Cours de Chimie Analytique 2010

5/24/2018 Cours de Chimie Analytique 2010

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Cours de Chimie Analytique

Jean-Luc [email protected] 2009-2010


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Objectifs

Maitriser les techniques utilises dans lesdomaines:

- De lagroalimentaire (lipides, glucides,

protides)- Connexes la production

(environnement, culture, levage)

Approfondir quelques techniques majeures etdiscriminatives


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Sommaire

Panorama des techniques

La Quantification et lEchantillonnage La Chromatographie

LHPLC et La CPG

L Absorption Atomique et L Absorption Molculaire


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Droulement - Contrle

5 Interventions: Cours

1,5 TD + 0,5 TD Projet

1 Projet (TP)

1 contrle

Claroline: Chimie Analytique

Documents (cours + Power-Point) Forum (Questions)


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Chapitre N1

Panorama des techniques

analytiques


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Sommaire

IntroductionLes environnements Recherche, R&D,Production

Contraintes des analysesPersonnel, Matriel, Normatives,Economiques

Classifications des techniquesProprits, Etat, Seuil, Cibles


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I) Introduction

Objectifs: Adquation entreunproduit et un cahier des charges et/ouune lgislation.

Moyens: Quantifications +/- prcisesde diffrents paramtres

Paramtres: Sensoriels, Physiques,Chimiques biologiqueslis la matrice, lamolcule


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Reprsentativit: Analyse, Echantillonage,

Extraction, Conservation.

Adaptation de la mthode au rsultatattendu

Ciblage des paramtres en fonction desobjectifs et de lenvironnement

- Recherche

- Recherche et Dveloppement- Production


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11 Lenvironnement Recherche Objectifs: Structurale / Evolution

Mots Clefs: Lis au produitNature, Origine, Matrice,Etat, Puret

Moyens: Techniques Lourdesdisponibles en Centre de Recherche ou enexternalisation

Obligations de moyens: Pas / peu decontraintes conomiques et temporelle


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12 Lenvironnement R&D

Objectifs: Quantification 2 phases:a) Centre sur le produit

+ Niveau de dtection

b) Transposition en production :Contraintes normatives

Moyensplus softs

Techniques globales / discriminatives


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13 Lenvironnement Production

3 mots clefs: Simplicit- Dure- Cot

Nouvelles contraintes: Obligations -

Rfrences - Externalisation - Qualification Techniques mises en uvre :

Lies la valeur ajoute du produit:

Faible GlobaleEleveDiscriminative


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II) Contraintes des analyses

Lies au personnel

Lies au matriel

Lies aux mthodes

Lies laspect conomique et laspectdlai


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21 Personnel comptent

Production : Faibles comptences Analyses simples (globales) Automatisation

Laboratoire danalyse: Niveau decomptence + lev Analysesdiscriminatives Automatisation

Laboratoire de recherche: Niveau decomptence trs lev Interprtationdes analyses


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22 Contraintes matrielles

Cot dinvestissement:- Routine (Production) : 15.000 Euros- Analyse discriminative: 15.000 Euros

par ligne danalyse

- Analyse structurale:Quelques centaines de milliers dEurospar technique.

Cot de fonctionnement et de maintenance


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23 Contraintes Normatives et Lgales

Normes ISO, Afnor, Din, Asaefont rfrences et sont incontournables

si obligations lgales

Mthodes officielles: AOAC pallient labsence de normes

Mthodes interprofessionnellesEx: Test de sdimentation de

Zlny, saccharimtrique danslindustrie sucrire, MS chez lapomme de terre.

Mthodes internes (propres lentreprise)


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24 Contraintes conomiques et temporelles

Lies laspect lgal ou marketting de

lanalyse.

Lies limpact sur la production

(Immobilisation)

Internalisation / Externalisation de lanalyse

Impact sur le dlai et sur le cot

Lies au volume dactivit de lentreprise et

la valeur ajoute de la production


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C < 15 Euros , D < 3 joursMS, pH, Gravimtrie, Brix, tests simples

15 < C < 50 Euros, D < 3 joursTitrimtrie, Complexiomtrie, AA,Absorption molculaire

100 > C > 50 Euros, D < 3 joursTechniques chromatographiquesinternalises, simples

C > 100 Euros, D > 1 semaineAnalyse thermiques, structurales, analyses

chromatographiques externalises


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III) Classifications des techniques

Selon les proprits du solut (matrice).

Selon le caractre destructif.

Selon ltat de la matire.

Selon le seuil de dtection

Selon le caractre discriminant de lanalyse

Selon la cible vise dans la molcule


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Proprits du solut (matrice)Chimiques et biologiques - Physiques - Mcaniques -

Thermiques - Optiques - Electriques - Magntiques -

Physico chimiques - Energtiques - Fragmentation Caractre destructif / non destructif

MEB, RX, RMN du solide, Near FTIR

Etat de la matire: S, L G

Seuil de dtection: 0,1% (1000 ppm)Titrimtrie - Thermiques - IR - RMN - Gravimtrie

- 1 ppm:AA, AM ,Chromatographie

Global / Discriminant: Titrimtrie / Sparatives


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Classification selon la cible

Molcule = atomes et ou de groupesfonctionnels lis entres eux par des lectrons.

