Aurélie 16/02/12
 

 

   Dosage H2O2, HPLC, préparation de solution, spectrophotométrie : concours technicien de recherche 2011
( Université du Maine ).







Dosage de H2O2 dans un échantillon inconnu (X).
On souhaite déterminer le taux de peroxyde d’hydrogène (H2O2) d’un échantillon X de masse 2,1053 g.
On dispose pour cela de solutions d’acide oxalique (HO2C-CO2H) de concentration C1 = 0,06 mol.L-1 et de
permanganate de potassium (KMnO4) de concentration C2 inconnue.
On dose un volume de 20 mL (V2) de KMnO4 par la solution d’acide oxalique : V1éq = 18,3 mL.

Ecrire les équations d’oxydo-réduction mises en jeu au cours du dosage
.
2 fois{
MnO4- + 8 H+ + 5e- donne Mn2+ + 4H2O } réduction

5 fois{
H2C2O4 donne 2 CO2 + 2 H+ + 2e- } oxydation

2
MnO4- + 5 H2C2O4 + 6 H+ donne 2 Mn2+ +10 CO2 + 8 H2O.

En déduire la concentration (C2) de la solution de permanganate.

ion permanganate
2 MnO4-
acide oxalique
+ 5 H2C2O4
initial
V2C2
V1éqC1
en cours
V2C2-2x
V1éqC1-5x
à l'équivalence
V2C2-2xéq = 0 V1éqC1-5xéq=0
xéqV2C2 ; V1éqC1= 5xéq=2,5 V2C2.
C2 =V1éqC1/ (2,5 V2) = 18,3 * 0,06 /(2,5*20) =2,196 10-2 ~2,2 10-2 mol/L.
On dissout ensuite l’échantillon X dans 100 mL d’eau et on dose un volume de 20 mL (V3) de cette solution
par la solution de KMnO4 précédemment dosée (V2éq= 22,1 mL).
Ecrire les équations d’oxydo-réduction mises en jeu au cours du dosage.
2 fois{ MnO4- + 8 H+ + 5e- donne Mn2+ + 4H2O } réduction
5 fois {H2O2 = O2 + 2H+ + 2e- } oxydation.
2 MnO4- + 5 H2O2 + 6H+ donne 5 O2 + 2 Mn2+ + 8H2O.
Calculer la concentration en peroxyde d’hydrogène de la solution d’échantillon X.

2 MnO4 + 5 H2O2
initial
V21éqC2 CV3
en cours
V21éqC2-2x
CV3-5x
à l'équivalence
V21éqC2-2xéq=0 CV3-5xéq=0
C =2,5 V2éqC2/ V3 = 2,5*22,1 * 2,196 10-2 /20 =6,066 10-2 ~6,1 10-2 mol/L.
Déterminer la masse de peroxyde d’hydrogène présente dans l’échantillon X.
6,066 10-2 *0,1 = 6,066 10-3 mol dans 100 mL.
masse = n M(
H2O2) = 6,066 10-3 *34 =2,063 ~2,1 g.
En déduire le taux (% massique) recherché.
2,063 /
2,1053  ~0,98 ( 98 %).

Analyse des métabolites de la vanilline.
La vanilline peut être obtenue après oxydation de l’acide férulique selon les étapes décrites.

 
Les métabolites présentés dans la figure sont analysés selon le protocole suivant :
"Les métabolites étaient par habitude analysés et quantifiés par HPLC avec un gradient multiphase. Le solvant A était NaOAc, ajusté au pH 6 et le solvant B était MeOH.
Le débit était 1,2 ml par minute. La proportion de solvant B est montée linéairement de 0 % à 0 minute à 10 % à 15 minute et ensuite à 50 % à 40 minute et 75 % à 45 minute, diminuant finalement à 0 % à 50 min.
La détection : thermoséparation des produits, puis analyse UV de chaque composant."
Quelle est la technique séparative utilisée ?
HPLC :  élution graduée :
sur une colonne apolaire, en utilisant une phase mobile eau/méthanol, les composants les plus hydrophobes sont élués avec une concentration élevée en méthanol alors que les composants plus hydrophiles sont élués préférentiellement avec une concentration faible en méthanol.
Quel sont les constituants de la phase mobile ?
Méthanol et acétate de sodium.
La colonne utilisée est elle une phase normale ou inverse ?
La phase mobile étant polaire, la colonne est apolaire, donc phase inverse.
Quelle est la détection utilisée ?
Spectrométrie UV visible.
Compte tenu des spectres UV-Vis de certains des composés, à quelle longueur d’onde feriez-vous la détection ?

La longueur d'onde choisie doit correspondre à un maximum d'absorption.
A : 260 nm ; B : 325 nm ; C : 300 nm.
On vous demande de préparer les solutions d’élution.
De quel(s) équipement(s) et matériel(s) aurez-vous besoin ?
Plusieurs réservoirs contenant les solvants et sels ( tampons ) ; des pompes utilisées pour la circulation de la phase mobile ; un mélangeur.
Les temps de rétention des composés et les largeurs des pics à la base sont indiqués :

temps de rétention  tR ( min )
largeur du pic de base  w ( min)
CoASH ( Co-enzyme A)
3
0,8
acide férulique
19
1,2
Acéthyl-SCoA
22
1,33
HMPPHSCoA
29
1,86
Vaniline
31,5
2,5
Féruloyl-SCoA
34
3,1
Qu’appelle-t-on temps de rétention ?
Dans des conditions chromatographiques données, le "temps de rétention" (temps au bout duquel un composé est élué de la colonne et détecté), caractérise qualitativement une substance.
Calculer la résolution entre la Vanilline et le Féruloyl-SCoA.
R = 2 (tR a-tR b) / ( w a + w b)=2(34-31,5 ) / (3,1 + 2,5) ~0,9.
R étant inférieur à 1,5, les pics seront mal séparés.


