rapport de stage à la police scientifique et technique, Guide, Projets, Recherche de Chimie

Télécharge rapport de stage à la police scientifique et technique et plus Guide, Projets, Recherche au format PDF de Chimie sur Docsity uniquement! RAPPORT DE STAGE Stage effectué du 03 au 14 avril 2022. Intitulé   : Techniques n’analyses chimiques et physicochimiques au laboratoire central de la police scientifique et technique de la DGSN Tuteur de stage : Encadreur académique : Etablissement : Université Mouloud Mammeri de Tizi Ouzou3ème année licence chimie fondamentale Etablissement d’accueil : Laboratoire centrale de la police Scientifique et technique de la DGSN 2021 / 2022 Page 0 REMERCIEMENTS  Avant tout développement sur cette expérience professionnelle, il apparaît opportun de commencer ce rapport de stage par des remerciements, à ceux qui m’ont beaucoup appris au cours de ce stage, et même à ceux qui ont eu la gentillesse de faire de ce stage un moment très profitable. Je saisi cette occasion pour adresser mes profonds remerciements aux responsables et au personnel du Laboratoire central de la police scientifique et technique de la DGSN pour l’encadrement et le conseil qu’ils ont pu me prodiguer au cours de ces deux semaines. 2021/2022 Page 1 a) l’aspect physique de l’échantillon : L’aspect physiqueest très important pour l’identification, c’est pourquoi il faut en prendre d’abord une photo avant et après déballage, non seulement pour garder une trace de son état initial mais aussi afin de le mettre dans le rapport final. Dès le départ, on peut vite décider le type d’analyse adéquat pour l’échantillon reçu, en cas d’ambiguïté ou de difficultés dans l’identification , on passe vers d’autres tests pouvant servir d’orientations et même d’analyses qualitatives . Néanmoins, noter les caractéristiques telles que ; le volume, la masse, la viscosité,… reste indispensable pour l’analyse, tout en évitant une quelconque dégradation de l’échantillon. b) Indicateurs colorés : Les indicateurs colorés sont généralement des acides ou des bases organiques faibles ; leur changement de couleur se produit dans un domaine de 1 à 2 unités de pH : le tournesol, bleu en milieu basique, devient rouge quand le pH est inférieur à 6-8 ; l'hélianthine, jaune en milieu basique, devient rose quand le pH est inférieur à 3-45 ; la phtaléine du phénol, rouge en milieu basique, devient incolore dès que le pH est inférieur à 8-10. c) Identification de quelques cations et anions en solution : Ions Na+ et K+ : Test à la flamme Un fil de fer trompé dans une solution aqueuse de chlorure de sodium est introduit dans la flamme bleue d’un bec bunsen. On constate que, la flamme prend une teinte jaune, caractéristique des ions Na+. Dans le cas où le fil est trempé dans une solution de chlorure de potassium (K+ +Cl–), la flamme prend une couleur violette mettant en évidence les ions K+. Ion calcium Ca2+: Formation de précipité Lorsqu’on verse dans une solution incolore de chlorure de calcium (Ca2+ + 2Cl–) quelques gouttes d’oxalate d’ammonium (NH4)2C2O4, on obtient un précipité blanc d’oxalate de calcium CaC2O4 caractérisant les ions Ca2+. Ion chlorure Cl– : Formation de précipité En versant quelques gouttes de nitrate d’argent (Ag+ +NO3-) dans une solution de chlorure de sodium. il se forme un précipité blanc de chlorure d’argent(AgCl) qui noircit à la lumière. Ion sulfate SO42-: Formation de précipité. Lorsqu’on verse quelques gouttes de chlorure de baryum ( Ba2+ + 2Cl–) dans une solution incolore de sulfate de sodium (2Na+ + SO42-) il se forme un précipité banc de sulfate de baryum BaSO4 mettant en évidence les ions sulfates. 2021/2022 Page 4 d) pH d’une solution : On peut mesurer le pH d’une solution à l’aide d’un papier pH. On compare la couleur prise par le papier pH longé dans la solution avec celles figurant sur le rouleau du papier. Cette méthode bien que rapide est moins précise. Pour avoir une valeur précise de pH, on utilise un pH-mètre. Il est important d’avoir le pH de la solution avant qu’elle passe en analyse, car en cas d’acidité élevée, elle peut dégrader et nuire au dispositif utilisé (exemple : abimer la colonne). 