Cours 4 - Étalonnage et validation Flashcards
Qu’est-ce qu’un “blanc” en analyse chimique et quel est son rôle ?
Un “blanc” est une solution de référence qui contient toutes les espèces présentes dans la solution à analyser, sauf l’analyte. Il est utilisé pour corriger les signaux de fond et éliminer les interférences liées au solvant ou aux réactifs, afin d’améliorer la précision des mesures.
Pourquoi un échantillon à analyser contient-il généralement plusieurs espèces ?
Un échantillon réel contient plusieurs espèces chimiques, souvent à des concentrations variées. Ces espèces peuvent être des analytes d’intérêt, mais aussi des impuretés ou des substances interférentes, ce qui peut affecter la précision et la justesse des résultats analytiques.
Qu’est-ce qu’un constituant majeur dans un échantillon et quelle est son échelle de concentration ?
Un constituant majeur est une espèce chimique qui représente entre 1% et 100% de l’échantillon total. Ces constituants sont souvent les composés principaux de la matrice analysée et jouent un rôle dominant dans ses propriétés chimiques et physiques.
Qu’est-ce qu’un constituant mineur et en quoi diffère-t-il d’un constituant majeur ?
Un constituant mineur est une espèce chimique présente dans une concentration comprise entre 0,01% et 1% de l’échantillon total. Contrairement aux constituants majeurs, ils n’ont pas un impact aussi significatif sur les propriétés globales de l’échantillon mais peuvent néanmoins interférer avec l’analyse de l’analyte.
Qu’est-ce qu’un constituant à l’état de trace et pourquoi est-il difficile à analyser ?
Un constituant à l’état de trace est une espèce dont la concentration est inférieure à 0,01% de l’échantillon. Ces faibles concentrations rendent leur détection et leur quantification plus complexes, nécessitant des instruments analytiques sensibles et précis, capables de minimiser les interférences et le bruit de fond.
Quelle est la relation entre le signal analytique et la concentration de l’analyte ?
L’intensité du signal analytique I est reliée à la concentration de l’analyte c par une fonction I = ƒ(c). Cette fonction peut être linéaire ou non, et permet d’établir une relation mathématique entre la réponse instrumentale et la quantité d’analyte présente.
Comment définit-on la sensibilité ‘S’ d’une méthode analytique et quelle est sa formule ?
La sensibilité S représente la capacité d’une méthode analytique à détecter de petites variations de concentration. Elle est définie par la pente de la courbe de calibration et est donnée par la formule :
S = ΔI / Δc, où ΔI est la variation du signal et Δc la variation de concentration.
Que signifie la sensibilité dans le cas d’une relation linéaire entre le signal et la concentration ?
Lorsque la relation entre le signal et la concentration suit une loi linéaire, la sensibilité S correspond à la pente de la droite de calibration. Une grande sensibilité signifie que de faibles variations de concentration produisent des variations importantes du signal, ce qui améliore la détection des analytes à faibles concentrations.
Qu’est-ce que le domaine de linéarité en analyse chimique ?
Le domaine de linéarité est l’intervalle de concentration où le signal varie proportionnellement avec la concentration de l’analyte. Dans cet intervalle, la sensibilité S reste constante, garantissant une quantification fiable sans saturation du signal.
Comment définit-on la limite de détection (LD) d’une méthode analytique ?
La limite de détection (LD) est la plus petite quantité d’analyte pouvant être détectée avec un certain niveau de confiance. Elle ne garantit pas une quantification précise mais assure que la présence de l’analyte est identifiable dans l’échantillon.
Quelle est la formule de la limite de détection en spectroscopie et quelles variables la composent ?
La limite de détection peut être calculée par :
- LD = (3 × Sb) / S ou LD = (3 × Nb) / (4 × S)
Avec : - Sb = écart-type du signal du blanc
- Nb = bruit du signal (Nb = 4 × Sb)
- S = sensibilité de la méthode
Comment mesure-t-on la limite de détection en pratique ?
On effectue au moins 30 mesures du signal du blanc, puis on calcule Sb (écart-type du blanc). La sensibilité S est déterminée à partir de la pente de la courbe d’étalonnage. Cette approche est surtout utilisée pour les instruments à affichage numérique.
Comment détermine-t-on la limite de détection pour les instruments avec enregistreur ?
Pour les instruments avec enregistreur, on mesure le signal du blanc en fonction du temps pour évaluer Nb (le bruit). Ensuite, la sensibilité S est déterminée à partir de la courbe d’étalonnage.