Préparation de solutions.
Calculer dans l’eau et à 25 °C les solubilités en mol.L-1 des composés suivants :
CaC2O4  ; Ks = 5.10-9= [Ca2+] [
C2O42-] = s2  ; s = [Ca2+] =[C2O42-] = (5.10-9)½ =7,1 10-5 mol/L.
Ag2CrO4 ; Ks = 4.10-12 = [Ag+]2 [
CrO42-]. On pose s = [CrO42-].
La solution est électriquement neutre :
[Ag+] = 2[CrO42-] = 2 s. Ks = 4s3 ; s = ( 4.10-12/ 4)1/3 = 1 10-4 mol/L.
On dispose des solutions suivantes :
C6H5COOH : 0,2 mol.L-1
C6H5COONa : 0,15 mol.L-1 ; pKa ( C6H5COOH / C6H5COONa) = 4,2.
Comment peut-on préparer 100 mL de solution tampon de pH 4,7 ? (Donner le détail des calculs).
pH = pKa + log [
C6H5COONa] / [C6H5COOH] ).
On note V le volume de solution d'acide benzoïque et 0,1 -V, le volume de solution de benzoate de sodium.
[C6H5COONa] = (0,1-V)*0,15 / 0,1 = 1,5(0,1-V) ; [C6H5COOH] = 0,2 V / 0,1 = 2 V.
log [C6H5COONa] / [C6H5COOH] ) = pH - pKa = 4,7 -4,2 = 0,5 ; [C6H5COONa] / [C6H5COOH] =3,16.
1,5(0,1-V) / (2V) = 3,16 ; 0,15 = 3,16 *2V +1,5 V ; V =1,9 10-2 L = 19 mL.
Mélanger 19 mL de la solution
d'acide benzoïque et 81 mL de solution de benzoate de sodium.
Comment contrôlez-vous le pH de la solution obtenue ? Utiliser un pHmètre.

Dosage spectrophotométrique de l’anthranilate de méthyle.
L’anthranilate de méthyle (AM) est un pesticide servant de répulsif à oiseaux mais également utilisé en parfumerie et dans l’industrie des arômes (on retrouve cette molécule dans les fleurs d’oranger ou de
jasmin…). Sa formule semi-développée est donnée :
Le dosage à 327 nm avec une cuve en quartz de l = 1 cm donne les résultats indiqués dans le tableau :
AM µmol/L
45
45
90
90
135
135
180
180
270
270
290
290
330
330
400
400
Absorbance (UA)
0,19
0,22
0,37
0,43
0,54
0,60
0,84
0,68
1,26
1,15
1,3
1,33
1,44
1,52
1,52
1,55
Pourquoi utilise-t-on une cuve en quartz ?
Les cuves en quartz sont transparentes dans l'UV.
Rappeler la loi de Beer Lambert en définissant chacun de ses termes et en précisant les unités utilisées dans la pratique.
La loi de Berr-Lambert exprime la variation de l'intensité lumineuse en fonction de la distance parcourue dans un milieu transparent.
Lorsqu'une lumière monochromatique d'intensité I0 traverse un milieu homogène, l'intensité de la lumière émergente I décroît exponentiellement lorsque l'épaisseur l du milieu absorbant augmente.
I = I0 . e (- al)
a est une constante appelée coefficient d'absorption, caractéristique du milieu et de la longueur d'onde considérés.
Dans le cas des solutions, la loi de Beer fait intervenir les concentrations.
I = I0 . e (- elc) ou encore A =e l c.
e est un coefficient caractéristique de la substance appelé coefficient d'absorbance (L mol-1 cm-1), l est l'épaisseur de la cuve (cm) et c la concentration de la solution (mol/L).





Représenter  la courbe du dosage obtenue et déterminer le coefficient d’extinction molaire.

A = 4,5 10-3 C avec 4,5 10-3 µmol L-1 =
4,5 10-9 mol L-1= e l ; l = 1 cm ; e = 1/(4,5 10-9) =2,2 108 L mol-1 cm-1.
L’absorbance d’une solution d’anthranilate de méthyle vaut A1= 0,76 calculer la concentration de cette solution.
c1 = 0,76 / 4,5 10-3  = 1,7 102 µmol/L.
Même question pour une solution dont l’absorbance vaut A2=2,22. Commenter.
c1 = 2,22 / 4,5 10-3  = 4,9 102 µmol/L.
La courbe d'étalonage ne permet pas de déterminer des concentrations supérieures à 350 µmol / L.

A partir de l’étiquette de l’épichlorhydrine.
Ce produit est utilisé dans la production de résines époxy.

 



Donner la signification des 4 pictogrammes figurant sur l’étiquette.
Substance inflammable, toxique, cancérogène ; danger pour l'environnement.
Quels sont les risques encourus lors de la manipulation de ce produit ?
Intoxication par inhalation, contact cutané, ingestion,  peut provoquer le cancer, peut provoquer des brûlures cutanées et des lésions oculaires
Quels sont les équipements de protection collective et individuelle à utiliser impérativement ?
Port de blouse, gants et lunettes de sécurité ; travail sous hotte aspirante.



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