2- Analyses spectrales : Les vibrations moléculaires sont à l'origine de l'absorption du rayonnement infrarouge (IR) par la matière, car les niveaux d'énergie moléculaires vibrationnels sont séparés par des énergies qui tombent dans le domaine infrarouge du spectre électromagnétique. La partie infrarouge du rayonnement électromagnétique est partagée en trois domaines : le proche infrarouge (le plus énergétique) qui s'étend de 14 000 à 4000 cm -1 (0,7-2,5 μm en longueurs d'onde) ; l'infrarouge moyen qui va de 4000 à 400 cm -1 (2,5-25 μm) et enfin l'infrarouge lointain, qui couvre le domaine spectral de 400 à 10 cm -1 (25-1000 μm). La mise en œuvre de l'interaction d’un rayonnement infrarouge avec un échantillon, puis la détection et l'analyse spectrale (par transmission ou par réflexion) de ce rayonnement après qu'il ait interagi avec la matière est l'objet de la spectroscopie infrarouge. Cette spectroscopie, très sélective, est couramment utilisée pour l’identification de composés mais elle permet également d’obtenir des informations très importantes sur les interactions inter- et/ou intra-moléculaires, sur la conformation des molécules, sur l’organisation de la matière grâce à de nombreuses techniques qui font recours à des appareils bien spécifiques. a) Spectroscopie infrarouge à transformée de Fourrier (transmission): La spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) est une technique analytique efficace pour identifier rapidement la «famille chimique» d'une substance. Généralement, organique et composés polymères (et, dans une moindre mesure, les composés inorganiques) produisent un spectre IR « d'empreintes digitales », qui peut être comparé à la vaste base de données de référence, et la famille chimique ou l'identité réelle du composant inconnu peuvent être déterminées et déduites. FTIR mesure l'absorbance de lumière infrarouge par un échantillon et génère un spectre basé sur les groupes fonctionnels du matériau. En plus des méthodes de préparation d'échantillons typiques (telles que la micro-extraction, la dilution, les pastilles KBr et les techniques de broyage),on utilise également divers accessoires ATR (Attenuated Total Reflectance), qui permettent d'examiner directement des échantillons insolubles ou multicouches.  Le pastillage   : On utilise couramment le KBr car il n’absorbe pas la lumière IR, On pèse 10g de KBr on le met dans un mortier afin de broyer au maximum les cristaux de KBr pour obtenir une structure très fine on ajoute ensuite 1% (0,1g) de l’échantillon à analyser finementbroyé . On dépose le mélange dans un moule , il sera ensuite soumis à une très forte pressiondans une presse hydraulique il est enfin extrait du moule sou forme d’une pastille. 2021/2022 Page 5 Le porte-échantillon contenant la pastille KBr/produit est placé dans le compartiment de mesure du spectro sur le trajet du faisceau incident .  Rôle de FTIR   : - Premièrement, la caractérisation et l'identification de mélanges complexes de matériaux, y compris des liquides et des solides - Deuxièmement, l'identification des contaminants organiques (ex. Particules, résidus) à l'échelle macro et micro . b) Réflectance totale atténuée (ATR)(réflexion) : La réflectance totale atténuée (ATR de l'anglais Attenuated Total Reflectance) est une technique en spectroscopie infrarouge, ou plus précisément spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR), permettant de déterminer les liaisons chimiques d’un échantillon. Elle est basée sur le principe optique de la réflectance -phénomène optique bien connu-. Cette 2021/2022 Page 6 Le signal enregistré par le détecteur du spectro prend en compte, non seulement l'absorption du rayonnement l'IR par le produit à étudier, mais aussi par l'air présent dans le compartiment de mesure et éventuellement par le KBr s'il n'est pas complètement anhydre. Il faut donc enregistrer un spectre de bruit de fond (background) de l'air (éventuellement d'une pastille de KBr pure), qui sera ensuite soustrait du spectre obtenu avec la pastille contenant l'échantillon. Cela permet de se débarrasser des absorptions parasites. Les spectres sont enregistrés en transmittance. c) Spectroscopie de masse : La spectrométrie de masse est une technique physique d'analyse permettant de détecter et d'identifier des molécules d’intérêt par mesure de leur masse, et de caractériser leur structure chimique. Son principe réside dans la séparation en phase gazeuse de molécules chargées (ions) en fonction de leur rapport masse/charge .Elle est utilisée dans pratiquement tous les domaines scientifiques : physique, astrophysique, chimie en phase gazeuse, chimie organique, dosages, biologie, médecine, archéologie... le temps de détection est très rapide. Un spectromètre de masse mesure la masse des molécules isolées mesure la masse en trois étapes :  Volatiliser : - Séparer les molécules les unes des autres. - Passer de l’état de matière condensée à un état gazeux  Ioniser : - Transformer les molécules en ions - Utilisation d’un champs électriques  Analyser : - Calculer masse moléculaire à partir du rapport m / z = masse / nb de charges La spectrometrie de masse nous apporte : - La masse moléculaire d’un composé. - La masse de certains « morceaux » de ce composé appelés fragments. - Une mesure de la quantité.  