Le terme de « techniques analytiques » désigne l’ensemble des méthodes utilisées pour identifier et caractériser des substances chimiques (analyte) connues ou non. On retrouve sous ce terme la spectrométrie ou encore la chromatographie par exemple.

Contenu de la fiche de révision

1. Absorption et émission atomique

A) Introduction

L’absorption et l’émission atomique sont deux techniques d’analyses élémentaires très sensibles qui reposent sur les phénomènes d’excitabilité des atomes.

Un atome passe dans un état excité avant de revenir à l’état fondamental en émettant un rayonnement à une longueur d’onde particulière.

B) Principes de dosage

Le dosage par absorption atomique se fait par mesure d’intensité transmise à un photodétecteur après que le rayon lumineux ait traversé l’échantillon vaporisé. L’analyse est permise grâce à la loi de Beer-Lambert.

Le dosage par émission de flamme ne mesure que les photons émis par les atomes retournant à l’état fondamental après excitation.

C) Appareillage

Les systèmes d’absorption et d’émission atomique reposent sur différents outils comme la lampe ou le système d’atomisation par exemple.

D) Spectrométrie d’émission atomique

C’est une spectrométrie qui repose sur le même principe que l’émission de flamme mais à une température de 8000 à 9000K, il y a donc quantification de tous les éléments puisqu’à cette température, tout est vaporisé. L’appareillage est évidemment différent.

2. Chromatographie phase gazeuse

A) Présentation

La chromatographie phase gazeuse permet de séparer les composants entre une phase stationnaire (liquide ou solide) et une phase mobile gazeuse.

B) Le gaz vecteur

C’est le gaz qui permet de faire évoluer l’analyte à travers la colonne de chromatographie. Dans cette optique, il doit posséder un certain nombre de propriétés.

C) Le système d’injection

Le système d’injection permet d’introduire et vaporiser l’échantillon afin de le mélanger au gaz vecteur.

Les analytes peuvent donc être liquides ou gazeux, selon la solution dans laquelle ils sont présents, la méthode d’injection n’est pas la même.

D) Le four et la colonne

Ces éléments sont le cœur de la chromatographie : le four permet d’éviter que les composés ne se condensent. Il existe différents types de colonnes qui n’ont pas toutes la même résolution.

E) La phase stationnaire

Appelée aussi solvant de partage, elle doit être un bon solvant, sélectif et non volatil. Elle est choisie selon la nature des composés à analyser (polarité par exemple).

Il existe différents types de phases stationnaires liquides ou solides.

F) Les détecteurs

Il en existe de nombreux types et doivent être très sensibles, donner une réponse linéaire et être utilisables sur une large gamme de température.

On distingue par exemple le détecteur à conductibilité thermique, à ionisation de flamme, à capteur d’électrons, à photométrie de flamme ou encore à données structurales.

3. La spectrométrie de masse

A) Principe

C’est une technique qui permet de déterminer la masse des molécules ou atomes présents dans l’échantillon analysé. Elle est sensible, sélective et repose sur la mesure du rapport sur la charge d’espèces chargées.

B) Architecture du spectromètre

Le spectromètre de masse est composé d’une source d’ions, d’un analyseur et d’un détecteur qui ont tous une fonction particulière.

C) Les spectres de masse

Le signal fourni par un spectromètre est intégré depuis une courbe de Gauss et est représenté sous forme de bâtonnets dont la hauteur est proportionnelle à l’aire sous la courbe.

D) Applications de la spectrométrie de masse

La grande sensibilité de cette méthode la rend utile dans de nombreux domaines : criminologie, chimie, études environnementales, géologie etc.

4. Les spectromètres de masse

A) Le travail sous vide

Ce paramètre est à prendre en compte car les spectromètres de masse mesurent des temps de trajectoire qui peuvent être modifiés par la présence de molécules atomosphériques.

B) Caractéristiques et critères de performance

La performance d’un spectromètre de basse est dépendante de plusieurs paramètres : sa limite en masse, sa sensibilité, sa résolution et sa vitesse de balayage.

C) Méthodes d’ionisation : les sources d’ions

Les méthodes d’ionisation sont nombreuses : parmi les méthodes en phase gazeuse on retrouve l’ionisation par impact électronique ou l’ionisation chimique.

La source d’ions MALDI est une méthode d‘ionisation par désorption.

Il existe également une méthode par électronébullisation.

D) La séparation des ions : les analyseurs

Il existe 4 principaux types d’analyseurs qui permettent de sélectionner des valeurs de rapport masse sur charge. On distingue donc les analyseurs magnétiques, les analyseurs temps de vol, les analyseurs quadripôles ou encore les pièges à ions.

5. Méthodes d’étalonnage et notions complémentaires

A) Les mesures absolues

Un résultat de dosage est par exemple une mesure absolue. Que le dosage soit direct, indirect ou en retour.

B) Les méthodes comparatives

Il s’agit de comparer la mesure à une grandeur de référence. Il existe 3 grands types de méthodes comparatives : l’étalonnage externe, interne et la méthode des ajouts dosés.

C) Notions complémentaires

Afin d’augmenter la spécificité et la performance des méthodes chromatographiques, il est possible d’utiliser des méthodes couplées telles que la chromatographie liquide – spectre de masse (LC-MS) ou la chromatographie en phase gazeuse – spectre de masse (GC-MS).

Il est également possible de combiner des analyseurs qui auront chacun un rôle déterminé.