Atome = noyau + lectrons

Proprits physiques , chimiques +/-spcifiques et des Proprits physico-chimiques spcifiques Techniques

Sparatives


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Possibilit de la casser par apport dnergiemcanique (chimique)analyse

lmentaire , Spectromtrie de masse. Possibilit de modification de la molcule

par apport dnergie sous forme thermique

ATD, ATG, DSC, Fusion Possibilt daction sur les molcules et ses

atomes constitutifs par apport dnergiesous forme lumineuse E = h= hc /

En fonction de lnergie apporte, on agit surdes cibles diffrentes: SAA, IR, Absorptionmolculaire


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onde et ondes radio 3 106nmModification de la matrice

Infra-Rouge

de 2500 1000 nmVibration des atomes constitutifs des

liaisons

Visible de 800 400 nm

Excitation des electrons constitutifs des liaisons(les plus mobiles). Excitation des electrons atomiques

UV de 350 200 nmExcitation des lectrons constitutifs des liaisons (les

moins mobiles)

RX et rayons < 3 nmArrachage des electrons constitutifs


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Proprits molculaires et ioniques

+ / - Spcifiques

Raction spcifiques Complexiomtrie

Ractivit

Chimique

pH mtrie

Argentimtrie Periodimtrie

Manganimtrie Chromimtrie

Crimtrie Chlomtrie

Iodomtrie

Bromomtrie

Potentiomtrie

Proprits Chimiques


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Proprits molculaires et ioniques

+ / - spcifiques

Analyse lmentaire

Constitutives

Gravimtrie

Densimtrie

Volumtrie

Tonomtrie

Physiques

P, V, m...

Ebullioscopie

Cryoscopie

Calorimtrie

A.T.D

A.T.G

D.S.C

Analyse Thermique

Thermiques

Rfractomtrie

Polarimtrie

Optiques

Conductimtrie

Ampromtrie

Voltamtrie

Coulomtrie

Polarographie

Electrodes

spcifiques

Electriques

Proprits Physiques


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Proprits Molculaires et Ioniques

Slectives

C.P C.C.M

HP CCM

Surface

HPLC

Phase liquide

CPG

Phase gazuese

Volume

Chromatographie

Papier Gel

Surface

Electrophorse

capillaire

Volume

Electrophorse

Intractions Physicochimiques


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Proprits Energtiques des molcules

Spcifiques

Spectroscopie

Infra-rouge

Spectroscopie

Raman

Vibration des atomes

Absorption

molculaire

UV - Visible

Fluorimtrie

Excitation des

e- de covalence

Molcule

Emission

atomique

Flamme Flamme

Froide

Torche

Plasma

Four

Absorption

Atomique

Excitation des

e- atomiques

Atome

Cible utilise(E croissante)


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Proprits du

Noyau Atomique

R.M.N

Magntiques

Scintigraphie

Radioactives

Microscopie

Electronique

balayage

Diffraction X

Physiques

Proprits du noyau

et de l'atome


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Chapitre N 2

La quantification


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Sommaire

IntroductionLes calculs dincertitudes

Les mthodes AbsoluesMethodes directesDosages chimiques

Les mthodes comparativesEtalonnage interne et externe

Les ajouts doss Conclusion


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I) Introduction

Analyse = Quantification

Structurale = Identification

Rappels sur les incertitudesIncertitudes absolues n xIncertitudes relatives x /x


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II) Les mthodes absolues

Mesure de paramtre physiquesExemple Taux de cendres NF V 18-101

Mthodes bases sur lapplication dune loi

simpleExemple ; Lamidon (3me directive du JO

du 23/11 1980)

Mthodes bases sur des ractions chimiques


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Acido-basique

Rdox Complexiomtrie - Prcipitation

Conservation du nombre dquivalentschangs

Mthodes point final

Mthode directe: (NF T 60-204) Mthode en retour (NF V 18-100)


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III) Mthodes comparatives

Etalonnage externe

Etalonnage interne

Mthode des ajouts doss


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31 Etalonnage externe

Pas de dpendance dun facteur extrieur

Application au dosage du phosphore solubledans les terres (NF X 31-161)

Etalonnage

Exploitation des rsultats

Avantages et inconvnients


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32 Mthode de ltalonnage interne

Domaine dutilisation

Principes

Application lanalysedes FAME (NF T 60-234)


