Détermination de la concentration en phosphore et en cations

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Les différentes sortes d’électrodeset la normalisation de l’échelle de pH.

Sans entrer dans les détails, voici pour information les différentes méthodes de mesure du pH : ¨ L’électrode à hydrogène présente un intérêt historique, théorique et métrologique; car c’est par ce moyen que sont normalisées toutes les mesures de pH et que sont étalonnées les solutions étalons primaires, par suite les solutions étalons secondaires, qui serviront à l’étalonnage des solutions étalons commercialisées. Ceux-ci seront enfin utilisés pour étalonner des chaînes de mesure du pH dans les laboratoires.
L’électrode à hydrogène est considérée comme la méthode absolue car elle met en jeu le couple électrochimique H2/H+ et permet donc de mesurer un potentiel électrique lié directement à l’activité des ions H+.
Cette méthode reste néanmoins très lourde, très délicate et est inutilisable pour des mesures de routine en laboratoire.
¨ L’électrode à quinhydrone et l’électrode à antimoine ont été également utilisées pour la mesure du pH, mais ces méthodes présentent de nombreuses limitations théoriques et pratiques.
¨ Les indicateurs colorés qui sont des substances organiques et qui présentent une coloration différente sous la forme acide et sous la forme basique. Ils sont utilisés en solution, ou disposés en judicieux mélanges sur des bandelettes appelées couramment « papier pH ». C’est une méthode encore très utilisée en raison de sa simplicité et de son faible coût. Cependant ses principaux inconvénients sont son inexactitude de mesure, à cause de la largeur de la zone du virage de l’indicateur coloré et de la subjectivité d’appréciation des couleurs par l’utilisateur, sa difficulté d’utilisation dans les milieux troubles ou colorés et son impossibilité d’automatisation.
¨ La méthode de mesure potentiométrique grâce à une électrode de verre reste le moyen universellement employé pour la mesure du pH. Cette méthode utilise une chaîne de mesure composée :
– d’un pH-mètre (millivoltmètre à haute impédance d’entrée).
– d’une électrode combinée ou d’une électrode de verre associée à une électrode de référence.
– d’une sonde de température.
– de solutions étalons de valeurs de pH connues, aussi appelées solutions tampons.
Il s’agit cependant d’une méthode relative et donc, si l’on souhaite effectuer par ce moyen des mesures de pH absolues, il est nécessaire de passer par une normalisation de la méthode. C’est un étalonnage de la chaîne complète de mesure au moyende solutions étalons pH traçables à des étalons primaires dont le pH aura été déterminé par une électrode à hydrogène appartenant à un laboratoire accrédité.

Les électrodes de mesure.

