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SOMMAIRE SOMMAIRE..............................................................

SOMMAIRE SOMMAIRE.............................................................................................................1 I. INTRODUCTION..................................................................................................2 A. Choix du thème du didacticiel ................................................................2 B. Population cible......................................................................................3 C. Buts pédagogiques fixés........................................................................3 II. LA CHROMATOGRAPHIE EN PHASE LIQUIDE ...............................................4 A. Présentation de la chromatographie en phase liquide ...........................4 B. Principe de la technique.........................................................................4 C. Vocabulaire utilisé..................................................................................5 III. L'ORDINATEUR ET L'ENSEIGNEMENT...........................................................8 A. Interactivité.............................................................................................8 1. Pédagogie interactive.....................................................................9 2. La simulation..................................................................................11 3. Les outils d'interaction....................................................................12 B. Les animations.......................................................................................14 C. Prévision de la place de l'E.A.O.............................................................14 D. Le coût d'un didacticiel...........................................................................15 E. Les limitations d'un didacticiel................................................................15 IV. CONTENU DU DIDACTICIEL............................................................................17 A. Présentation...........................................................................................17 B. Aspects généraux de la chromatographie en phase liquide...................17 1. La chromatographie en phase liquide moderne.............................17 2. Polarité et chromatographie ...........................................................20 3. Différents modes de séparation .....................................................25 4. Variation de la phase mobile..........................................................26 5. Différences avec la chromatographie en phase gazeuse ..............26 C. La CHROMATOGRAPHIE de PARTAGE..............................................32 1. Principe ..........................................................................................32 2. Phase stationnaire .........................................................................32 3. Mécanismes de rétention...............................................................34 D. La CHROMATOGRAPHIE d'EXCLUSION.............................................36 1. Principe ..........................................................................................36 2. Phase stationnaire .........................................................................37 3. Etalonnage.....................................................................................38 4. Applications....................................................................................44 E. La CHROMATOGRAPHIE d'ADSORPTION..........................................45 1. Principe ..........................................................................................45 2. Phase stationnaire .........................................................................45 3. Mécanismes de rétention...............................................................46 F. La CHROMATOGRAPHIE IONIQUE .....................................................47 1. Principe ..........................................................................................47 2. Chromatographie d'échange d'ions................................................47 3. Chromatographie d'appariement d'ions..........................................48 4. Chromatographie d'échange d'ions avec suppresseur ..................49 G. La simulation..........................................................................................53 H. Choix du mode de C.L.H.P. ...................................................................56 I. Notions d'appareillage .............................................................................56 1. Schéma de principe d'une chaîne de CLHP ..................................56 2. La colonne......................................................................................56 3. La vanne d'injection........................................................................56 4. Le détecteur ...................................................................................57 5. La pompe .......................................................................................59 V. CONCEPTION DU