Choix de ltaloninterne


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33 Mthode des ajouts doss

Analyse de traces

Application en absorption atomique

Application en chromatographie



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Chapitre N 3

Introduction la

Chromatographie


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Sommaire

Introduction

Aspect thermodynamique

Aspect cintique

Facteurs lis la chromatographie


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I) Introduction

Technique sparative

Dualit Analytique / PrparativeLi la valeur ajoute

Les diffrents tats de la matiresolideliquidegazcritique

Classification des techniques sparatives

- Suivant les forces mises en jeu

- Suivant ltat de la matire


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Forces

Gravitationnnelles Electriques Thermiques MagntiquesBarrires

Semi-permables Physico-chimiques

Dcantation

Centrifugation Electrolyse

Electrophorse

Diffusion

thermique

Spectromtrie

De MasseFiltration

Diffusion

GazeuseOsmose

Dialyse

, nano filtration

Extraction Chromatographie


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Nature des phases

Gaz - Gaz Gaz - Liquide Gaz - Solide

Diffusion

Liquide- Liquide Liquide- Solide Solide - Solide

Chromatographie

Distillation

Sonification

Chromatographie

filtration

Chromatographie

Chromatographie

Extraction Distillation

Chromatographie

Filtration

Tri

Recristallisation

Chromatographie


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Un peu dhistoire

Khrmatos = Couleur Graphikos = Trac 1903 Tswett: CaCO3 Colonne ouverte 1940 Martin et Synge : Thorie de la

partition

1950 Snyder: Thorie de ladsorption 1950 Martin et James CPG 1960 CCM 1970 HPLC et phase inverse 1975 CPG Capillaire 1985 HPLC en phase supercritique


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Glossaire

Solut: Espce sparer / doser

Solvant: Solubilise le solut

Eluant: Phase mobile

Eluat: Phase mobile (+ solut)

Phase stationnaire:

Phase immobilise dans lesystme chromatographique


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Schma dun chromatographe

Rserve

Eluant

Systme de

Mobilit

Injecteur

Passeur

Gradient Sparateur

Micro

Proesseur

Dtecteur

Traitement

du signal

Collecteur


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Classification des techniqueschromatographiques

Suivant la technologie: Surface / Volume

Suivant la nature des phases:

Phase mobile: Liquide ou Gazeuse(Critique)

Phase stationnaire: Solide ou Liquideimmobilis

R it l tif


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RcapitulatifPhase

Mobile

Phase

Stationnaire

Technologie Application Principe

Gaz

Liquide

Volume

CPG

G/L

Partage

Solide CPG

G/S

Adsorption

Exclusion

Liquide

Surface CCM

L/L

Partage

Liquide

Volume HPLC

L/L

Partage

Solide

Surface CP

L/S

Adsorption

Exclusion

Volume LC, HPLC

L/S

Adsorption

Exclusion


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II) Aspect ThermodynamiqueThorie des plateaux

Un solut P qui se distribue entre les deux phases stationnaireet mobile = Equilibre K = [P]stat/ [P]mob

K varie avec la force des interactions Objectif: Multiplication du nombre dquilibre : n

Ecoulement discontinu ; 1 plateau = 1 quilibre y = fraction de P (stat) et x = fraction de P (mob) k =y/x = cste x + y = qo= 1

0 1 2 3 .. p n-2 n-1 n


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Evolution du solut P

Injection

n 0 1 2 n - 1 n

Stat. 1 0 0

Mob. 0 0 0

Equilibre

n 0 1 2 n -1 n

Stat. y

Mob. x


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Transfert

n 0 1 2 n - 1 n

Mob 0 x 0

Stat y 0 0

Equilibre

n 0 1 2 n -1 n

Mob xy x

stat y xy


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Transfert

n 0 1 2 n - 1 n

Mob 0 xy x

Stat y xy 0

Equilibre

n 0 1 2 n -1 n

Mob xy 2xy x3

Stat y3 2xy xy


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Gnralisation

Aprs n transferts:Le solut se disperse suivant uneloi du type (x + y)n

Facteur de capacit:k = y / x Grandeurcaractristique dun solut dans un systmechromatographique donn

Qnp= f(n,p, q0)

Equationdune Gaussienne Courbe maximum


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Aprs n transferts, la phase mobile aparcourue une distance ln et lextrmum sesitue une distance lp tel que

lp/ ln= 1 / (1+k)

Soit en terme de vitesse

vp/ vn = 1 / (1+k)

Soit t = Cste On mesure l Surface

Soit l = Cste On mesure t Volume


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Quelques grandeurs fondamentales

Temps de rtention:Apparition de lextrmum Tr = T0(1+k)

Temps de rtention nulle: Solut non retenu

T0 Rf Rf = lp / l0

Efficacit : N = Nb de plateaux thoriques

HEPT: H = L / N


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Sparation de plusieurs soluts

Slectivit = k2/ k1Traduit la diffrencedaffinit pour 1 et 2

Rsolution Rs Traduit la sparation entredeux pics chromatogaphiques


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III) Aspect Cintique

Ecoulement Continu : Dformation des pics:

Transfert de systme chromatographique etTransposition: Notion de grandeurs rduites (l,

h et vitesse rduite)

