analyse chimique

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Présentation

analyse chimique, ensemble des procédures et des techniques utilisées pour identifier et quantifier la composition d'un échantillon de matière.

L'analyse chimique immédiate est la séparation des corps purs d'un mélange ; l'analyse élémentaire consiste à séparer et à doser les éléments d'une combinaison chimique. On ne parlera pas ici de cette dernière. L'analyse qualitative permet de déterminer la nature des éléments chimiques présents dans un composé, et l'analyse quantitative a pour but de doser un ou plusieurs de ses constituants. Par exemple, déterminer si un échantillon de sel contient l'élément iode est une analyse qualitative ; doser le pourcentage massique de l'iode présent dans l'échantillon est une analyse quantitative.

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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 commence par séparer ces phases. Par 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. Par exemple, on extrait facilement 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 donc pas les séparer par différence de solubilité dans ce liquide. Cependant, seule la limaille de fer est magnétique, on pourra donc la récupérer par triage magnétique. On peut séparer des constituants liquides par distillations successives ou fractionnées. Dans certains cas, des cristallisations successives permettent de séparer les constituants solides.

La chromatographie est la méthode de séparation la plus souvent applicable. Elle a un grand nombre 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 séparées 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 permet de 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. Par exemple, déterminer le pH (concentration en ions hydrogène) du sang avec une électrode de verre ne nécessite pas d'étape de séparation préalable.

L'étalonnage constitue 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 étalonnés en utilisant un composant pur ou un échantillon contenant une quantité connue du composant.

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Identification minérale et organique

Après avoir isolé un corps pur, on peut déterminer la nature de ses constituants ou de ses fonctions chimiques.

En général, les composés minéraux sont dissous dans l'eau en donnant des ions. Pour identifier les ions inorganiques, on utilise un procédé « par voie humide ». On sépare les ions par précipitation sélective, puis on les fait réagir avec un composé spécifique : il se forme alors un précipité ou la solution se colore, ce qui permet d'identifier les ions. Le tableau ci-contre indique les méthodes d'identification d'éléments métalliques courants.

En chimie organique, on identifie les fonctions en faisant réagir le composé avec un réactif spécifique, la réaction étant visible à l'œil nu. Par exemple, une fonction alcène blanchit une solution de brome (orangée).

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Analyse quantitative

Les résultats sont donnés en pourcentage massique pour un solide, en concentration molaire pour un liquide. La détermination d'une valeur nécessite plusieurs mesures. Statistiquement, on doit effectuer un nombre suffisant de mesures pour s'approcher le plus possible de la valeur exacte. La technique d'analyse détermine également le nombre de mesures à effectuer. Il est donc important de calculer la moyenne et la précision des mesures qui représentent l'incertitude sur la valeur mesurée. La sensibilité limite d'un appareil est la valeur minimale que l'on peut mesurer avec cet appareil. De nombreux instruments de mesure sont automatisés et dans certains cas couplés à un ou plusieurs ordinateurs, ce qui permet d'effectuer et d'enregistrer rapidement un grand nombre de mesures.