DIDACTICIEL.......................................................................63 1. Conception.....................................................................................63 2. Réalisation .....................................................................................63 3. Utilisation........................................................................................63 A. Conception.............................................................................................64 B. Réalisation ou médiatisation ..................................................................65 C. Structure générale: ................................................................................66 1. Subdivision en sous-programmes..................................................66 2. La marche arrière...........................................................................71 3. Les utilitaires ..................................................................................72 4. Analyse d'une réponse numérique.................................................73 5. Suivi pédagogique et modifications futures....................................75 VI. CONCLUSIONS.................................................................................................79 VII. ANNEXES.........................................................................................................81 A. Utilisation du Didacticiel .........................................................................81 1.Installation.......................................................................................81 2.Liste des fichiers .............................................................................82 3.Utilisation.........................................................................................83 B. Lexiques.................................................................................................85 1.Lexique Général..............................................................................85 2.Lexique G.P.C.................................................................................88 C. Simulation ..............................................................................................91 1.Obtention des fichiers de calcul ......................................................91 2.Conditions optimales de simulation.................................................97 D. Exemple de la construction d'un graphe ................................................99 VIII. REFERENCES ................................................................................................101 1 Ce que l'on conçoit bien s'énonce clairement, Et les mots pour le dire arrivent aisément. Nicolas BOILEAU L'Art Poétique, Chant I. 2 I. INTRODUCTION "Un didacticiel est un produit pédagogique. Il assure, grâce à un système informatique, l'interactivité entre les apprenants et les enseignants dans le cadre d'un objectif global déterminé." [1]. Le didacticiel portant sur la chromatographie en phase liquide, fait partie d'un ensemble de projets d'enseignement à distance (E.A.D) des Méthodes physico- chimiques d'analyse (M.P.C.A.), qui correspond à un appel d'offre de l'Éducation Nationale datant de 1988. Ce projet a pour objet la réalisation de produits pédagogiques "multimédia" d'auto-formation pour les techniques analytiques. [2]. . Le laboratoire d'Enseignement Assisté par Ordinateur (E.A.O.) de la chaire de M.P.C.A. du C.N.A.M. a déjà à son actif la réalisation de plusieurs didacticiels sur des techniques physico-chimiques: la spectrométrie de fluorescence X (en partenariat avec IBM France) [3, 4, 5, 6], Méthodes de décroissance radioactives [7] (en partenariat avec l'Université de Paris-VII), plus récemment les généralités de la chromatographie (en partenariat avec le Laboratoire Central de la Préfecture de Police) [8] ainsi que la simulation de la chromatographie en phase gazeuse [9]. Le laboratoire a été associé au Centre Documentaire Informatique pour l'Enseignement de la Chimie (C.D.I.E.C.) de l'Université de Nice pour le développement d'un didacticiel de Spectrométrie Infrarouge [10]. A. CHOIX DU THÈME DU DIDACTICIEL Le thème de ce didacticiel "Chromatographie en phase liquide" a été choisi en fonction de mon expérience professionnelle, par le Professeur GENTY. C'est le troisième module d'un ensemble de 4 parties : 1- Généralités de la chromatographie 2- Chromatographie en phase gazeuse (C.P.G.) 3- Chromatographie en phase liquide 4- Chromatographie planaire ou sur couche mince (C.C.M.) 3 Ce mémoire a été réalisé dans le cadre d'un accord avec le FONGECIF (FONds de GEstion des Congés Individuels de Formation en Ile-de-France), au laboratoire de Méthodes physico-chimiques d'analyse (M.P.C.A.) du Conservatoire National des Arts et Métiers (C.N.A.M.). B. POPULATION CIBLE "L'auteur d'un didacticiel exerce sa créativité dans le contexte d'un besoin précis, d'un public-cible déterminé, d'un sujet bien défini et d'une situation pédagogique donnée." [1]. Ce didacticiel est destiné à des techniciens souhaitant une formation sur la chromatographie en phase liquide. Le niveau requis est celui d'un baccalauréat scientifique ou "Bac + 