Si l, h et la vitesse rduite sont constant, Nest constant


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Mcanismes de Dispersion

Knox (HPLC) et Van Dempter (CPG)

H = A + B / u + C u

A = Anisotropie dcoulement B = Diffusion longitudinale

C = Rsistance aux transferts de masse

U = vitesse linaire de la phase mobile Optimisation


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IV) Facteurs lis la chromatographie

La temprature: Fondamentalk est fonction de T

Si T augmente k diminue

La composition de la phase mobile (HPLC -CCM)

Le dbit de la phase mobile (u)

Loi de Darcy: Perte de charge dans uncoulement travers un tube rempli

Ch N4 L CPG


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Chap N4 La CPGSommaire

Introduction

Les phases stationnaires en colonne remplie

Transposition colonne remplie / colonnecapillaire

Linjection

La dtection

La drivatisation


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I) Introduction

1re technique dveloppe ds 1950 Simplicit de mise en uvre

Rapidit des analyses complexes

Matriel disponible et peu onreux Nombreuses applications :

NF T60-234 FAME Carbowax 20M DB 20 F.I.D NF T60-237 BHA

et BHT DC 200 CP Sil 5F.I.D


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NF T90-120 PcB et Organo-chlors OV17 DB5 ECD

NF T90-121 Atrazine et Simazine DB5 Thermo ionique

NF T90-125 COV halognsCarbowax 1500 CPSil 5ECD

Nombreuses autres applications - GazPermanents Porapak

Catharomtre- Solvants rsiduelsComposs volatils -Rsidus dincendies ArmesHuiles

essentielles.

II) L h t ti i l


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II) Les phases stationnaires en colonneremplie

Colonne remplie = Tube + Support +

Phase Liquide Imprgne (Solide)

Tube: 2 m 1/8me Inox

Support: Diatomes P, W, G Granulomtrie 80-100 mesh (175-150m) Pertes de chargefaibles (1-2 bars) Taux dimprgnation10 - 30%

Traitements: Tamisage, AW, TMCS


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21 Les phases stationnaires

Les hydrocarbures ramifisrfrence : Polarit nulle

Les Polysiloxanes et polysiloxanes substitus:

R = CH3,Phnyl, Cyanopropyl Polarit trsfaible (DB1, 100% de CH3) trs forte (CPSil 88, 100% de cyanothyl)

Rfrence en capillaire


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Les polythylnes glycols (carbowax 20M,FFAP..) quivalence CP Wax, DB 20

Les Polyesters: Polarits intermdiaires etfortes (DEGS, EGA.)

Les Adsorbants Tenax, Carbopack, Tamismolculaires

Classification selon la polarit

Equivalence entre remplie et capillaire


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22 Les indices de Kovats

Srie homologue: log10Tr = an + b

Notion de droite de similitude: -Prdiction de la rtention -Approche didentification

Application la srie des n alcanes -Notion dindice de rtention


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23 Classification suivant la polarit

Constantes de Mac ReynoldsRohrschneider

1 phase de rfrence : Squalane P = 0

5 soluts de rfrence:Benzne X n Butanol Y MeCOPr Z

Nitropropane U Pyridine S

Cste de Mac Reynods = Diffrence dindice de rtention du

solut entre la phase et la rfrencePolarit = Somme des cstes de Mac Reynolds des cinq soluts

(Existence de 3+2 autres soluts rfrences)


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Exemples

Phase X Y Z U V Somme

Squalane 0 0 0 0 0 0

SE 30 15 53 44 54 41 217

OV 17 119 158 162 243 202 884

FFAP 340 590 397 602 627 2546

OV 275 666 1001 895 1177 1099 4838

24 Choix raisonn des phases


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24 Choix raisonn des phasesstationnaires

Classification des soluts en 5 catgoriesLies la polarit

Classification des phases en 4 catgoriesLies la polarit

Associations par catgories: -

ApolaireApolaire - PolairePolaire -Moyennement polaireMoyennement polaire

III) Transposition


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III ) TranspositionColonne Remplie / Colonne Capillaire

Remplie Capillaire

Phases Varies Varies

(mais +

restreint)

Longueur

Perte de charge

2 m

1 bar / m

10 - 100 m

1 bar / 50 m

Diamtre 1/8

1/4

0.32 et 0.25 mm

0.53 et 0.1 mm


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Classification

Colonnes de Golay:-

COT et WCOT : Wall Coated Open Tubular - SCOT :Support Coated Open Tubular - PLOT : PorousLayer Open Tubular - MicropackedColumns

Permabilit k importante : Efficacit importante etvitesses linaires importantes soit tr faibles

B = VG/VL 2 10 x suprieur / remplie

B= dc/ 4efet tr = t0(1 + K / B)


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Si B augmente : tr diminue ; possibilit dediminuer la temprature

Blev: Analyses rapides : substanceslourdes B faible:

