Chimie Analytique II–

Spectrophotometrie d’emission moleculaireEtude et dosage de la quinine

Daniel Abegg – Nicolas Calo – Emvuli Mazamay – Pedro Surriabre

Universite de Geneve, Science II, Laboratoire 144 – Groupe 4

29 decembre 2008

Resume

Nous avons etudie les effets de la force ionique et de l’acidite sur la fluorescence de laquinine. Les resultats obtenus ont montre que la force ionique diminue la fluorescence(effet quenching) et que l’acidite l’augmente. Ces phenomenes seront discutes davantage.D’autre part nous avons utilise la mesure de la fluorescence de la quinine pour doser deuxboissons commerciales et pour quantifier le NaCl dans une solution fournie par l’assistant.

Introduction

Deux genres d’emission peuvent se produire apres l’absorption de l’energie d’une ondeelectromagnetique par une molecule : Une emission lente appelee phosphorescence et uneemission plus rapide, la fluorescence. Cette derniere est proportionnelle a la concentrationde la substance excitee, mais elle est affectee par des concentrations considerables desespeces etrangeres. Cette diminution s’appelle effet de quenching et caracterisee par uneconstante KQ.

Le but de ce TP est de mesurer la fluorescence de la quinine (figure 1), de determiner leslongueurs d’onde d’excitation et d’emission. Celles-ci sont des valeurs optimales qui per-mettront de determiner la concentration de quinine dans diverses solutions afin d’etudierl’effet de l’acidification et de la force ionique. A l’aide de toutes ces donnees, un dosage dela quinine dans deux solutions gazeuses sera effectue ainsi que la quantification de NaCldans une solution inconnue.

1

O

N

HO

N

Fig. 1 – Quinine

Methodologie et resultats

Toutes les solutions degazees au ultrason pendant une minutes avant de prendre la mesure.

Determination des parametres analytique

Le spectre d’une solution aqueuse de quinine 5 10-7 M est enregistre aux longueur d’ondepour l’excitation entre 270 et 390 nm et pour l’emission entre 420 et 520 nm (annexe 1et 2). Depuis ce spectre il est determine que la longueur d’onde pour l’excitation est de350 nm et de 455 nm pour l’emission. Par la suite nous travaillerons a ces longueur d’onde

Effet de l’acidification et de la force ionique

Trois solutions sont preparees et leur fluorescence est mesuree :

Fluorescence5 10-7 M quinine 4.275 10-7 M quinine + 0.01 M HNO3 20.305 10-7 M quinine + 0.9 M KNO3 0.41

Tab. 1 – Fluorescence de la quinine dans de l’acide nitrique ou dans du nitrate depotassium

Dosage quantitatif de la quinine dans deux boissons gazeuses

Sept solutions de quinine sont preparees a partir de la solution stock (2 10-3 M) dans del’acide nitrique 0.01 M, la fluorescence est mesuree et une droite de calibration est tracee.

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Cquinine Fluorescence2.0 10-7 11.745.0 10-7 20.861.0 10-6 44.091.6 10-6 63.062.0 10-6 84.846.0 10-6 236.931.0 10-5 396.47

Tab. 2 – Fluorescence de la quinine a differente concentration dans de l’acide nitrique0.01 M

La fluoresence du blanc (acide nitrique 0.01 M) est egale a 1.54.

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 2e−06 4e−06 6e−06 8e−06 1e−05

Droite de calibration

Cquinine [M]

Flu

ores

cence

f(x) = 3.926 107x + 1.568

R2 = 0.99

Fig. 2 – Droite de calibration de la quinine selon la fluorescence

Le contenu en quinine de deux boissons du commerce, Tonic water (Migros) et Indiantonic (Coop (Schweppes)), va etre quantifie grace a cette droite. 250µl par echantillon etdilue (100x) dans de l’acide nitrique 0.01 M a 25 ml et la fluorescence est mesuree :

Tonic water Indian tonicFluorescence 74.20 72.19 70.25 73.85Cquinine diluee [M] 1.85 10−6 1.80 10−6 1.75 10−6 1.84 10−6

Cquinine [M] 1.85 10−4 1.80 10−4 1.75 10−4 1.84 10−4

Cquinine [mg/l] 73.43 71.40 69.44 73.08moyenne [mg/l] 72.41 71.26ecart type 1.44 2.57intervalle 95% 1.99 3.57

Tab. 3 – Fluorescence de la quinine dans les boissons Tonic water (Migros) et Indiantonic (Coop) dans de l’acide nitrique 0.01 M

La masse molaire de l’hydrochlorure de quinine dihydrate est egale a 396.91 g/mol[1].

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Etude de quenching de la fluorescence de la quinine par les ionsCl-

Les solutions suivantes (table 4) sont preparees avec une concentration de 1.6 10-5 M dequinine et la fluorescence est mesuree.

CCl− [M ] 0.01 M HNO3 0.05 M HNO3 0.2 M HNO3 0.5 M HNO3

0 515.16 409.03 430.14 539.450.001 424.81 375.72 400.35 441.030.003 276.83 270.20 338.33 413.300.005 198.94 204.55 301.30 354.91

Tab. 4 – Fluorescence de la quinine dans une concentration d’acide nitrique croissanteet de NaCl croissant.