Quelle est la formule de la limite de quantification (LQ) et comment la calcule-t-on ?
La limite de quantification (LQ) est définie par :
LQ = (10 × Sb) / S, où Sb est l’écart-type du signal du blanc et S est la sensibilité de la méthode. Elle correspond à la plus petite concentration mesurable avec une précision acceptable.
Comment définit-on la précision d’une analyse et comment l’évalue-t-on ?
La précision correspond à la reproductibilité des résultats d’analyse et est évaluée en réalisant plusieurs mesures sur un même échantillon. Elle est quantifiée par la moyenne c, l’écart-type sc et un intervalle de confiance basé sur la distribution normale (n > 30) ou de Student (n < 30).
Qu’est-ce que l’exactitude d’une méthode analytique et comment l’évaluer ?
L’exactitude évalue la justesse d’une méthode. Elle est plus difficile à déterminer que la précision et se fait par comparaison avec des méthodes de référence ou par analyse d’échantillons témoins certifiés.
Pourquoi est-il nécessaire d’établir une courbe d’étalonnage en analyse chimique ?
Une courbe d’étalonnage relie le signal mesuré à la quantité d’analyte présente, permettant ainsi d’effectuer des mesures quantitatives précises.
Comment construit-on une courbe d’étalonnage ?
On prépare des solutions d’analyte de concentration connue, puis on mesure le signal I pour établir la relation entre signal et concentration.
Quels types d’échantillons sont utilisés pour établir une courbe d’étalonnage ?
On utilise :
- Solutions synthétiques (concentrations connues).
- Échantillons réels (concentrations déterminées par laboratoires de référence).
Quand utilise-t-on l’étalonnage externe en analyse chimique ?
L’étalonnage externe est employé lorsque la réponse de l’analyte ne dépend pas des constituants environnants ni de la manière dont l’échantillon est introduit dans le système de mesure.
Qu’est-ce qu’un étalon interne (EI) et quel est son rôle en analyse chimique ?
Un étalon interne (EI) est une espèce chimique absente de l’échantillon à analyser et ajoutée par l’expérimentateur dans toutes les solutions étalons et dans l’échantillon. Son signal est similaire à celui de l’analyte en raison de propriétés physiques et chimiques semblables. Il sert à corriger les variations instrumentales et améliorer la précision des analyses quantitatives.
Comment établit-on une courbe d’étalonnage avec un étalon interne (EI) ?
On prépare des solutions de concentrations connues d’analyte, dans lesquelles on ajoute une quantité constante d’EI. On porte en ordonnée le rapport du signal de l’analyte sur celui de l’EI, et en abscisse la concentration de l’analyte. Cette même quantité d’EI est aussi ajoutée à l’échantillon inconnu.
Dans quelles techniques analytiques utilise-t-on couramment l’étalon interne ?
L’étalon interne est très utilisé en :
- Chromatographie et électrophorèse capillaire (l’EI et l’analyte donnent deux pics séparés).
- Spectroscopie d’émission (l’EI et l’analyte ont deux raies distinctes).
- Polarographie (l’EI et l’analyte produisent deux vagues polarographiques distinctes).
L’EI permet de compenser les variations instrumentales au cours du temps.
Quels sont les problèmes d’injection en chromatographie gazeuse (GC) sans étalon interne ?
En chromatographie gazeuse (GC), l’injection d’échantillons est délicate car :
- Le volume injecté est très petit, ce qui augmente les erreurs de reproductibilité.
- L’injection se fait dans une chambre à haute température, rendant la vitesse d’injection critique.
Sans EI, ces imprécisions entraînent des erreurs jusqu’à 10% dans la mesure.
Comment l’étalonnage interne améliore-t-il la précision en chromatographie gazeuse (GC) ?
Avec un étalon interne, on ne compare plus directement les injections entre elles. Même si le signal total varie d’une injection à l’autre, le rapport des aires des pics (analyte / EI) reste constant. Cette méthode permet d’améliorer la précision des mesures de 10% à environ 1%.
Quels sont les inconvénients de l’étalonnage interne par rapport à l’étalonnage direct ?
L’étalonnage interne demande une préparation rigoureuse des solutions, car une erreur dans l’ajout d’EI peut fausser les résultats. Cette étape supplémentaire augmente le risque d’erreur par rapport à l’étalonnage direct.
Quel analyte et quelle méthode sont utilisés pour analyser le chloroforme en GC ?