Structure d’un spectromètre de masse : Le spectromètre de masse se compose donc de quatre parties : – Le système d’introduction de l’échantillon : l’échantillon peut être introduit directement dans la source, sous forme gazeuse, liquide (infusion directe) ou solide (canne d’introduction directe, dépôt sur plaque MALDI…) ou encore par l'association à une méthode séparative (chromatographie en phase liquide, chromatographie en phase gazeuse, électrophorèse capillaire…) ; – La source d'ionisation : elle consiste à vaporiser les molécules et à les ioniser. Une source d'ionisation peut être utilisée soit en mode positif pour étudier les ions positifs, soit en mode négatif pour étudier les ions négatifs. Plusieurs types de sources existent et sont utilisés en fonction du résultat recherché et des molécules analysées ; l'ionisation électronique (EI), 2021/2022 Page 9 l'ionisation chimique (CI) et la désorption-ionisation chimique (DCI), le bombardement par atomes rapides (FAB), atomes métastables (MAB) ou ions (SIMS, LSIMS), le couplage plasma inductif (ICP),… – L’analyseur : il sépare les ions en fonction de leur rapport masse/charge. Il existe des analyseurs à basse résolution : le quadripôle ou quadrupôle (Q), le piège à ions 3D (IT) ou linéaire (LIT), et des analyseurs haute résolution, permettant de mesurer la masse exacte des analytes : le secteur magnétique couplé à un secteur électrique, le temps de vol (TOF), la résonance cyclotronique ionique à transformée de Fourier (FTICR) et l'Orbitrap. Ces analyseurs peuvent être couplés entre eux pour réaliser des expériences de spectrométrie de masse en tandem (MS/MS). En général, un premier analyseur sépare les ions, une cellule de collision permet de fragmenter les ions, et un second analyseur sépare les ions fragments. Certains analyseurs, comme les pièges à ions ou le FT-ICR, constituent plusieurs analyseurs en un et permettent de fragmenter les ions et d'analyser les fragments directement ; – Le détecteur et système de traitement : le détecteur transforme les ions en signal électrique. Plus les ions sont nombreux, plus le courant est important. De plus, le détecteur amplifie le signal obtenu pour qu'il puisse être traité informatiquement.  Les performances d’un spectromètre de masse MS et MS/MS sont déterminées par : Sa résolution : son pouvoir à séparer des ions de masses voisines Son exactitude : son pouvoir à mesurer la masse exacte d’un ion Sa sensibilité : son pouvoir à mesurer les petites quantités Son domaine de masse : son échelle de mesure de masse 3- Analyses chromatographique   : La chromatographie est une technique permettant de séparer plusieurs constituants d'un mélange en les faisant migrer, sur une phase immobile, par une phase liquide ou gazeuse. Cet article présente les principaux types de chromatographie, avec leur principe de séparation et 2021/2022 Page 10 leurs principales indications. Il propose, en dernière partie, une comparaison de ces différentes techniques. La chromatographie est une technique séparative analytique et/ou préparative. Elle consiste à faire migrer les constituants à séparer sur une phase stationnaire immobile, à l’aide d’une phase mobile, liquide ou gazeuse, de nature différente. Chaque molécule sera plus ou moins rapidement entraînée selon son affinité pour, respectivement, la phase stationnaire et la phase mobile, permettant la séparation des différents constituants présents. À partir de ce principe très général, il existe de très nombreux types de chromatographie en fonction de la nature de la phase stationnaire, de la nature de la phase mobile, et de la nature des interactions entre ces phases et les molécules à purifier. En effet, selon les cas, les facteurs physico-chimiques qui interviennent comme critère de séparation sont totalement différents : ce peut être la masse moléculaire, la charge, l’hydrophilie/hydrophobicité, la structure tridimensionnelle, etc. Évidemment, le choix est effectué au cas par cas en fonction des besoins. Il n’est d’ailleurs pas rare d’utiliser successivement plusieurs types de chromatographies différentes au cours d’une même analyse. a) Chromatographie sur couche mince CCM : La chromatographie sur couche mince est une technique de chromatographie planaire1 dont la phase mobile est liquide. Elle est couramment utilisée pour séparer des composants dans un but d'analyse (CCM analytique) ou de purification (CCM préparative). Elle comprend : – une phase stationnaire : une couche mince de matériel adsorbant (usuellement du gel de silice, de l'oxyde d'aluminium ou de la cellulose. – une phase liquide, dite phase mobile ou éluant : un solvant ou un mélange de solvants qui va entraîner les composés à se séparer le long de la phase stationnaire.  Mode opératoire : On considère que la phase stationnaire est un gel de silice standard comportant un indicateur fluorescent. - Chaque trait est à écrire au crayon à papier, car les encres des plumes ou des stylos sont solubles dans la plupart des éluants, donc fausseraient la chromatographie. 