L’électrode de verre constitue une demi-pile. Pour effectuer des mesures, il faut l’opposer à une autre demi-pile, dite de référence, dont le potentiel reste constant à une température donnée, quel que soit le milieu dans lequel elle est plongée.
De nombreux assemblages permettent cette fonction, mais les deux modèles les plus fréquemment utilisés pour les mesures de pH sont :
¨ l’électrode au calomel saturée, en abrégé ECS, constituée de la chaîne suivante: mercure / chlorure mercureux / KCl saturé // C’est la plus utilisée en raison de sa grande stabilité dans le temps et de son faible coefficient de température.
Pour cette électrode, l’élément de référence est untube de verre dans lequel on a placé une goutte de mercure au contact d’un fil de platine, puis une pâte composée de chlorure mercureux et de chlorure de potassium, le tout maintenu en place par un coton hydrophile. Un tel élément baigné dans une solution de chlorure fournit un potentiel qui dépend de la teneur en chlorures de la solution.
Il a été choisi de saturer la solution en chlorure de potassium ce qui, pour une température donnée fixe le potentiel. Ce choix de la saturation est important, car il est aisé de contrôler visuellement la présence de cristaux, ce qui n’est pas le cas pour toute autre concentration.
En effet, ni les variations de concentration en KCl de la solution de remplissage, ni l’effet de la température qui peuvent provoquer une variation du potentiel de l’électrode de référence ne sont pris en compte par la compensation automatique de température du pH-mètre.
¨ l’électrode au chlorure d’argent, constituée de la chaîne suivante : argent / chlorure d’argent / KCl saturé + AgCI saturé //.
Elle remplace généralement l’électrode au calomel,dans les électrodes combinées, pour sa simplicité de construction et son faible encombrement et pour les mesures de pH à température élevée ( > 60 °C). Cependant, l’élément de référence de cette électrode étant sensible à la lumière, cela peut amener de faibles variations de son potentiel. Certains fabricants protègent de la lumière l’élément de référence de ce type d’électrode par une capsule deverre rouge.
Un simple fil d’argent recouvert de chlorure d’argent, analogue à l’élément de référence interne d’une électrode de verre, baigne dans une solution saturée à la fois en chlorure de potassium et en chlorure d’argent.
Il est important d’insister sur cette double saturation, car le chlorure d’argent, très peu soluble dans l’eau, voit sa solubilité augmenter très fortement dans les solutions de chlorure de potassium (près de 1 g/l dans du KCI saturé).
Si la solution de remplissage n’est pas saturée en chlorure d’argent, celui à l’état solide présent sur le fil d’argent passe en solution et amène une détérioration rapide et irréversible de l’électrodede référence.

Spectrométrie d’émission et Absorption atomique. [3] [4] [12]

La spectrométrie d’émission et d’absorption atomique servent à mesurer les concentrations en cations zinc, sodium, potassium, fer, magnésium et calcium dans la feuille de la plante Aef.
La plupart de ces techniques utilisent le même prin cipe. La matière est traversée par un rayonnement électromagnétique dont elle absorbe puis émet de l’énergie, car elle subit les phénomènes suivants : transition des électrons entre les niveaux d’énergie de la molécule, vibrations ou rotations des liaisons interatomiques, modifications des spins électroniques. Ainsi, les spectromètres émettent un rayonnement électromagnétique qui traverse le composé étudié et enregistrent le spectre d’absorption ou d’émission permettant de déterminer les longueurs d’onde et les intensités du rayonnement absorbé ou émis par al matière. Ces longueurs d’ondes sont caractéristiques d’un groupe fonctionnel (organique) et les intensités relatives des raies d’émission ou d’absorption permettent de déterminer la proportion des constituants correspondants dans la molécule.

Emploi de vapeur surchauffée.

En employant de la vapeur sèche on améliore le rendement massique de l’opération. Au-delà de 100°C, on peut surchauffer la vapeur puis l’envoyer dans le liquide à entraîner. Ce liquide est alors soit chauffé soit mis dans un récipient soigneusement calorifugé. Le produit A à température plus élevée a une tension de vapeur saturante plus grande et la somme des pressions est obtenue avec une vapeur d’eau détendue.
L’entraînement en vapeur humide peut se airef en ajoutant de l’eau dans le mélange, en portant l’ensemble à ébullition et en condensant la vapeur formée par chauffage. Une autre méthode consiste à générer la vapeur dans un montage quelconque et à l’envoyer dans le mélange à entraîner. Cette dernière méthode est indispensable à l’emploi de vapeur sèche (ou surchauffée). L’entraînement à la vapeur sèche permet d’extrairel’azote minéral dans la solution étudiée. L’azote minéral formé, généralement sous forme d’ammonium, est déplacé en présence de la soude concentrée pour libérer l’ammoniac NH de l’ammonium NH + suivant la réaction :
NH4 + + OH- —————–> NH3 + H2O
L’ammoniac est ensuite entraîné par la vapeur d’eau vers une solution d’acide borique.

Extraction de l’extrait Aef-HA.