On analyse le chloroforme (CHCl₃) par chromatographie en phase gazeuse (GC) avec un détecteur à ionisation de flamme (GC-FID).
Pourquoi utilise-t-on un étalon interne en chromatographie gazeuse avec détection GC-FID ?
Les injections manuelles en GC-FID manquent de reproductibilité. Un EI est ajouté pour minimiser les variations dues à :
- La quantité injectée,
- La vitesse d’injection,
- L’état de la colonne chromatographique.
Quels sont les avantages et inconvénients de l’utilisation d’un étalon interne en chromatographie ?
Avantages :
Améliore la précision en réduisant les incertitudes liées à l’injection et aux fluctuations de l’instrument.
Inconvénient :
Nécessite d’ajouter l’EI à toutes les solutions étalons et à l’échantillon à analyser, ce qui demande une préparation rigoureuse.
Pourquoi ajoute-t-on une concentration constante d’étalon interne dans toutes les solutions d’un dosage ?
Pour assurer la correction des variations instrumentales, on ajoute une même concentration d’EI aux :
- Solutions étalons de l’analyte (CHCl₃),
- Échantillons inconnus.
Le blanc (solution sans analyte) sert à vérifier l’absence de contamination mais sa surface de pic EI n’est pas utilisée dans les calculs.
Quand utilise-t-on un facteur de réponse en analyse avec étalon interne ?
Un facteur de réponse est utilisé lorsque la quantité d’EI dans la solution étalon est différente de celle dans l’échantillon inconnu, afin de corriger cette différence.
Qu’est-ce que l’effet de matrice en analyse chimique et comment peut-il fausser les résultats ?
L’effet de matrice correspond à la variation du signal de l’analyte selon les constituants présents dans l’échantillon. Il peut fausser la comparaison entre une solution inconnue et des solutions étalons, car l’analyte peut réagir différemment selon l’environnement chimique.
Qu’est-ce que la méthode des ajouts dosés et comment corrige-t-elle l’effet de matrice ?
La méthode des ajouts dosés consiste à ajouter des quantités croissantes d’un étalon de référence directement dans l’échantillon analysé. Elle permet de comparer le signal dans le même environnement chimique, supprimant ainsi l’effet de matrice.
Pourquoi faut-il soustraire la contribution du blanc dans la méthode des ajouts dosés ?
Pour éviter toute interférence dans les mesures, on doit soustraire le signal du blanc des résultats obtenus sur l’échantillon inconnu et sur les solutions avec ajouts dosés.
Pourquoi faut-il s’assurer que l’analyte reste dans le domaine de linéarité lors des ajouts dosés ?
Si la concentration de l’analyte dépasse le domaine de linéarité, la courbe d’étalonnage ne sera plus valide. En général, les ajouts dosés doivent augmenter la concentration de 1,5 à 3 fois celle de l’inconnu.
Qu’est-ce que la limite de détection d’une méthode analytique dans une matrice réelle ?
C’est la plus basse concentration d’un composé pouvant être détectée après toutes les étapes analytiques, incluant extractions chimiques et prétraitement, avec une fiabilité statistique différente du blanc.
Qu’est-ce que la limite de détection d’un analyte en l’absence d’effet de matrice ?
C’est la plus basse concentration d’un composé dans un solvant pur détectable avec un instrument analytique, sans interférences dues à d’autres constituants.
Comment s’assure-t-on que la limite de détection est significativement différente du bruit de fond ?
La limite de détection doit être statistiquement différente du bruit de fond de l’instrument, afin d’éviter toute confusion avec des signaux parasites.
Comment mesure-t-on expérimentalement une limite de détection ?
On prépare une solution étalon à environ 5 fois la limite de détection estimée, puis on réalise 10 mesures pour calculer l’écart-type s. On applique alors :
LID = 3 × s.
Quelle est une autre approche pour estimer la limite de détection ?
On utilise l’écart-type du signal de fond (s) et une courbe d’étalonnage pour convertir le signal en unités de concentration (ex. absorbance → ppm).
Comment peut-on évaluer la limite de détection sur une longue période ?
On peut évaluer la limite de détection à l’aide de duplicata journaliers, en analysant les résultats d’au moins 40 paires de duplicata sur une année. Cela permet d’obtenir une estimation plus robuste et statistiquement significative.
Quelle est la formule de la limite de détection de la méthode (LDM) ?
La limite de détection de la méthode (LDM) est donnée par :
LDM = 3 × s, où s est l’écart-type des mesures répétées du blanc ou d’un échantillon à très faible concentration.
