Techniques d’analyses
biologiques
Faculté des sciences de la Nature et Vie
Chapitre 2
Méthodes chimiques et physico-
chimiques d’analyses
Polarographie
Partie 2
Méthodes physico-chimiques d’analyses
pH-métrie conductimétrie
les différentes techniques d’analyse permettant d’identifier et de quantifier des
espèces chimiques.
Nous distinguerons:
les méthodes physiques d’analyse (qui reposent sur des propriétés mesurables
sans altérer l’échantillon).
les méthodes chimiques (impliquant des réactions chimiques pour révéler la
présence d’une substance).
Les méthodes physico-chimiques c’est des techniques combinent entre un
phénomène (propriété)physique et une propriété chimique
Introduction
Les méthodes physico-chimiques d’analyse, les plus utilisées sont :
- La pH-métrie( concentration des ions H+)
- La conductimétrie ( concentration des ions en solution)
- La polarographie (concentration des ions en solution)
pH-métrie
pH-métrie
Définition:
Un titrage pH-métrique consiste à suivre l’évolution du pH de la solution titrée au
cours de l’ajout de la solution titrante.
La réaction support du titrage est une réaction acido-basique entre un couple
titrant et un couple titré ;
▪La courbe de titrage pH-métrique est la courbe pH = f(V Sol. titrante versée )
donnant les variations du pH en fonction du volume de solution titrante versée..
Principe :
On mesure le pH de la solution titrée pour chaque volume de solution titrante
versée.
Afin de pouvoir représenter des points expérimentaux régulièrement répartis, il
faut ajouter la solution titrante millilitre par millilitre avant et après l’équivalence
mais « resserrer » les versements au voisinage de l’équivalence, c’est à dire pour
: VE–1mL < V sol. titrante versée < VE+1mL
pH-métrie
Équivalence d’un titrage par pH-métrie
-L’équivalence est repérée expérimentalement lorsqu’il se produit une brusque
variation du pH, appelée « saut de pH ».
On peut déterminer expérimentalement les coordonnées du point d’équivalence
sur la courbe de titrage par deux méthodes :
•Méthode des tangentes
•Méthode de la courbe dérivée
Méthode des tangentes
1) On trace deux tangentes à la courbe pH= f(V Sol. titrante versée ),
parallèles et placées de part et d'autre du point d'inflexion ;
2) On trace une droite parallèle à ces deux tangentes, équidistante de celles-ci.
→ Cette dernière droite coupe la courbe de titrage au point d'équivalence E,
d'abscisse VEet d’ordonnée pHE.
pH-métrie
Méthode de la courbe dérivée
Il suffit de représenter, sur la courbe de titrage, la courbe .
L'abscisse de l'extremum de cette courbe correspond au volume VEde solution
titrante versée à l'équivalence.
pH-métrie
pH-métrie
Milieu basique
Milieu acide
Milieu neutre
Les indicateurs colorés et le pH
Un indicateur coloré de pH est une espèce chimique qui a la capacité de changer de
couleur en fonction de l’acidité (au sens de Brønsted) du milieu dans lequel il se trouve.
pH-métrie
Exemple
pH-métrie
Titrage colorimétrique:
Le titrage colorimétrique (ou par indicateurs colorés) est une méthode d'analyse
par titrage qui se base sur un changement de couleur du milieu lors de
l'équivalence.
-Principe :
Dans le cas d’un titrage pH-métrique, on réalise le titrage en ajoutant, dans la solution
titrée, quelques gouttes d’un indicateur coloré acido-basique dont la zone de virage
(ou zone de teinte sensible) doit englober le saut de pH Ã
l’équivalence du titrage, c'est-à -dire que la zone de pH du changement de couleur
de l’indicateur coloré doit contenir le pH à l’équivalence du titrage acido-basique.
pH-métrie
pH-métrie
conductimétrie
Définition
La conductimétrie est une technique d’analyse quantitative, permettant d’accéder
aux concentrations des ions en solution. Cette technique est basée sur la connaissance
de la conductivité σde la solution, grandeur directement liée à la conductance G, mesurée
avec un appareil appelé conductimètre.
Conductimétrie
Conductance
Solution électrolytique
Une solution électrolytique est une solution qui conduit le courant électrique.
Les porteurs de charges sont des ions présents dans la solution :
- les cations se déplacent dans le sens conventionnel du courant.
- les anions dans le sens inverse.
Conductance
Les transports de charges des cations et des anions sont mesurés à l’aide d’un
conductimètre constitué d’un capteur appelé cellule conductimétrique
alimenté par un courant alternatif. Le volume V de la cellule conductimétrique est
compris entre les parties immergées des plaques : V = S.L
Principe
a. Passage du courant au sein d’une solution
Lorsqu’un champ électrique est appliqué entre deux électrodes plongées dans une
solution ionique, les ions migrent respectivement vers l’électrode de signe opposé, en
entraînant leurs molécules d’eau d’hydratation. Les cations migrent dans le sens du champ,
les anions dans le sens inverse. On rappelle qu’un courant électrique ne peut circuler dans
une solution que si elle contient des ions.
On appelle ces solutions des solutions électrolytiques ou électrolyte.