2" (BTS ou DUT). De plus, l'utilisateur est supposé posséder les bases de cette technique, soit par expérience professionnelle, soit en s'étant formé avec le didacticiel sur les généralités de la chromatographie [8], premier module de l'ensemble dont fait partie ce travail. Ce produit est utilisable en entreprise sans que l'apprenant soit nécessairement encadré. C. BUTS PÉDAGOGIQUES FIXÉS L'objectif de formation est d'initier à la chromatographie en phase liquide. A la fin de son parcours, l'élève devra posséder les principales bases de la théorie de la chromatographie de partage (chromatographie liquide-liquide C.L.L.), de la chromatographie d'exclusion (gel permeation chromatography G.P.C.), et avoir des notions sur les autres techniques que sont les chromatographies ionique et d'adsorption. Le didacticiel doit préparer l'apprenant à une utilisation rationnelle de la chromatographie en phase liquide. Il sera capable d'optimiser une séparation. Un des objectifs les plus délicat à atteindre est de faire comprendre ce qu'est la polarité d'une molécule et le rôle primordial qu'elle joue en chromatographie en phase liquide. 4 II. LA CHROMATOGRAPHIE EN PHASE LIQUIDE A. PRÉSENTATION DE LA CHROMATOGRAPHIE EN PHASE LIQUIDE La CHROMATOGRAPHIE est une technique analytique dont les premières expériences, celles de TSWETT datent de 1903 [11]. Elle permet la séparation ou la purification d'un ou de plusieurs composés d'un mélange pour leur identification et leur quantification. La forme moderne de la chromatographie en phase liquide est arrivée dans les laboratoires industriels à la fin des années soixante-dix, bien après la chromatographie en phase gazeuse ou celle sur couche mince (planaire). Ses performances ont permis des analyses qui n'étaient pas possibles auparavant. Les exigences de qualité étant de plus en plus strictes, cette méthode s'est rapidement répandue dans toutes les industries chimiques, para chimiques, cosmétiques, pharmaceutiques... Ce marché considérable a entraîné des développements rapides et aujourd'hui la chromatographie en phase liquide est une des principales méthodes d'analyse dans ces industries. Elle a atteint un haut degré de fiabilité et de performance. La Chromatographie Liquide Haute Performance (C.L.H.P.) permet de réaliser assez facilement des séparations et des analyses qui seraient difficiles ou impossibles par d'autres techniques chromatographiques [12]. B. PRINCIPE DE LA TECHNIQUE. La chromatographie en phase liquide est une méthode physico-chimique basée sur des différences d'interactions. Les molécules des produits à séparer (solutés) sont mises en solution dans un solvant. Ce mélange est introduit dans la phase mobile liquide (éluant). Suivant la nature des molécules, elles interagissent plus ou moins avec la phase stationnaire contenue dans un tube appelé colonne chromatographique. Ces interactions provoquent des échanges qui aboutissent à la séparation désirée. 5 La phase mobile poussée par une pompe sous haute pression, parcourt en permanence le système chromatographique . Le mélange, dissous dans un solvant, est injecté par l'intermédiaire d'une vanne, puis transporté au travers du système chromatographique, dont fait partie la colonne. Les composés en solution se répartissent suivant leur affinité, entre la phase mobile et la phase stationnaire. La théorie de la séparation montre que le signal enregistré à la sortie d'un détecteur approprié en fin de colonne a la forme d'un pic. Chaque pic représente un constituant du mélange à séparer. C. VOCABULAIRE UTILISÉ. Le temps de sortie, ou temps de rétention1 tr, est caractéristique du constituant, pour des conditions d'analyse données. La surface d'un pic est fonction de la quantité de constituant dont il est la trace. Le temps 0 est le temps du début de l'injection. On appelle temps mort tm le temps que met une molécule, n'ayant aucune affinité avec la phase stationnaire, pour parcourir la distance reliant l'injecteur au détecteur. Fig.2.1 Pic de chromatogramme et ses caractéristiques. La largueur d'un pic est caractéristique de l'efficacité de la séparation. L'efficacité est mesurée par le nombre de plateaux théoriques Nth (par analogie avec la distillation): 1dans le didacticiel, le vocabulaire est disponible en permanence en cliquant sur la partie supérieure de l'écran (dans la barre de menu). Les définitions des mots sont présentés en Annexe B-2. 6 th N = 5,54 × tr 1 2 ω       2 avec ω1/2 largeur du pic à mi-hauteur, exprimée en unité de temps. Si dans certaines conditions, deux constituants sortent à des temps proches, leurs pics risquent de se chevaucher. En optimisant les conditions analytiques, il est possible d'améliorer l'allure du chromatogramme1. Le paramètre de résolution R quantifie la qualité de cette séparation. Fig.2.2 Deux pics de chromatogramme et leur résolution. R = 2 × B tr − A tr ( ) 0 B ω + 0A ω ( ) avec tr , temps de rétention des 2 pics contigus et ω0 , largeur de ces pics à leur base. si R < 1 la résolution est mauvaise si 1 < R < 1,5 la résolution est acceptable si R >1,5 la résolution est bonne. Le temps de rétention tr d'un soluté est fonction uploads/Ingenierie_Lourd/ memoire-import.pdf