Substances volatiles

Epaisseur du film: De lordre du micron

Tr augmente en f(Log e) e x 2 = Tr (-15) Films minces et films pais


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Films Minces: 0,15 < e < 0,5 m Avantages: Meilleures performances Rduction du temps

danalyse Possibilit danalyse de composs lourdsInconvnients:Charges + faibles : restreintla possibilit danalyse de traces - Interactions avec lasurface

Films Epais: e > 1 mAvantages: Analyses de traces Analyses de

volatils

Inconvnients Pb de Bleeding (e > 5m)

Diamtre: Wide Bore = RemplieNarrow bore: Analyses courtes : Couplage GC /

MS


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IV) Linjection

Colonne remplie: Injecteur SeptumVolume inject: 0,5 1 l Gaz :

100 l 500 l Head-Space (Statique et dynamique)

Colonne capillaires: Charges + faibles Utilisationde diviseurs - Split /Splitless - On

column - Injecteurde verre


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V) La dtection

2 classes de dtecteurs: I :Rponse proportionnelle la concentration Catharomtre, E.C.D

II : Rponse proportionnelle au dbitmassique: F.I.D , N.P.D

Slectivit : Universels / Spcifiques

Quantit minimale dtectable : variable de (1-10 ng) TCD 0,1 pg ECD(30-100 pg) FID


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Catharomtre: Pont de Wheastone (I) Universel Gaz permanents

F.I.D: Combustion (II) Universel (sauf incombustibles) Notion de

Make-up

E.C.D Capture dlectrons (I)

Spcifique: Drivs Halogns

N.P.D Thermoionique (II) Spcifique: Drivs N et P


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VI) La drivatisation

Objectifs: Volatilisation des espcesAmlioration des analyses

(traines de pic)

Amlioraion des rsolutions Mthodes:Estrification :

Diazomthane, BF3/CH3OHSilylation : TMCS / HMDS

obtention dthers, desterssilyls volatils: Pb H2O


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Chapitre N5

La chromatographie LiquideLadsorption

Le Partage

S i


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Sommaire

La chromatographie dadsorptionThorie de SnyderFacteurs lis la phase stationnaire, laphase mobile et le solut

Le Greffage

La chromatographie en phase inverse

La chane chromatographique

)


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I) Introduction

Le dosage de laflatoxine B1 dans les aliments pouranimaux (NF V 18-200)

Extraction Liquide / solide au CHCl3Purification Colonne ouverte de gel de silice (50-200m) conditionne dans CHCl3Lavage ltherDsorption avec CHCl3/ CH3OH (97/ 3)

Chromatographie Monodimensionnelle sur silice:Phase mobile: CHCl3 / Actone (90/10) Ether /mthanol/ eau (96/3/1)

Lecture visuelle / Fluorodensitomtrique


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II) La chromatographie dAdsorption

Supports solides polaires:

Silice Caractre acideAlumine Caractre basique

Utilisables en CCM, HPLC, colonne ouverte

Principe: Formation de liaisons H entre lesupport et le solut. (interactions)


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Phases mobiles : peu polaires

Applications analytiques:

Fonctionnalits Diffrentes

Isomres Soluts peu et moyennement polaire

Applications en extraction (purification)Fixation des espces plus polaires

Ordre dlution: suivant lordre de polarit

Faible cotPb de la phase mobile

i d d i


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21 Mcanismes dadsorption

Adsorption / dsorption en surface

Equation de Snyder

log k = log Va + B*(E - As ) + log (Wa/Vm)

k = facteur de capacit

Phase stationnaire: Va, Wa et Vm , B*

Phase mobile: B* ,

Solut: As et E

l l h


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Facteurs lis la phase stationnaire

Va, Wa et Vm Lis la taille des particules etau remplissage

Peu

dactions Influencela transposition Surface /volume

B* Etat dactivit de ladsorbant (0


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Facteurs lis la phase mobile et B*

B* lie la teneur en eau de la phase mobile Solvant isohydrique utilisationdacide et de base pour rduire lactivit

: Force luante Srie luotropique si Augmente, alors Rf augmente

(k diminue)

Dveloppement isocratique et en gradient de

concentration.

Utilisation de mlanges binaires et ternaires

F li l


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Facteurs lis au solut

As et E As: surface spcifique : Pas daction si ce nest

une drivatisation

Changement de la nature du solut et desinteractions

E: mme remarque

III) L ff


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III) Le greffage

AdsorptionContraintesActivit du supportIsohydrie de la phase mobile

Limites2 types de phase : Silice (alumine)

chelle de polarit limite

problmes de tranes de pics 1970 Le greffage

II) L G ff


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II) Le Greffage Modification du support siliceux par greffage

chimique despces liquides: Si-OH Si-O-Si-R R = Alkyl (C18, C8, C3, C2)

PhnylAmino alkylNitro alkylDiols , Cyano.