Comment évaluer la validité de la procédure d’établissement de la limite de détection (LDM) ?
Pour valider la LDM :
- Si R < 4, il faut recommencer l’expérience avec un échantillon de concentration plus élevée.
- Si R > 10, la vraie limite de détection est inférieure à la LDM estimée.
Quelle est la formule du facteur R utilisé pour valider la limite de détection de la méthode ?
Le facteur R est défini comme :
R = Moyenne de x / LDM calculé = Moyenne de x / (3s),
où x représente les résultats obtenus sur l’échantillon faible en analyte.
Quelle est la formule de la limite de quantification d’une méthode (LQM) ?
La limite de quantification (LQM) est définie par :
LQM = 10 × s, où s est l’écart-type des mesures répétées.
Pourquoi la limite de quantification (LQM) est-elle une valeur plus réaliste pour les analyses de routine ?
La LQM est utilisée en analyse de routine car les résultats inférieurs à la LQM ont une incertitude plus élevée, ce qui les rend moins fiables.
Qu’est-ce que la limite de linéarité (LL) en analyse chimique ?
La limite de linéarité est le plus haut niveau fiable de mesure où la réponse analytique reste proportionnelle à la concentration de l’analyte, en tenant compte des facteurs influençant la méthode.
Qu’est-ce que la zone quantifiable dans une méthode d’analyse ?
La zone quantifiable est l’intervalle de concentration entre la LQM et la LL où les mesures analytiques sont fiables.
Le coefficient de corrélation doit être ≥ 0,995 pour respecter les critères de linéarité.
Comment définit-on la fidélité d’une méthode analytique ?
La fidélité mesure la reproductibilité des résultats pour une même analyse. Elle s’exprime sous forme de répétabilité, réplicabilité ou reproductibilité, selon les conditions expérimentales.
Comment exprime-t-on la fidélité d’une méthode analytique ?
La fidélité s’exprime à l’aide d’un intervalle de confiance pour une concentration donnée, en fonction de l’écart-type, du niveau de confiance et du nombre de répétitions effectuées.
Qu’est-ce que la réplicabilité en analyse chimique ?
La réplicabilité est la précision obtenue dans les mêmes conditions expérimentales, incluant :
- Même analyste,
- Même appareil,
- Même jour.
Qu’est-ce que la répétabilité en analyse chimique ?
La répétabilité est la précision obtenue dans le même laboratoire, mais avec au moins une condition différente, comme :
- Un analyste différent,
- Un appareil différent,
- Un jour différent.
Qu’est-ce que la reproductibilité en analyse chimique ?
La reproductibilité est la précision obtenue dans des laboratoires différents, avec des conditions variables, comme :
- Analyste différent,
- Appareil différent,
- Jour différent.
Qu’est-ce que la justesse (exactitude) d’une méthode et comment se mesure-t-elle ?
La justesse correspond à l’accord entre une valeur mesurée et une valeur de référence. Elle est calculée en comparant la moyenne des résultats expérimentaux à une valeur certifiée, selon la formule :
Justesse (%) = 100 - Erreur relative.
Comment calcule-t-on l’erreur relative (%) pour mesurer la justesse d’une méthode ?
L’erreur relative (%) est donnée par la formule :
Erreur relative (%) = (V₀ - Vₛ) / Vₛ × 100
Avec :
- V₀ = Moyenne des valeurs observées,
- Vₛ = Valeur de référence certifiée.
Quel est le rôle du pourcentage de récupération en analyse chimique ?
Le pourcentage de récupération permet d’identifier la présence de possibles interférences dans une matrice spécifique et à une concentration donnée, en comparant la concentration mesurée avant et après un ajout connu d’analyte.
Comment est déterminé le taux de récupération et pourquoi est-il important ?
Le taux de récupération est calculé en comparant les concentrations mesurées d’un échantillon fortifié et d’un échantillon non fortifié. Il permet d’évaluer si l’analyte subit des transformations chimiques ou interférences.
Un minimum de cinq essais est nécessaire pour valider une méthode d’analyse.
Quelle est la formule du pourcentage de récupération (%) et quelles sont ses variables ?
La récupération est donnée par :
Récupération (%) = (Cf - C) / Ca × 100
Avec :
- Cf = Concentration mesurée dans l’échantillon fortifié,
- C = Concentration mesurée dans l’échantillon non fortifié,
- Ca = Concentration de la substance ajoutée.