2021/2022 Page 11 phénomène appelé rétention il résulte que les constituants du mélange injecté se déplacent tous moins vite que la phase mobile et que leurs vitesses de déplacement sont différentes. Ils sont ainsi élués de la colonne les uns après les autres et donc séparés et ainsi identifiés. Un détecteur placé à la sortie de la colonne couplé à un enregistreur permet d'obtenir un tracé appelé chromatogramme. En effet, il dirige sur un enregistreur un signal constant appelé ligne de base en présence du fluide porteur seul ; au passage de chaque soluté séparé il conduit dans le temps à l'enregistrement d'un pic. Dans des conditions chromatographiques données, le "temps de rétention" (temps au bout duquel un composé est élué de la colonne et détecté), caractérise qualitativement une substance. L'amplitude de ces pics, ou encore l'aire limitée par ces pics et la prolongation de la ligne de base permet de mesurer la concentration de chaque soluté dans le mélange injecté.  Analyse des chromatogrammes   : Une bonne séparation se traduira par une séparation distincte des pics correspondant à chacun des produits. Un chromatogramme doit être parfaitement reproductible. La composition de la phase mobile est un paramètre particulier à la HPLC. Il faut donc préciser pour chaque analyse : - Le type de colonne : marque, nature, diamètre, longueur, support… - La nature de l'éluant : solvant, si c'est un mélange préciser sa composition, débit, mode de détection λ en nm. - la quantité injectée, le début de l'injection sur le chromatogramme, la sensibilité du détecteur, etc… c) Chromatographie en phase gazeuse CPG : La chromatographie en phase gazeuse (CPG) est une technique qui permet de séparer des molécules d'un mélange éventuellement très complexe de nature et de volatilité très diverses. Elle s'applique principalement aux composés gazeux ou susceptibles d'être vaporisés par chauffage sans décomposition. C’est également le seul type de chromatographie qui utilise un gaz comme phase mobile, ce qui nécessite un appareil spécial, appelé communément le chromatographe à gaz. (La phase mobile est un gaz vecteur N2 , Ar2 ).Selon la phase stationnaire, Il existe deux types de chromatographies en phase gazeuse : - Chromatographie gaz-solide (CGS) : C’est une chromatographie d’adsorption : la phase stationnaire est un solide poreux, réservé à l’analyse de mélanges de gaz ou de liquides à bas points d’ébullition. - Chromatographie gaz-liquide (CGL) : C’est une chromatographie de partage : la phase stationnaire est un liquide immobilisé sur un support solide par imprégnation ou par greffage. 2021/2022 Page 14 Pour réaliser une analyse CPG :  Vérifier qu’une colonne (ou plusieurs) est/sont déjà en place dans le chromatographe.  Programmer le four ; - Une méthode de type gradient est souvent suffisante. Balayer une grande plage de température, par exemple de 50 à 250 °C sur 10 min. - Si une méthode isotherme est désirée, commencer par le même gradient, puis resserrer les valeurs extrémales par itération pour obtenir le pic correspondant à l’analyte d’intérêt au temps de rétention jugé adéquat.  Préparer une solution d’échantillon à une concentration environ égale à 1 mg.mL–1 , dans un solvant volatil .  Choisir la colonne. Par défaut, une colonne apolaire est suffisante. On réserve généralement l’utilisation de colonnes polaires aux cas où les volatilités des analytes à séparer sont très proches.  Injecter environ 1 µL dans l’injecteur. Par défaut, on peut choisir comme température de l’injecteur la plus haute température atteinte dans le four pendant l’analyse.  Afin de nettoyer la colonne, on peut la laisser quelques minutes à la température maximale d’utilisation. Ceci permet de débarrasser la colonne des analytes les moins volatiles qui ne sont pas sortis de la colonne à la fin de l’analyse, et risquent de sortir lors d’une injection ultérieure. 2021/2022 Page 15 Principe de fonctionnement de l’CPG d) Chromatographie ionique : En introduisant l'échantillon à une extrémité d'une colonne contenant la phase stationnaire, on fixe ce moment comme étant t=0. Les composants à analyser sont immédiatement fixés, par adsorption, partition ou échange ionique, sur la première portion de la phase stationnaire. A partir de cet instant, le liquide ou le gaz utilisé comme phase mobile est mis en circulation. Il est à noter que ce liquide ou gaz peut être le même solvant que celui de l'échantillon, mais il peut aussi être différent. Avec le temps, les composants de l'échantillon ont tendance à se séparer en bandes distinctes du fait de leur vitesse de migration différente dans le solvant. En chromatographie ionique, les vitesses de migration sont fonction principalement de la taille des ions et de leur charge· électrique et dépendent aussi naturellement de la nature et de la force ionique de la phase mobile. 2021/2022 Page 16