Notion de chromatographie de partage Echelle de polarit inverse / Adsorption

End-Capping


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Solut Polaire Moyennement

Polaire

Moyennement

Polaire

Non

Polaire

Eluant Moyennement

Polaire

Trs

Faiblement

Polaire

Fortement

Polaire

Moyennement

Polaire

Exemples

CH2Cl2/

Hexane

80/20

CH2Cl2/

Hexane

5/95

CH30H / H20

40 / 60

CH30H / H20

90 / 10

HPLC

Partage

Phase

Normale

NH2, CN,

Partage

Phase

Normale

NH2, CN,

Partage

Phase

Inverse

C18, Phnyl

Partage

Phase

Inverse

C18, Phnyl

IV) La Phase Inverse


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IV ) La Phase Inverse

Application : Dosage de 6 PAH ( polluants) en phase aqueuse

NFT 90-115 : Fluoranthne, Benzofluoranthne b et k; Benzopyrne a; (10ppb) Benzoprylne, Indnopyrne (50 ppb)

Extraction au cyclohexane - Concentration 1ml sous vide

Purification sur colonne dalumine Concentration sec et reprise dans 1ml de solvant:

Phase stationnaire: RP 18, Lichrosorb C18 L = 250 mm Diam:

Phase mobile: CH3-CN / H2O (85/15 ; 90/10) Dbit: 1ml mn-1

Injection 20 l

Fluorimtrie: Excitation 360 nm Emission > 420 nm

L h t ti i


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La phase stationnaire

Apolaire Lipophile = Hydrophobe Nature du greffon: CH3-(CH2)n-CH2-

si n augmente: La rtention augmente

Nombre de greffon: Plus le taux de greffageest lev, plus la rtention est importante

Gnralisation la surface hydrocarbone

Pratique: Entre 8 et 15 % de Carbone

L h bil


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La phase mobile Base: H20 + CH3OH ou H20 + CH3CN

Attention la perte de charge (Darcy)

Utilisation ventuelle de modificateurs:THF, Actone, CHCl3 Attention

la dtection Influence de la teneur en eau : La rtention

augmente avec la teneur en eau

Elution en mode isocratique : Composition dela phase mobile constante

Elution en mode gradient de concentration

L l t


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Le solut

Rtention Inverse la polarit Plusle solut est polaire, plus la rtention est faible.

Lie lhydrophobie: Cste de partage dans lesystme octanol / eau P

Rekker:log P = Somme fi+ CM(somme kj)fi = Incrments CM = Cste = 0,268 kj =

effets de proximitlog k = a log P + b

IV) L h h t hi


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IV) La chane chromatographique

LInjection

Couramment : 20 l (1 50 l) Injection en boucle Etalonnage

externe

Vanne dinjection Six Voies Automatisation Passeurs automatiques

La dtection Gnralits


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La dtection - Gnralits

Notion de drive (1 heure)bruit long terme (10 mn)

bruit court terme (1 mn)

Sensibilit: Pente de la courbe:

Rponse = f (Concentration initiale)

Concentration minimale dtectable: nfois le bruit court terme

Dtection directe et diffrentielle

Les diffrents Dtecteurs


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Les diffrents Dtecteurs

DtecteursSimples

Ultra violet

Fluorimtrie

Rfractomtrie

Diffusion de

lumire

Electrochimique

Conductimtrique

Dtecteurs

semi Informatifs

UV multi lambda

Fluorimtre

programmable

Multi lectrodes

Dtecteursintelligents

Spectomtrie de

Masse

FT IR

Barrette de diodes

RMN

Drivatisation pr et post colonne


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Drivatisation pr et post colonne

Drivatisation Pr Colonne

Simplicit

Modification des conditions

chromatographiques

Ex: Acides amins (OPA)

Ractions reproductibles

Possibilit de ractions

secondaires

Drivatisation Post Colonne

Slectif

Multi dtection

Exemple:Vitamine C

Matriel plus sophistiqu

Modification du pic

chromatographique

VI) Les autres techniques HPLC


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VI ) Les autres techniques HPLC

Technique Phasestationnaire

Phase mobile Soluts

Paire dions C8, C18 CH3CN,CH3OH, H2O

Espces

ionisables

Echange

dions

Rsines

changeuses

Tampons

aqueux

Ions minraux

cations et

anions

Exclusion Polymres

poreux

THF, Tampons

aqueux

Polymres

hydrophiles etorganiques

Chirale Chiralecyclodextrines,

Pirkle

Aqueuses et

organiques

Enantiomres


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Chapitre N6

Labsorption Molculaire UV-Visible

Et

Labsorption atomique


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Labsorption molculaireSommaire

Introduction

Dtermination de lindice Phnol NF T 90-109

Dtermination de As3+ NF T 20-054

Dtermination du Fer total et du Fe2+NF T 90-017

Dtermination du Phosphore soluble NF X 31-161

Le spectrophotomtre dabsorption molculaire

Introduction


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Introduction

Absorption Atomique: Concerne les lectronsatomiques (absorption et mission)

