Sciences de la Séparation et Chimie Analytique

Ce cours est destiné à fournir aux étudiants les connaissances de base nécessaires à la résolution d'un problème analytique ainsi que les concepts de la science de la séparation. Quelles que soient l'information recherchée sur une substance chimique (concentration, structure, état chimique, prévision de son transport ou de son élimination, etc.) et la nature du milieu dans lequel elle se trouve (chimique, biochimique, biologique), la mise en oeuvre d'une stratégie analytique requiert toujours une bonne connaissance des interactions qui lient cette substance à son propre milieu et dans la plupart des cas la mise en oeuvre d'une méthode de séparation. Cette dernière est généralement obtenue grâce au développement de nouvelles interactions (en sélectionnant de façon raisonnée un autre milieu) qui résultent en une différence de transport des espèces d'un milieu à l'autre et notamment aux interfaces.

Le cours débute avec l'étude des divers types d'interactions et de modes de transport aux interfaces. Ces concepts sont illustrés avec l'étude de quelques méthodes de caractérisation et de séparation, exposées selon les interfaces, les modes de transports et les interactions spécifiques développés. L'importance relative de ces concepts dépend de la méthode. Ainsi, l'électrophorèse exploite la différence de mobilité des espèces sous l'effet d'un champ électrique élevé. L'électrochimie exploite la différence des vitesses de transfert électronique et de transport de matière qui ont lieu dans la couche de diffusion à l'interface électrode-solution. Quant aux méthodes chromatographiques, elles sont d'abord classées selon la nature des interfaces mises en oeuvre (gaz-solide, liquide-solide, fluide supercritique-solide) et ensuite selon les types d'interactions impliqués (adsorption, partage, échange d'ions, etc.).

Quelques applications réelles illustreront les concepts de base des sciences séparatives. Dans l'environnement et dans le domaine médical, les composés recherchés sont à l'état de traces, ce qui amène à l'étude du prétraitement des échantillons avant analyse. Les nouveaux enjeux pour le vivant (protéomique, etc.) font appel à l'analyse d'échantillons très complexes qui sont résolus par des couplages intelligents entre les diverses méthodes électrophorétiques et chromatographiques.

Le composé en interaction dans un milieu donné : notions de solvatation (milieu aqueux et non aqueux), notions de paires d'ions, interactions électrostatiques (entre ions, dipôles, ion-dipôle, dipôle-dipôle induit, interactions de dispersion et de répulsion), interactions spécifiques (hydrogène, hydrophobe), échelle relative des énergies des interactions

Les modes de transports aux interfaces

Electrochimie :
• Réactions électrochimiques et modes de transports, phénomènes de double couche électrique
• Courbes intensité-potentiel: généralités, systèmes réversibles et irréversibles,
• Application des courbes intensité-potentiel à l'anticorrosion
• Capteurs électrochimiques, microélectrodes
• Etat stationnaire et non stationnaire : application de la voltampérométrie cyclique à l'étude de mécanismes réactionnels

Chromatographies :
• classification, comparaison et complémentarité
• Notions fondamentales thermodynamiques et cinétiques
• Processus physico-chimiques mis en oeuvre dans les principaux modes (adsorption, partage, échange d'ions, exclusion)
• Prévision et optimisation des paramètres de séparation
• Les divers modes de détection et leur couplage

Electrophorèse capillaire et électrochromatographie

Analyse de traces : traitement des échantillons; augmentation de la sensibilité des méthodes par miniaturisation; couplage en ligne extraction, séparation, identification

Analyse de mélanges complexes : analyse des protéines par électrophorèse sur gel bidimensionnelle; les méthodes alternatives par couplage ce chromatographies et électrophorèse capillaire.

Le stage de travaux pratiques de quatre semaines permet d'approfondir quelques aspects de la chromatographie en phase gazeuse et en phase liquide, de l'électrophorèse et de l'électrochimie. Ces aspects permettent par l'expérience d'approfondir les connaissances générales en chimie des solutions avec les milieux non aqueux et dans la prévision de la forme chimique des espèces dans divers milieux. Le traitement des échantillons est abordé avec l'analyse de traces de pesticides dans l'environnement ou de résidus de médicaments ou métabolites dans les liquides biologiques.

Laboratoire Environnement et Chimie Analytique