L’extraction liquide-liquide de l’extrait Aef-HA permet de séparer les différents constituants de cet extrait en utilisant des solvants organiques non miscibles à l’eau suivant la polarité croissante : dichlorométhane < n-butanol.
Des volumes égaux d’extrait Aef-HA et du solvant dichlorométhane sont mélangés dans un flacon bouché. Le mélange est agité énergiquement pendant plusieurs minutes, transvasé dans une ampoule à décanter et laissé reposer pendant une demi-journée. La phase inférieure ou phase organique est récupérée puis évaporée. La phase aqueuse supérieure est traitée trois fois avec les mêmes quantités de dichlorométhane. Les extraits obtenus sont évaporés et le résidu sera noté par EO-DM.
La phase aqueuse, notée XAQ1 est épuisée par le n-butanol. Seulement 200 ml de XAQ1 ont été extraits après deux partages successives avec 100 ml de n-butanol. Le résidu obtenu après évaporation est noté EO-BU. Et la phase aqueuse inférieure est notée XAQ2.
La phase aqueuse XAQ2 est ensuite évaporée à l’aide du rotavapor. Le résidu obtenu est codé X’AQ2.
Le schéma 3 suivant donne les procédés d’extraction liquide-liquide avec des solvants de polarité croissante de l’extrait Aef-HA.

Extraction liquide-liquide de l’extrait Aef-AQ.

Des volumes connus d’extrait Aef-AQ et du solvant n-butanol sont mélangés dans un flacon bouché. Le mélange est agité énergiquement pendant plusieurs minutes, transvasé dans une ampoule à décanter et laissé au repos pendant une demi-journée. La phase supérieure ou phase organique est recueillie puis évaporée. Son résidu est noté EY-BU; tandis que la phase aqueuse inférieure YAQ est traitée une deuxième fois avec esl mêmes opérations. La phase aqueuse inférieure est évaporée et son résidu sera noté Y’AQ.
Le schéma 5 suivant résume les procédés d’extraction liquide-liquide de l’extrait Aef-AQ.

Confirmation des résultats par la chromatographie sur couche mince CCM. [4] [7]

La CCM a pour but de confirmer l’existence des divers groupes phytochimiques détectés par le screening phytochimique tout en cherchant des systèmes valables pour les éventuelles séparations chromatographiques.
Sur une plaque CCM, on trace à l’aide du crayon papier un trait à environ 1 cm des deux bords inférieur et supérieur et parallèlement à ceux-ci. Sur le trait inférieur, une microgoutte de chaque extrait étudié est déposée à environ 0,5 cm d’intervalle. Les taches sont séchées avant l’élution. La plaque est introduite dans un cuve de verre saturé par le solvant d’élution. Le trait dessiné sur la plaque ne doit pas tremper dans le solvant. Lorsque le solvant atteint le front du solvant, nous faisons sortir la plaque puis nous laissons le solvant s’évaporer.
Nous mesurons ensuite les Rf des substances à partir du centre de la tache. Les taches invisibles à l’œil sont révélées par un examen sous lampe UV et par la formation de réactions colorées comme l’acide sulfurique 50% à froid et à chaud, le vanilline phosphorique, le butanol / acide acétique / eau (BAE) (4/1/5), le réactif de Draggendorff…. La combinaison d’une couleur caractéristique et de la valeur du Rf permet d’identifier avec une plus grande certitude les taches obtenues.