Absorption et mission Molculaire: Concerne leslectrons des liaisons molculaires, les lectrons

dlocalisables (). Mmes concepts: Dualit Onde / nergie

E = h = h c /

Spectre de la lumireDomaine UV: 200-350 nm

Domaine Visible: 350800 nm

Complmentarit Absorption / Couleuri l d l


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Triangle des couleurs

Utilisation des proprits dabsorptions pour une

quantification Nombreuses applications :

Cations , Anions, Molcules Organiques

Slectivit plus ou moins importante

Loi de Beer-Lambert: log10I0/It = .l.C : Coefficient dextinction molaire

. Quantification par talonnage externe

Dtermination de lindice phnol


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Eaux NF T 90-109

PrincipeDistillation des phnols en milieu acide

(H3PO4) en prsence de CuSO4(action

bactrienne) (Entranement la vapeur) Enregistrement du spectre UV 254et 270 nm (# 6000 et 1500)

cuve quartz 1cm

Comparaison un talonnage externe Applications: 0,0250,5 mg/l

Dosage de larsenic


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Corps gras NF T 20-054

PrincipeRduction de larsenic sous forme darsine AsH3

par Zn en milieu HCl Absorption de larsinepar le dithyldithiocarbamate dargent: Ag(DDTC) AsH3+ 6

Ag(DDTC).6 Ag + 3H(DDTC) + As(DDTC)3 Formation dArgent collodal dispers: Rouge Violet

Mesure de la DO 540 nm cuve 1cm

Comparaison un talonnage externe

Application: masses de 1 20 gdArsenic

Dosage du fer


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Eaux NF T 90-017

Fet= Fe dissous+ Fe suspension Formation dun complexe color entre Fe2+et lortho

phnanthroline (1-10) RougeOrang (510nm) Fer total: Oxydation par le peroxodisulfate Fe3+

Rduction par le chlorydratedhydroxylamine pH # 4,5 Fe2+

Complexation (15mn lobscurit)

Fer dissous: Rduction du Fe3+dissousComplexation

Fe2+dissous Complexation directe Applications 10 g/l10mg/l

Le phosphore soluble


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Sols NF X 31-161

Principe: Mthode de Joret-Hbert Extractiondu phosphore soluble (sous toutes ses formes) parloxalate dammonium (pH = 7)

Complexation du phosphore sous forme de complexephosphomolybdique rduit avec le ractifsulfomolybdique (heptamolybdate dammonium, Acide ascorbique,thiosulfate de sodium, formol)

Dveloppement chaud (100C, 5mn) dunecoloration violette

Mesure de la DO 825 nm Domaine dapplication: 110 mg/lde P sols:

Expression du rsultat en P2O5

Le spectrophotomtre


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Le spectrophotomtre

Source Monochromateur

Fentes (Slit)

Cuve

Photomultiplicateur

Amplificateur Calculateur

Sources et rayonnement incident


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Sources et rayonnement incident

Lampes dcharge (lumire blanche) Multi longueurs donde

- Deutrium (Domaine UV)

- Vapeur de mercure (Domaine visible) Simple et double faisceaux

Slecteur: Monochromateur

Fente (Slit): Permet de rguler lnergie du

rayon incident

Cuves


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Cuves

Cuves:- Plastique (jetables)Attention aux solvants organiques

- Verre (domaine du visible)- Quartz (domaine UV)

A remplissage et circulation(CintiquePasseurs automatiques)

Trajets optiques: 0,1 5 cmfonction de la concentration et du coefficient dextinction

molaire

Zro optique: Sur Blanc (0 dabsorbance)

Rayonnement transmis


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Rayonnement transmis

Photomultiplicateur : Comptage des photonstransmis: Travail en Absorbance (A) ou enTransmitance (T)

Amplificateur

Calculateur: Io, It, A (T), log10(A), C

Restitution du spectre, des concentrations

Gamme de linarit de Beer-Lambert(talonnage externe)



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Sommaire Introduction

Principe de labsorption et de lmission

Schma gnral dun spectromtre dAA Les diffrentes parties du spectromtre

La quantification

Applications Analyse de traces

Introduction


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Introduction

Analyse de cationsminraux Actuellement: Environ 60 lments du tableau de

Mendeleiev

Nombreuses applications: Mtallurgie, Gologie,Environnement, Agriculture, Agro alimentaire

Impratif: Mise en solution de lchantillon

Eaux NF T90-112 Flamme EauxNF T90-119 Four Eaux NFT90-131 Flamme Froide Sols NF X31-151 Flamme

Principe


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Principe Atome = Noyau + lectrons

lectrons: Gravitent autour du noyau (Champslectrostatique): Notion dorbitales: Niveauxdnergie quantifis

tat fondamental + nergie lectromagntique: tatexcit (Passage de le- dun niveau fondamental unniveau suprieur) : Instable : Retour ltatfondamental

Restitution calorifique: Absorption atomique Restitution lumineuse: mission atomique

E f (h c et longueur donde)


