18 • Analyseurs élémentaires
375
18.2 ANALYSE ÉLÉMENTAIRE ORGANIQUE
Le très grand nombre de composés moléculaires comportant à la fois l’élément carbone
(C) et quelques autres éléments légers tels l’hydrogène (H), l’azote (N) et l’oxygène (O),
est à l’origine d’une demande spécifique et importante de dosage de ces éléments. Les différents secteurs industriels (pétroléochimie, pharmacie, agrochimie) ainsi que la recherche
fondamentale qui gravitent autour de la chimie organique sont concernés.
Quand on synthétise des molécules au moyen de réactions, ou bien qu’on isole de nouveaux composés par extraction de sources d’origine naturelle on doit s’assurer de la structure et de la pureté de ces composés. Pour cela on doit effectuer leur analyse pondérale. Il
s’agit dans ce cas d’un type particulier d’analyse (microanalyse élémentaire organique) qui
consiste à trouver la composition élémentaire centésimale de la molécule étudiée, prise à
l’état pur. Le dosage d’un seul élément voire de deux (C et H le plus souvent) permet de
vérifier le bien fondé de la formule brute proposée pour une molécule non encore décrite
dont la structure a pu être déduite de son étude spectrale. Par ailleurs, en comparant les %
théoriques de chaque élément à ceux trouvés à partir d’un échantillon d’un composé dont on
connaît la formule brute, on détermine sa pureté (fig. 18.1).
C 27 H 27 N 3 O 6 S
% calculé C 62,18
H 5,22
N 8,06
= 521,5 g/mol
M
% trouvé C 62,02
H 5,29
N 8,15
Figure 18.1 Exemple de présentation de résultats d’une analyse centésimale.
Pour ces éléments de faible masse atomique, les méthodes d’absorption atomique (inopérante par manque de sources adaptées) ou de fluorescence X (manque de sensibilité dû à un
rayonnement de faible énergie) ne conviennent pas.
Le principe retenu pour doser ces éléments est de provoquer la combustion d’une prise
d’essai de quelques milligrammes du composé en le portant à température élevée en présence de dioxygène. Pour ce faire on utilise des analyseurs dédiés aux seuls éléments indiqués précédemment. Les éléments généralement présents : H, C, N, O, sont récupérés sous
forme de produits d’oxydation gazeux. Ceci a pour avantage de les séparer physiquement
de la matrice.
L’analyse élémentaire organique fournit une information essentielle, mais insuffisante
pour connaître la formule brute d’un composé totalement inconnu, cela pour plusieurs raisons. D’abord les appareils sont conçus pour ne doser qu’un petit nombre d’éléments parmi
d’autres éventuellement présents. De plus, même si on a l’assurance que tous les éléments
présents ont été dosés, la formule brute n’est connue qu’à un facteur entier près (dans
l’exemple de la figure 18.1, la formule brute C 54 H 54 N 6 O 12 S 2 aurait la même composition
centésimale en éléments). Pour lever cette ambiguïté on s’aide de la spectrométrie de masse
ou de la RMN qui dans la plupart des cas, suffisent déjà par elles-mêmes à trouver la formule
brute. Il faut remarquer enfin que pour tout composé, son analyse centésimale, bien qu’entachée d’une erreur expérimentale, alliée à la spectrométrie de masse par exemple, permet
de trouver sa formule brute exacte, les atomes étant toujours en nombre entier.
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit
375
18.2 ANALYSE ÉLÉMENTAIRE ORGANIQUE
Le très grand nombre de composés moléculaires comportant à la fois l’élément carbone
(C) et quelques autres éléments légers tels l’hydrogène (H), l’azote (N) et l’oxygène (O),
est à l’origine d’une demande spécifique et importante de dosage de ces éléments. Les différents secteurs industriels (pétroléochimie, pharmacie, agrochimie) ainsi que la recherche
fondamentale qui gravitent autour de la chimie organique sont concernés.
Quand on synthétise des molécules au moyen de réactions, ou bien qu’on isole de nouveaux composés par extraction de sources d’origine naturelle on doit s’assurer de la structure et de la pureté de ces composés. Pour cela on doit effectuer leur analyse pondérale. Il
s’agit dans ce cas d’un type particulier d’analyse (microanalyse élémentaire organique) qui
consiste à trouver la composition élémentaire centésimale de la molécule étudiée, prise à
l’état pur. Le dosage d’un seul élément voire de deux (C et H le plus souvent) permet de
vérifier le bien fondé de la formule brute proposée pour une molécule non encore décrite
dont la structure a pu être déduite de son étude spectrale. Par ailleurs, en comparant les %
théoriques de chaque élément à ceux trouvés à partir d’un échantillon d’un composé dont on
connaît la formule brute, on détermine sa pureté (fig. 18.1).
C 27 H 27 N 3 O 6 S
% calculé C 62,18
H 5,22
N 8,06
= 521,5 g/mol
M
% trouvé C 62,02
H 5,29
N 8,15
Figure 18.1 Exemple de présentation de résultats d’une analyse centésimale.
Pour ces éléments de faible masse atomique, les méthodes d’absorption atomique (inopérante par manque de sources adaptées) ou de fluorescence X (manque de sensibilité dû à un
rayonnement de faible énergie) ne conviennent pas.
Le principe retenu pour doser ces éléments est de provoquer la combustion d’une prise
d’essai de quelques milligrammes du composé en le portant à température élevée en présence de dioxygène. Pour ce faire on utilise des analyseurs dédiés aux seuls éléments indiqués précédemment. Les éléments généralement présents : H, C, N, O, sont récupérés sous
forme de produits d’oxydation gazeux. Ceci a pour avantage de les séparer physiquement
de la matrice.
L’analyse élémentaire organique fournit une information essentielle, mais insuffisante
pour connaître la formule brute d’un composé totalement inconnu, cela pour plusieurs raisons. D’abord les appareils sont conçus pour ne doser qu’un petit nombre d’éléments parmi
d’autres éventuellement présents. De plus, même si on a l’assurance que tous les éléments
présents ont été dosés, la formule brute n’est connue qu’à un facteur entier près (dans
l’exemple de la figure 18.1, la formule brute C 54 H 54 N 6 O 12 S 2 aurait la même composition
centésimale en éléments). Pour lever cette ambiguïté on s’aide de la spectrométrie de masse
ou de la RMN qui dans la plupart des cas, suffisent déjà par elles-mêmes à trouver la formule
brute. Il faut remarquer enfin que pour tout composé, son analyse centésimale, bien qu’entachée d’une erreur expérimentale, alliée à la spectrométrie de masse par exemple, permet
de trouver sa formule brute exacte, les atomes étant toujours en nombre entier.
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit