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Comment choisir le bon solvant pour nettoyer les instruments scientifiques

Les instruments de mesure sont généralement conçus pour mesurer une large gamme d'échantillons. Cependant, la cellule de mesure, les tuyaux et les connexions doivent être nettoyés après la mesure pour maintenir l'appareil en bon état de fonctionnement et s'assurer que la mesure sur l'échantillon suivant donne des résultats corrects. Le choix du solvant le plus approprié pour nettoyer la(les) cellule(s) de mesure d'un instrument scientifique dépend de l'échantillon ou du produit chimique qui doit être retiré de l'appareil. L’objectif d’une procédure de nettoyage est de laisser l’appareil de mesure prêt à être utilisé pour la mesure ou l’expérience suivante. Si l'appareil de mesure dispose d'un changeur d'échantillons, le programme de nettoyage peut être prédéfini pour utiliser automatiquement des combinaisons de solvants spécifiques et des temps de séchage. Avant d'utiliser un solvant pour la tâche de nettoyage, vous devez prendre en compte :

Le type d'échantillon qui doit être retiré de la cellule de mesure
Quel type de solvant pourrait être utilisé
Dans quel ordre utiliser pour les solvants

Quel type d'échantillon qui doit être retiré de la cellule de mesure

Les échantillons ont des propriétés différentes et ces propriétés déterminent la solubilité de l'échantillon dans un solvant. La solubilité d'une substance dépend fondamentalement des :

propriétés physiques et chimiques du soluté
propriétés physiques et chimiques du soluté
la température
la pression
pH de la solution solvant-soluté^[1]
…

Décider quel solvant est nécessaire pour rincer l'échantillon suit le principe : "Similia similibus solvuntur" (les semblables se dissolvent dans les semblables).

Types de solvants pour le nettoyage des instruments scientifiques.

Les solvants sont des produits chimiques. Ils peuvent être utilisés à l'état pur ou sous forme de mélanges composés de différents solvants. Un solvant ou un agent de nettoyage peut également être de l'eau mélangée avec un peu de détergent. Les solvants peuvent être classés en plusieurs catégories en fonction de leur structure chimique et leur comportement physique^[2]. Pour comprendre leur comportement en tant qu'agents nettoyants, il est important de comprendre que les solvants sont soit polaires, soit non polaires.

Qu'est-ce qu'un solvant polaire ?

Un solvant polaire est un solvant avec une forte polarité. La polarité d'une substance affecte sa solubilité. Pour déterminer la polarité d'une substance, vous pouvez mesurer la constante diélectrique. Plus la constante diélectrique est élevée, plus la polarité de la substance est élevée. L'eau est un solvant polaire, ce qui est indiqué par sa mesure de constante diélectrique élevée de 88 (à 0 °C) ^[3]. Les solvants polaires conviennent le mieux pour dissoudre des échantillons polaires. Solvants polaires les plus communs :

Acétone
Eau
n-butanol
Éthanol
Isopropanol

Qu'est-ce qu'un solvant non polaire ?

Les solvants ayant une constante diélectrique inférieure à 15 sont généralement considérés comme non polaires ^[4][5]. Les solvants non polaires conviennent le mieux pour dissoudre des échantillons non polaires. Les solvants non polaires les plus communs :

Hexane
Toluène
Chloroforme
Octanol
Dichlorométhane
Xylène

Qu'est-ce qu'un mélange de solvant ?

Les mélanges de solvants peuvent avoir plusieurs attributs. Ils peuvent être polaires et non polaires en même temps. Cet ambivalence aide souvent à dissoudre facilement des échantillons délicats^[6]. Un bon exemple est le mélange ternaire utilisé pour nettoyer les huiles en service. Dissoudre les huiles en service est un processus délicat car l'échantillon lui-même est une combinaison de suie, d'huile et d'impuretés telles que l'eau. Par conséquent, le solvant nécessite quelque chose pour dissoudre l'huile, quelque chose pour enlever l'eau, et quelque chose pour la suie. De plus, le solvant doit avoir un point d'ébullition supérieur à 100 °C et inférieur à 200 °C.

Pour nettoyer la suie > diesel
Pour nettoyer l'eau > toluène (car le toluène et l'eau ensemble forment un azéotrope parfait)
Pour nettoyer l'huile > aussi du toluène
Pour atteindre le point d'ébullition > n-butanol.
Le rapport idéal est : toluène : diesel : n-butanol = 1 : 1 : 1

Lire pour en savoir plus sur l'application de ce mélange ternaire.

Utiliser les bons solvants dans le bon ordre

Il est souvent nécessaire d'utiliser plus d'un solvant, par exemple le premier solvant dissout l'échantillon dans la cellule de mesure et permet a celui-ci de le retirer facilement. Le deuxième solvant rince le premier solvant hors de la cellule et facilite le séchage rapide.

Propriétés du premier solvant

Le premier solvant doit dissoudre complètement les échantillons. Cela signifie que la solubilité de l'échantillon dans le premier solvant doit être très élevée. Par exemple, des échantillons qui contiennent principalement de l'alcool peuvent être dissous dans l'eau ou dans un autre alcool, tel que l'éthanol. Les échantillons contenant des graisses, comme les crèmes, peuvent facilement être dissous dans des solvants tels que le naphte ou l'essence minérale. La manière la plus simple d'identifier le type de solvant adapté à l'échantillon à diluer consiste à effectuer le test suivant :

Prenez une petite quantité d'échantillon et mettez-la dans un flacon en verre
Versez le solvant dessus
Observez si le solvant dissout l'échantillon dans un délai acceptable.