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E = f (h, c et longueur donde)

Notion de transitions spectrales

Spectres de raies spcifiques chaque lment Possibilit de dosage spcifique par lments

(Interfrences)

quation de Boltzman: Ne= Cste x N

0e-(E/kT)

Emission: Nelev

Absorption: N0lev

Loi # Beer-Lambert A = I0/It Log10A = K.l.C K = Coef. dabsorption

monochromatique

Schma gnral dun spectromtre


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dAbsorption Atomique (Emission)

Une source de photons: Source dmission Une source datomes: Source datomisation

Unmonochromateur: Slecteur de radiations

Un dtecteur: Photomultiplicateur+amplificateur

Source de photons


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Source de photons

Tube dcharge cathode creuse Cathode : lment doser (sel)

Anode: Lame de Zirconium

Tube rempli de gaz inerte (Ne, Ar) Dcharge : Tension 500 - 800 volts

Intensit = qqes mA (suivant lment)

Obtention du spectre dmission de llment doser

Lampes mono lment et multi lments

Gnrateurs datomes


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Gnrateurs d atomes

Fonction de la nature des lments doser Flamme: Cas gnral

Atomisation thermique: Dtection plus

basse Flamme froide et gnrateurs dhydrures:

spcifique certains lments (Hg,As..)

Torche plasma

Atomisation en flamme


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Atomisation en flamme

Objectif: Transformer des espces de la formeionique la forme atomique

Analyse dchantillons liquides exempts de particulessolides.

Capillaire: Transfert de lchantillon vers lachambre de nbulisation

Nbuliseur: Formation dun brouillard dans lecomburant: Fines gouttelettes

Brleur: Transformation des espces ltat atomique

Principales Flammes


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Principales Flammes

Combustible

Hydrogne

Comburant

Argon

Temprature

1000 K

Propane

Butane

Air

Oxygne

2200 K

3200 K

ActylneAir

Oxygne

Protoxyde

dazote

2500 K3400 K

3200 K

Autres Gnrateurs datomes


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Autres Gnrateurs d atomes

Atomisation lectrothermique: Four -Schage (# 100C)

- Dcomposition thermique (100 1800C) - Atomisation (1800-2600C)

- Nettoyage Four (2800C) Gnrateur de mercure

HgCl2+ SnCl2.Hg + SnCl4 Gnrateurs dhydrures As, Sb

Formations dhydrures (AsH3) + Flammefroide (1000C)

Slecteur de radiations et PM


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Slecteur de radiations et PM

Monochromateur: Slection dune longueurdonde

Bande passante: 0,05 0,1 nm si spectre

complexe sinon 0,5 2 nm Photomultiplicateur: Permet de compter les

photons transmis

Amplificateur + calculateur

La quantification


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La quantification

talonnage externe (ajouts doss) Flamme: Mesure en continu flux

constant..Permet de minimiser les fluctuations dela flamme

Pb des interfrences (chimiques, spectrales) Utilisation de modificateurs LaCl3, HNO3..

Ralisation de dilutions

Sensibilits: Flamme # ppmFour # ppb

Exemples dApplications


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Exemples d Applications

Sols, Sdiments NF X 31-151- Calcination 450C -

Solubilisation (HF,HCLO4) -

Evaporation et mise sec - Repriseeau rgal(HCl/HNO3)

Dosage par absorption atomique (Cd,

Co, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb, Zn)

Eaux : Dosage du Hg par SAA sansfl NF T 90 113


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flamme NF T 90-113

Minralisation de lchantillon par KMnO4etK2S2O8 95C

Rduction par SnCl2Obtention de Hg

Entranement sous argon Mesure 253,7 nm Cuve fentre

Limite de dosage 0,5 g/l

Eaux: Dosage de dix lmentst lli (di t t i di t )


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mtalliques (directe et indirecte)

NF T90-112 (Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ag,Cd et Pb)

Flammes air / actylne -

Oxydantes Fe, Ni, Cu, Mn -Rductrices Cr -Normales Co, Zn, Ar, Cd et Pb

Ex du plomb: 283,3 nm et/ou 217 nm Dosage direct

Elment Longueur donde Dtection (ppm)


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Elment Longueur d onde Dtection (ppm)

Cr 357,9 0,1-10

Mn 279,5 0,05 - 4

Fe 248,3 0,1 - 10

Co 240,7 0,1 - 10

Ni 232 0,1 - 10

Cu 324,7 0,05 - 6

Zn 213,8 0,05 - 2

Ag 328,1 0,05 - 4

Cd 228,8 0,05 - 2

Pb 217 0,2 - 10

Dosage indirect


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g

Complexation(APDC) etextraction du complexepar la MIBC

Dosage dans le phaseorganique

Cr 1-200 ppbMn 1-200 ppb

Fe 1-200 ppb

Co 1-200 ppbNi 1-200 ppb

Cu 1 -200ppb

Zn 0,5 - 50ppbAg 0,5 - 25ppb