Conductimétrie
b. Conductivité d’une solution
En solution électrolytique, la conductivité électrique est la grandeur qui caractérise la
facilité avec laquelle les porteurs de charge se déplacent sous l’effet d’une différence
de potentiel. La conductivité σd’une solution s’écrit sous la forme :
Conductimétrie
σ est exprimée en siemens par mètre (S/m ou Ω-1.m-1).
le siemens S étant le nom de l’unité Ω-1.
où ciest la concentration de l’ion i(exprimée en mol/L) et λiest sa conductivité molaire
Ionique (exprimée en S.m2/mol).
Conductimétrie
c. Conductivité molaire ionique
La conductivité molaire ionique λirend compte de la capacité qu’a l’ion i en particulier
à se déplacer lorsqu’il est soumis à une différence de potentiel.
Elle dépend :
-la température
-du solvant
-la concentration de l’espèce i.
- zile nombre de charge (grandeur arithmétique sans signe)
-μila mobilité (en m2/S.V)
- F est la constante de Faraday (F = 96485 C/mol ≈ 96500 C/mol).
À grande dilution, les ions sont suffisamment éloignés les uns des autres pour ne pas exercer
d’interactions mutuelles. La conductivité molaire possède alors, pour un ion donné, sa
valeur maximale, appelée conductivité molaire à dilution infinie, et symbolisée par λ0.
Quand la solution n’est plus une solution infiniment diluée, mais une solution réelle,
la conductivité molaire des ions diminue.
d) Résistance et conductance
On considère la colonne de liquide entre les deux plaques de la cellule. Il est
possible de mesurer la résistance électrique de cette portion de liquide.
On mesure l’intensité du courant passant entre les deux plaques et la tension
entre les deux plaques et on accède à :
Conductimétrie
I : intensité du courant en Ampère (A).
U : Tension entre les plaques en volt (V).
La conductance est donnée par l’inverse de cette résistance :
La conductivité est reliée à la conductance par les paramètres géométriques
définissant le volume de solution contenue entre les plaques :
S : surface des plaque en m²
l : distance entre les plaques en m
Conductimétrie
On relie donc σ à G par une constante K appelée constante de cellule
(exprimée en m-1) et dont il convient de déterminer expérimentalement la
valeur :
Dosage conductimétrique
a. Conductimètre
Un conductimètre est un ohmmètre modifié qui détermine la résistance R du volume
de solution contenue entre les deux plaques. Pour cela, il impose une différence de
potentiel entre les plaques. Cette tension imposée est alternative (d’une fréquence
de quelques centaines de Hz) pour éviter la polarisation des plaques.
Elle doit, par ailleurs, être faible pour ne pas électrolyser les espèces contenues dans
la solution.
b. Cellule conductimétrique
Une cellule conductimétrique est constituée de deux plaques parallèles recouvertes
de noir de platine qui est du platine métallique finement divisé afin d’augmenter la
surface active des plaques. Ces deux plaques ont une surface S (d’environ 1 cm2)
et sont séparées par une distance L (d’environ 1 cm).
Conductimétrie
Schéma d'une cellule conductimétrique (Ã
gauche) et zoom sur les plauqes (Ã droite).
Influence de l’électrolyte
La conductivité d'une solution électrolytique dépend :
- de la nature des ions présents dans la solution ;
-de leurs concentrations ;
-de la température de la solution.
Contrairement à la conductance G, la conductivité ne dépend pas de la cellule
conductimétrique utilisée.
Conductimétrie
Loi de Kohlrausch
Pour une température donnée, la conductivité d’une solution est la somme des
contributions apportées par les ions présents :
Conductimétrie
c. Etapes de la mesure
Etalonnage de la cellule de conductivité :L’opération d’étalonnage du conductimètre
consiste à déterminer la valeur de la constante de cellule K qui relie σ à G.
Pour cela, on mesure la conductance d’une solution de chlorure de potassium KCl de
concentration connue.
La mesure directe
- Ôter (enlever) délicatement le manchon de plastique protégeant la cellule
conductimétrique.
-Rincer la cellule à l’eau distillée.
-À l’aide d’un morceau de papier absorbant, enlever au mieux l’eau contenue entre les
deux plaques afin de ne pas polluer les autres solutions.
- Plonger la cellule conductimétrique dans la solution à analyser qui est laissée au repos
sans agitation pour ne pas perturber les lignes de champ électrique par des mouvements
de convection forcée.
- Placer la cellule au centre du récipient pour éviter la distorsion des lignes de champ près
des parois. Veiller aussi à ce qu’aucune bulle d’air ne soit piégée entre les plaques.
- Une fois la valeur affichée par le conductimètre stabilisée, la noter puis enlever la cellule
de la solution, la rincer à l’eau distillée et remettre le manchon protecteur.
Conductimétrie
Titrage conductimétrique
Lors d’un titrage conductimétrique, la solution est homogénéisée après chaque ajout
de réactif titrant. L’agitation est cependant coupée avant chaque mesure
conductimétrique.
A chaque ajout, relever dans un tableau le volume V de solution titrante versée et la conductivité.
Représenter graphiquement l’évolution σ = f(V).
La représentation graphique est constituée de deux segments de droite :
leur intersection détermine le point d’équivalence.
Conductimétrie
Polarographie
