (pouvoir séparateu r).

En m icroscopie électronique, l'utilisation Paramètres pH Conductivité Oxygène dissous Matières en suspension Ammonium Nitrites Nitrates Phosphates Potassium Sodium Dureté Calcium Magnésium Carbonates Alca linité Chlorure Sulfates Azote Silicate Arsenic Plomb Aluminium Pesticides Ruor balaye la surface de l'échant illon qui réémet des part icules.

Celles-ci sont analysées et permettent de reconstruire une image en 3D de la surface .

UN EXEMPLE CONCRET: L'ANALYSE DE L'EAU la mise en place de plusieurs critères d 'évaluation , en particul ie r sur sa quali té.

Dan s ce cas de figure , plus ieurs mesures sont réalisées et font appel aux différentes techn iques d 'analyse physico-chimique .

Parmi les paramètres évalués, on peut trouver des min éraux, des polluants , des matières en suspension ..

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