F0 = F · (1 + KQ · C)

Ou F0 est la fluorescence sans sel, F la fluorescence mesuree, KQ la constante de quenchinget C la concentration des ions Cl−.

Un graphique de F0

F= CCl− peut etre trace (figure 3).

1

1.5

2

2.5

3

0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005

1

1.5

2

2.5

3

0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005

1

1.5

2

2.5

3

0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005

1

1.5

2

2.5

3

0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005

Determination des constantes de quenchingDetermination des constantes de quenchingDetermination des constantes de quenchingDetermination des constantes de quenching

CNaCl [M]CNaCl [M]CNaCl [M]CNaCl [M]

F0

FF0

FF0

FF0

F

0.01M HNO3

0.05M HNO3

0.2M HNO3

0.5M HNO3

Fig. 3 – Rapport de fluorescence en fonction de la concentration de NaClCHNO3 [M] KQ

0.01 322.1040.05 204.990.20 87.220.50 93.55

4

Determination de la concentration en ions chlorures d’une solution

La demarche utilisee pour determiner la concentration en ions chlorures dans une solutionest la suivante. Un volume connu de la solution inconnue est preleve et diluee dans del’acide nitrique 0.01 M et ajout de quinine (concentration 1.6 10-5M).Trois volumes : 1 ml, 2 ml et 6 ml sont preleves de la solution inconnue et dilue par unfacteur de dix, puis la fluorescence est mesuree :

Vsol inconnu [ml] 1 2 6F 492.16 435.66 301.56F0/F 1.04 1.18 1.70CNaCl diluee [M] 3.19 10−4 7.39 10−4 2.37 10−3

CNaCl [M] 3.19 10−3 3.69 10−3 3.94 10−3

moyenne [M] 3.61 10-3

ecart type 3.86 10-4

intervalle 95% 4.37 10-4

Tab. 5 – Concentration de NaCl dans une solution inconnu mesuree par fluorescence parl’effet de quenching

La concentration de l’echantillon preparee par l’assistant etait de environ 3 mM.

Discussion

D’apres la valeur de fluorescence pour des solutions de quinine avec KNO3, nous obser-vons qu’elle diminue. En effet, les molecules entrent en collision avec les ions du sel KNO3

et leur energie diminue, c’est l’effet d’extinction (quenching). Par contre la solution acid-ifiee de quinine (avec HNO3) montre une fluorescence majeure, ceci est du au fait quel’equilibre est deplace vers la forme protone de la quinine qui presente la fluorescence

En ce qui concerne la determination de la quantite de quinine dans deux boissons com-merciales (Tonic Water et Indian Tonic), nous avons trouve des valeurs semblables :72.41 mg/L pour Tonic Water et 71.26 mg/L pour Indian Tonic. Ces valeurs correspon-dent aux concentrations massiques en hydrochlorure de quinine. Nous constatons que cesvaleurs sont proches de la valeur limite recommandee qui est de 80 mg/L en hydrochlorurede quinine.

Une methode alternative pour la quantification de la quinine est le dosage par com-plexation avec le violet d’alizarine brillant R en milieu chloroformique a pH 1[3]. Cettemethode ne sera affecte ni par la force ionique ni par l’acidite des boissons.

En ce qui concerne l’etude de la force ionique et de l’acidite sur la fluorescence, nousavons constate qu’au fur et a mesure qu’on augmente l’acidite on diminue l’effet dequenching cause par la presence de NaCl en solution (force ionique) et caracterise par laconstante de quenching KQ.

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En utilisant le resultat pour le groupe de solution contenant du HNO3 0.01 M, nousavons determine la concentration en NaCl dans une solution ne contenant que de l’eaudistillee et du NaCl. La concentration trouvee est de 3.61 mM alors que la concentrationtheorique etait de 3 mM. Une possible explication de cette variation est que les parametresde calibrage de la machine etaient deregles apres beaucoup de mesures effectuees.

Conclusion

Les effets de la force ionique et de l’acidite sur la fluorescence ont ete bien verifies. Nousavons observe aussi que les quantites en hydrochlorure de quinine dans les 2 boissonscommerciales analysees sont proches de la valeur limite etablie. D’autre part, nous avonsconstate que la mesure de la fluorescence avec l’effet de quenching peut etre une bonnealternative pour quantifier la concentration d’un sel.

References

[1] ChemBlink. Quinine hydrochloride dihydrate, (R)-(5-Ethenyl-1-azabicyclo[2.2.2]octan-7-yl)-(6-methoxyquinolin-4-yl)methanol dihydrate hydrochlo-ride, 6119-47-7. http://67.210.99.134/products/6119-47-7.htm 01.11.2008.

[2] M. Borkovec. Lab journal of analytical chemistry II : Spectrophotometrie d’absorptionmoleculaire. Etude et dosage de la quinine, 2008.

[3] VEERABHADRA RAO M. ; KRISHNAMALACHARYULU A. G. ; SATTIGERI V.D. ; MANJUNATH M. N. ; NAGARAJA K. V. and KAPUR O. P. Spectropho-tometric determination of quinine in soft drinks = Dosage spectrophotometriquede la quinine dans les boissons rafraıchissantes. http://cat.inist.fr/?aModele=

afficheN&cpsidt=9087701 06.11.2008.

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