Analyse chimique : dosage par la méthode de l'étalon interne. Concours Assistant d'ingénieur Maine Itrf 2014

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Culture générale.
L’HPLC est une technique :
A : de cristallisation. Faux.
B : de séparation de molécule. Vrai.
C : de purification. Faux.
En HPLC, phase inverse, quelles ont les phases ?
A : Phase stationnaire apolaire et phase éluante polaire. Vrai.
B : Phase stationnaire polaire et phase éluante apolaire. Vrai.
 En HPLC, peut-on utiliser un détecteur de réfractométrie lors d’une élution en gradient de phase mobile ? Justifier.
  Le réfractomètre mesure la variation de l'indice de réfraction du liquide à la sortie de la colonne. Cet indice dépend de la température  du liquide. On compare cet indice avec celui de la phase mobile pure, ce dernier sert de référence. Ce détecteur exclut les variations de composition de la phase mobile. Ce détecteur est utilisé en mode isocratique.
Que signifie « Colonne C18 »
Les groupes alkyles greffés sur la phase stationnaire comptent 18 atomes de carbone.
Classer par ordre de polarité croissante les solvants : méthanol, isopropanol, hexane, eau, dichlorométhane.
Hexane, dichlorométhane, isopropanol, méthanol, eau.
Faire le schéma de principe d’un chromatographe en phase gaz. Présenter brièvement les différents éléments et leur fonction.

Entourer dans la liste suivante les détecteurs de la chromatographie gazeuse :
Conductimètre, réfractomètre, catharomètre ( vrai), spectromètre de masse ( vrai), ionisation de flamme ( vrai), barette diodes, fluorimètre, capture d'électrons ( vrai).
Que signifie le sigle RMN ?
Résonance magnétique nucléaire.
Quelle est la particularité des solvants utilisés en RMN ?
Les solvants sont deutérés et les molécules organiques doivent y être solubles.
Ces solvants contiennent en général du TMS (à 0,3 ou 1%), que signifie ce terme TMS ? A quoi sert-il ?
Le signal des protons du TMS ( tétraméthylsilane)  sert de référence.
Les 12 protons équivalents du TMS présentent une absorption intense à des champs plus forts que dans la plupart des autres protons. Le pic correspondant est bien séparé à droite de l'enregistrement.
 En RMN 1H, à quoi ressemble le signal d’un méthyle (CH3) voisin d’un méthylène (CH2) ?
Le signal de ce méthyle est un triplet.
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Dosage par la méthode de l’étalon interne.
L’Aspro Accel® est une spécialité appartenant à la classe des antalgiques et antipyrétiques.
On se propose de doser l’acide acétylsalicylique et la caféine dans l’Aspro Accel®.
L’étiquette indique la composition suivante : - acide acétylsalicylique (aspirine 500 mg)
- caféine (50 mg).
La technique retenue est la chromatographie liquide couplée à un détecteur UV-visible. Le dosage
est réalisé par étalonnage interne à l’aide de l’acide benzoïque.
L’analyse se fait à la longueur d’onde 270 nm.
L’éluant est composé d’un mélange méthanol 35% et eau 65% avec acide acétique à 0,5%
Le débit est de 1,2mL/min.
Une solution contenant la caféine, l’acide acétylsalicylique et l’acide benzoïque à 0,05 mol.L-1 en
chacun des composés a été injectée. Le chromatogramme est le suivant :

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Identification des fractions.
On a analysé par RMN 1H la fraction sortant à 3,07 min.

Justifier autant que possible qu’il s’agit bien de caféine à partir du spectre.
La caféine comporte 4 groupes de protons équivalents, ces derniers n'ont aucun proton proche voisin : on observera donc des singulets. La courbe d'intégration indique 3 pour les protons des groupe méthyle et 1 pour le proton du cycle aromatique.
Le déplacement chimique ( 7,5 ppm)  correspond à un proton d'un cycle aromatique. Les déplacements chimiques vers 3,5 - 4 ppm correspondent à des groupes méthyles fixés sur un hétéroatome.
De même, on a analysé la fraction sortant à 4,58 min :


Justifier autant que possible qu’il s’agit bien d’acide acétylsalicylique à partir des spectres.
Le singulet vers 10,5 ppm correspond au proton de l'acide carboxylique ; celui vers 2,4 ppm aux 3 protons du groupe méthyle en alpha du groupe ester. Les autres signaux correspondent aux protons aromatiques.
Les deux fractions ont également été analysées par spectrométrie de masse. Deux enregistrements A et B ont été obtenus en impact électronique.