Table des matières

PARTIE THEORIQUE
I. Chromatographie sur couche mince (CCM)
I.1. Généralités sur la chromatographie.
I.2. Principe de la CCM.
II. Mesure de la valeur de pH.
II.1. Définition du pH.
II.2. Activités et concentrations
II.3. Echelle de pH et température.
II.4. Les différentes sortes d’électrodes et la normalisation de l’échelle de pH
II.5. La chaîne de mesure en pH-métrie.
II.5.1. Principe.
II.5.2. Les électrodes de mesure
III. Réaction de complexation.
III.1. Structure du complexe
III.2. Réaction de complexation.
IV. Spectrocolorimètre
IV.1. Principe.
IV.2. Analyse qualitative
IV.3. Analyse quantitative.
V. Spectrométrie d’émission et Absorption atomique.
VI. Minéralisation.
VI.1. Principe.
VI.2. Distillation de l’ammoniac NH3 par entraînement à la vapeur.
VI.2.1.Principe
VI.2.2. Modèle
VI.2.3. Emploi de vapeur surchauffée.
Première partie : DETERMINATION DES CONSTITUTIONS ORGANIQUES DE LA FEUILLE DE LA PLANTE Aef
Chapitre I : Inventaire des constituants organiques de la feuille de la plante Aef
I. Introduction
II. Méthodologie.
II.1. Conditionnement.
II.2. Broyage
II.3. Extraction.
II.3.1. Résultats.
II.3.2. Interprétations.
II.3.3. Extraction liquide-liquide de l’extrait Aef-HA
II.3.3.1. Extraction l’extrait Aef-HA.
II.3.3.2. pH en fonction du temps de l’extrait Aef-HA.
II.3.3.3. Interprétations.
II.3.4. Extraction liquide-liquide de l’extrait Aef-AQ.
II.3.4.1. Extraction à reflux de l’extrait Aef-AQ.
II.3.4.2. Extraction liquide- liquide de l’extrait Aef-AQ
II.3.4.3. pH en fonction du temps de l’extrait Aef-AQ
II.3.4.4. Interprétations.
II.3.5. Préparation de l’extrait hydroalcoolique Aef-HAL
II.3.6. Conclusion
III. Résultats
III.1. Identification des constituants organiques de la feuille de la plante Aef par le screening phytochimique.
III.1.1. Résultats
III.2. Confirmation des résultats par la chromatographie sur couche mince CCM……
III.2.1. Résultats.
IV. Conclusion.
Chapitre II : Etude pH-métrique de la décoction et de l’infusion des feuilles fraîches de Aef
I. Introduction
II. Méthodologie.
II.1. Etude pH-métrique de la décoction des feuilles fraîches de Aef
II.1.1. Préparation de la décoction
II.1.2. Mesure pH-métrique du décocté.
II.1.3. Résultats.
II.2. Etude pH-métrique de l’infusion des feuilles fraîches de Aef
II.2.1. Préparation de l’infusion.
II.2.2. Mesure pH-métrique de l’infusé.
II.2.3. Résultats.
III. Conclusion .
Deuxième partie : Détermination des constituants minéraux des feuilles de la plante Aef
I. Introduction
II. Méthodologie.
II.1. Extraction.
II.1.1.Détermination du pourcentage en azote total %N
II.1.1.1. La minéralisation.
II.1.1.2. Indicateurs colorés.
II.1.1.3.1. Zone de virage des indicateurs colorés dans l’eau.
II.1.1.3.2. Indicateurs colorés mixtes.
II.1.1.3. Extraction de l’azote minéral.
II.1.1.4. Le titrage acide
II.1.1.5. Le pourcentage en azote %N
II.1.1.6. Résultats.
II.1.2. Détermination de la concentration en phosphore et en cations
II.1.2.1. Calcination
II.1.2.2. Dilution du sel
II.1.2.3. Détermination de la concentration en phosphore.
II.1.2.3.1. Réaction de complexation du phosphate.
II.1.2.3.2. Description de l’appareil
II.1.2.3.3. Mesure de l’absorbance du phosphore.
II.1.2.3.4. Détermination de la concentration en phosphore.
II.1.2.3.5. Résultats
II.1.2.4. Détermination de la concentration en cations
II.1.2.4.1. Mesure de la concentration des cations.
II.1.2.4.2 Description de l’appareil
II.1.2.4.3. Conversion en ppm de la concentration en mg/l.
II.1.2.4.4. Résultats
II.2. Résultats et interprétations.
II.3. Détermination de la concentration en cations dans la décoction de la feuille de la plante Aef
II.3.1. Préparation de la décoction de la feuille de l’Aef.
II.3.2. Détermination de la concentration des cations dans le décocté
II.3.3. Résultats.
III. Discussions.
IV. Conclusion.
CONCLUSION GENERALE

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