Chimie analytique / Analyse chimique

La chimie analytique est la partie de la chimie qui concerne l'analyse des produits, c'est-à-dire la reconnaissance et la caractérisation de produits connus ou inconnus.


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Chimie analytique

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  • ... La chimie analytique est une science proche de la chimie physique.... l'analyse chimique qui rassemble l'ensemble des méthodes et procédés servant à ... 3.3 Introduction de l'échantillon et chambre d'injection 64... (source : doc-etudiant)

La chimie analytique est la partie de la chimie qui concerne l'analyse des produits, c'est-à-dire la reconnaissance et la caractérisation de produits connus ou inconnus. Cela va du suivi de production (vérifier qu'une chaîne produit un produit conforme aux spécifications) à l'enquête policière (déterminer la nature d'une trace, la provenance d'une terre, d'une peinture... ).


Le mot «analyse» comporte le suffixe «-lyse » qui veut dire «décomposer» (cf. pyrolyse, hydrolyse, électrolyse). En effet, une des premières préoccupations de la chimie depuis Antoine Lavoisier a été de déterminer les éléments, c'est-à-dire les produits dont sont composés l'ensemble des corps. Il a par conséquent fallu trouver des méthodes pour diviser les corps complexes, puis caractériser les corps élémentaires issus de cette décomposition.

Jusqu'au début du XXe siècle, la chimie analytique consistait à faire réagir le produit inconnu avec des produits connus pour déterminer sa nature. L'introduction de méthodes quantitatives, en utilisant les concepts de la chimie physique, a marqué un renouvellement de la chimie analytique (par exemple, en 1943, Gaston Charlot mit au point la méthode qui porte son nom[réf.  nécessaire] pour remplacer les tests classiques au sulfure d'hydrogène). Actuellement, on utilise volontiers des méthodes faisant appel à la physique, qui permettent de déterminer et de quantifier toute une gamme d'éléments en une seule opération.

Séparation, purification : analyse immédiate

Avant d'analyser un composé, on en prélève un échantillon, puis on sépare les différents constituants du mélange. Si le mélange est constitué de plusieurs phases, on débute par séparer ces phases. A titre d'exemple, on peut séparer la phase solide de la phase liquide par filtration ou tamisage. La séparation d'un mélange homogène utilise les différences de propriétés physiques entre les constituants. A titre d'exemple, on extrait aisément le sel d'un mélange sel-sable au moyen de l'eau, car le sel est soluble dans l'eau et le sable ne l'est pas. Par contre, la limaille de fer et le sable sont tous deux insolubles dans l'eau : on ne pourra par conséquent pas les séparer par différence de solubilité dans ce liquide. Cependant, seule la limaille de fer est magnétique, on pourra par conséquent la récupérer par triage magnétique. On peut séparer des constituants liquides par distillations successives ou fractionnées. Occasionnellement, des cristallisations successives permettent de séparer les constituants solides.

La chromatographie est la méthode de séparation la plus fréquemment applicable. Elle a la plupart de variantes selon la nature du revêtement de la colonne utilisée pour les analyses et de l'interaction composant-échantillon. Les deux principaux types de chromatographie sont la chromatographie par perméation de gel et la chromatographie par échanges d'ions. La première méthode consiste à séparer les molécules selon leur taille ; dans la seconde méthode, les particules sont scindées selon leur charge. La chromatographie en phase gazeuse sépare les composants volatils d'un échantillon et la chromatographie liquide/liquide sépare les molécules neutres de petite taille en solution.

La chromatographie sert à purifier un corps ou un constituant avant son dosage ou d'éliminer les composés qui gêneraient son dosage. Il est inutile de purifier un composé avant son analyse dans le cas où la méthode d'analyse n'agit que sur le composé étudié. A titre d'exemple, déterminer le pH (concentration en ions oxonium) du sang avec une électrode de verre ne nécessite pas d'étape de séparation préalable.

L'étalonnage forme une autre étape préparatoire pour les analyses qualitative et quantitative. La réponse et la sensibilité de l'appareillage mécanique ou électronique au composant recherché doivent être étalonnées en utilisant un composant pur ou un échantillon contenant une quantité connue du composant.

Classement des analyses chimiques

La chimie analytique peut être classée de diverses manières. Avant en premier lieuer les différentes méthodes de l'analyse chimique conventionnelle, on doit généralement procéder à un certain nombre d'opérations le plus souvent connues sous le nom d'"Analyse Immédiate". Il s'agit pour la majeure partie de méthodes physiques (en particulier) ou alors chimiques (lorsqu'elle s sont suffisamment spécifiques) dont l'objectif est de séparer les différentes espèces chimiques présentes dans un échantillon. Le broyage, le tamisage, l'élutriation, la distillation, la cristallisation, la filtration, la centrifugation etc. sont parmi énormément d'autres des opérations de l'Analyse Immédiate. Les méthodes chromatographiques et les méthodes analogues (telles les électrophorèses) sont des techniques de séparation extrêmement puissantes et font partie de la totalité des techniques propres à l'Analyse Immédiate. L'approche moderne des méthodes dites "non destructives" où l'échantillon est traité comme un tout dont la consommation reste négligeable vis-à-vis de la masse totale de ce dernier, offre bien entendu l'économie de l'analyse immédiate, conserve cet échantillon aux fins de contre-analyse si indispensable, mais se heurte à des difficultés redoutables telles les effets de matrice et les problèmes de l'étalonnage. Il est commode de distinguer dans tout échantillon quel qu'il soit les deux termes suivants :

Par essence tout échantillon est par conséquent unique, car il suffit que l'un fluctue vis-à-vis de l'autre pour que le problème analytique hier connu se transforme en un "nouveau a priori inconnu".

Les analyses peuvent par conséquent être classées :

L'échantillon est soumis à l'analyse soit pour connaître l'identité de ses constituants soit pour déterminer les teneurs de ses constituants. Si on ne sait pas à quel type de matériau on a affaire, il peut être indispensable de faire une analyse qualitative avant de faire une analyse quantitative.
Les techniques d'analyse classique (ou non-instrumentales) utilisent, généralement, des réactions quantitatives en phase aqueuse ou des mesures de volume en phase gazeuse. Les instruments utilisés sont simples comme la verrerie graduée (éprouvettes graduées, pipettes graduées... ), balances analytiques, pH-mètres... Elles sont , généralement destructives. Quand elles font appel à des solutions aqueuses, on parle de «voie humide».
Les techniques d'analyse instrumentale, dont les différentes spectrométries, utilisent un appareillage qui permet les déterminations se basant sur des propriétés physiques des analytes. Ces analyses sont exécutées soit sur l'échantillon tel quel (elle est alors non-destructive), soit sur des solides préparés, soit sur des solutions des échantillons.
L'analyse minérale s'applique au produit non-organique ainsi qu'aux minéraux contenus dans des produits organiques comme par exemple le plomb dans l'essence.
Selon la technique utilisée, cette quantité peut-être de l'ordre de quelques grammes ou des fractions de milligramme. Des techniques de microanalyse ont en particulier été développées en analyse qualitative (réactions sur des gouttes de solution).
En général, l'analyse classique est destructive, et l'analyse instrumentale ne l'est pas forcément.
L'analyse automatique est énormément utilisée dans l'industrie pour suivre et orienter les paramètres d'un procédé, par exemple la teneur en monoxyde de carbone d'un gaz de combustion, la qualité du produit ou la qualité des rejets environnementaux.
Elle est aussi appliquée dans les laboratoires qui reçoivent de nombreux échantillons de même type : suivi des paramètres de la qualité des eaux par exemple.

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