Que signifie m/z ? Rapport masse sur charge pour un ion donné.
Pour chacune des deux molécules, quelle valeur de m/z vous attendez vous à trouver sur le spectre de masse ?
Lors de l'ionisation par impact électronique, un électron faiblement lié est éjecté de la molécule, ce qui conduit à un radical cation ( un électron célibataire et une charge positive), appelé ion moléculaire ayant même masse que la molécule initiale. Puis cet ion moléculaire se fragmente.
A : caféine , ion moléculaire à m/z = 194 ; B : aspirine, ion moléculaire à m/z = 180.
Sur le spectre de masse A, quel est le pic majoritaire ? Quel est le pic pseudo-moléculaire ?
Le pic majoritaire correspond à m/z = 194 ( pic moléculaire). Le pic pseudo-moléculaire correspond soit à l'ajout d'un proton (M+H)+ : masse M+1, charge 1, soit à la perte d'un proton ( M-H)+ : masse M-1, charge -1.
Sur le spectre de masse B, quel est le pic majoritaire ? Comment s’est formé l’ion m/z 43 ? Quelle est sa formule ?
Quelle indication vous donne-t-il sur l’identité de la molécule correspondant à ce spectre ?
Le pic majoritaire est situé à m/z = 120. L'ion à m/z = 43 correspond à CH3-CO+, coupure de la liaison C-O du groupe ester.

Dosage du comprimé
Afin de déterminer le facteur de réponse des 2 molécules par rapport à l’étalon interne, une solution avec les 3 composés, dont les masses sont indiquées dans le tableau, est injectée.

Composé
 Masse de composé (g)
 % massique
 Aire
 % Aire
Caféine
 0,024
 17,52
 44725
 61,65
Aspirine
 0,055
 40,15
 10447
 14,40
Acide benzoïque
 0,058
 42,33
 17367
 23,94

Calculez le facteur de réponse pour les 2 molécules par rapport à l’étalon interne.
Kcaféine =%mcaféine / %mac.benzoîque * %Aac benzoïque / %Acaféine=17,52 / 42,33 *23,94 / 61,65 =0,161.
Kaspirine =%maspirine / %mac.benzoîque * %Aac benzoïque / %Aaspirine=40,15 / 42,33 *23,94 / 14,4 =1,577.
On réalise ensuite la manipulation suivante sur le comprimé :
Extraction des principes actifs de l’Aspro Accel® : dissoudre un comprimé dans un becher de 100 mL avec un peu d’eau ultra-pure. Compléter à 100 mL avec une fiole jaugée. Filtrer la solution sur papier filtre. Dégazer 10 minutes à la cuve à ultra-sons. Prélever 5 mL de la solution, ajouter 0,005 g d’acide benzoïque et compléter avec du méthanol au trait de jauge. Injecter.
Les résultats de l’analyse de l’échantillon sont donnés ci-dessous : A cafeine =53320, Aaspirine =52354, Aac benzoïque = 16089.
%A cafeine =43,79, %Aaspirine =43,00, %Aac benzoïque = 13,21.
Déterminer la concentration en acide acétylsalicylique et en caféine dans l’échantillon, puis dans un comprimé d’Aspro Accel®.
Dm=%Aac benzoïque +Kcaféine %A cafeine +Kaspirine %Aaspirine =13,21 +0,161*43,79 +1,577*43,0 =88,07.
%mcaféine =Kcaféine %A cafeine / Dm=0,161*43,79 / 88,07 =0,0800 ou 8,00%.
%maspirine =Kaspirine %Aaspirine / Dm= 1,577*43,00 / 88,07 =0,770 ou 77,0 %.
%mac benzoïque =15 % ; masse de l'échantillon : m = 0,005 / 0,15 =0,0333g = 33,3 mg.
Masse d'aspirine dans l'échantillon : 33,3 *0,77 =25,66 ~25,7 mg ; masse de caféine dans l'échantillon : 33,3 *0,080 =2,666 ~2,67 mg.
Masse d'aspirine dans le comprimé : 25,7 *100 / 5 =514 mg ; masse de caféine dans le comprimé : 2,67*100/5 =53,3 mg.



  

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