Si l’échantillon forme des agrégats dans le solvant, alors le solvant n’est pas adapté. Si l'échantillon commence à se dissoudre et à s'homogénéiser dans le solvant, alors c'était un bon choix pour l'échantillon.

Propriétés du deuxième solvant

Pour le deuxième solvant, il est recommandé de choisir un solvant qui aide à réduire le temps de séchage de l'instrument de mesure. En général, ce type de solvant a un point d'ébullition très bas, comme l'acétone ou l'éthanol. Il est également conseillé de choisir un solvant qui n'est pas nocif et largement disponible. Dans des cas rares, il est même recommandé d'utiliser un troisième solvant. Dans ce cas, le troisième solvant devrait également améliorer la fonctionnement de nettoyage. Le tableau suivant donne un aperçu des combinaisons de solvants et d'échantillons.

Tableau 1 : Aperçu des échantillons et des solvants appropriés

Échantillons	Pour le nettoyage, utilisez un solvant approprié.	Solvant pour le séchage	Explication
Alcools, tels que les liqueurs et les vins, ou la bière	Soluble dans l'eau et/ou dans l'éthanol	Éthanol ou acétone	L'échantillon a des propriétés polaires et est soluble dans un solvant typiquement polaire.
Miel et solutions sucrées, sirop d'érable	Soluble dans l'eau tiède	L'éthanol, parce que l'acétone n'est généralement pas autorisée dans l'industrie alimentaire	Le sucre se dissout mieux dans l'eau que dans l'alcool, et si la chaleur est également appliquée, le processus peut être amélioré.
Cires d'origine biologique ou artificielle	Soluble dans un solvant organique non polaire tel que le toluène, le xylène, ou dans une huile chauffée (l'huile peut être une huile de base à faible viscosité)	Naphte de nettoyage à bas point d’ébullition ou alcool isopropylique	Les cires sont insolubles dans l'eau et généralement solides ; par conséquent, de la chaleur est nécessaire pour les faire fondre et pour les diluer correctement dans un solvant.
Polymères (pour plastiques)	Soluble dans les acides ou les solvants organiques. Fortement recommandé comme un deuxième solvant.	Éthanol seulement ! L'éthanol éteint le solvant organique.	Les solutions polymères s'agrègent généralement dans l'eau ; il est donc nécessaire de suivre les recommandations du fabricant selon ces échantillons.
Parfums	Soluble dans l'acétone et l'éthanol	Acétone	L'échantillon et le solvant ont une polarité très similaire. Ce comportement est utilisé pour produire l'eau de cologne.
Saveurs huileuses	Soluble dans l'acétone et le white spirit	Acétone	Les échantillons lipophiles nécessitent des solvants non polaires ; autrement, ils formeraient des suspensions ou des systèmes biphasés.
Huiles de moteur en service	Mélange ternaire de toluène, diesel et n-butanol (1 : 1 : 1)	Solvant de type naphte de nettoyage ou éthanol	L'échantillon et la matrice d'échantillon nécessitent des conditions de nettoyage spéciales. La suie est nettoyée avec du diesel, le toluène prend l'huile, et l'alcool est responsable du point d'ébullition optimal
Huiles brutes	Toluène et/ou xylène, soit pur ou soit en mélange	Du naphte de nettoyeur	Le toluène et le xylène sont des solvants aromatiques avec un point d'ébullition élevé et optimaux pour nettoyer le pétrole brut collant.
Résine organique	DMSO	Éthanol	Le DMSO dissout de nombreux composés organiques facilement, mais il a un point d'ébullition supérieur à 150 °C. Par conséquent, l'éthanol en tant que deuxième solvant aidera à réduire le temps de séchage
Lait ou produits laitiers	Eau et quelques enzymes. Solution enzymatique lipolytique, telle que la tétrazyme.	Éthanol	Le lait ou les produits laitiers sont des émulsions eau-graisse et ils ont une origine naturelle. Par conséquent, une solution enzymatique est nécessaire pour éliminer les lipides du système et de l'éthanol pour le sécher et effectuer une désinfection.
Savon liquide	Eau et/ou acétone. L'eau en tant que solvant pur ou en tant que mélange avec l'acétone.	Acétone	L'eau dissout le savon liquide mais de la mousse. Donc, l'acétone est nécessaire pour décomposer la mousse et améliorer la capacité de lavage de l'eau.

En savoir plus

Références

En.wikipedia.org. (2017). Solubilité. [en ligne] Disponible à :
Becker, H., Berger, W., Domschke, G., Beckert, R., Fanghänel, E. et Habicher, W. (2004). Organikum. 22ième éd. Weinheim : Wiley-VCH, p.36.
Malmberg, C. G. ; Maryott, A. A. (janvier 1956). "Constante diélectrique de l'eau de 0° à 100°C" (PDF). Journal de recherche du Bureau national des normes. 56 (1) : 1. doi :10.6028/jres.056.001. Récupéré le 27 juin 2014.
Lowry, T. et Richardson, K. (1987). Livre de réponses pour accompagner Mécanisme et théorie en chimie organique. New York : Harper & Row, p.77.
Anon, (2017). [en ligne] Disponible à : www.idc-online.com/technical_references/pdfs/chemical_engineering/Classification_of_solvents.pdf [Consulté le 12 juil. 2017].
rushim.ru/books/spravochniki/azeotropic-dataII.pdf [Consulté le 14 janvier 2019]

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