Thème FR

Spectrophotométrie
Réf :
701 606
Français – p 1
Version : 6102
Spectrophotomètre CCD2
Spectrophotométrie
Spectrophotomètre CCD2
Réf :
701 606
1 Avant-propos et description
Chère cliente, cher client, nous vous remercions d'avoir choisi notre Spectrophotomètre
CCD2 pour réaliser vos TP.
Avec le Spectrophotomètre CCD2 et son logiciel, quelques clics suffisent pour réaliser et
exploiter vos acquisitions.
Sources d'information :
Le présent manuel de l'utilisateur vous fournit les informations nécessaires pour utiliser
facilement et rapidement le Spectrophotomètre CCD2 et son logiciel intégré.
Une aide en ligne (onglet aide du logiciel) reprend, sous une forme optimisée : tutoriel et
TPs contextualisés.
Bonne découverte et bon travail avec le Spectrophotomètre CCD2.
1.1 Description générale
1.1.1 Contenu du colis
-
Spectrophotomètre CCD2
Bloc d’alimentation 12 V – 5 A
Cordon USB
Logiciel embarqué multispectro
1.1.2 Caractéristiques techniques
-
Capteur CCD Linéaire 3600 pixels
Fente d’entrée 0,1 mm
Réseau : 600 traits/mm
Source lumineuse large bande : 380 à 860 nm
La configuration informatique minimum est XP / Seven 32 & 64 bits / Windows 8.
1.1.3 Expériences réalisables
-
Mesure d’absorbance / transmittance
Expérience de Beer-Lambert
Suivi de cinétique : traditionnelle et 3D
Étude de filtres ou solutions coloré(e)s
1.1.4 Connexion / Mise en marche
1- Allumer l’ordinateur
2- Brancher l’appareil sur le secteur avec le bloc alimentation fourni
3- Connecter l’appareil à l’ordinateur avec le cordon USB fourni
4- Le message suivant va apparaître,
cliquer sur exécuter :
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5- Une fois le logiciel lancé, la fenêtre suivante apparaît et la source lumineuse du
spectrophotomètre s’allume :
1.1.5 Allure du spectre émis par la source lumineuse
Le spectre émis peut avoir deux allures distinctes sans impacter la mesure. Les exemples
ci-après permettent de mettre en évidence une évolution de l’intensité lumineuse en fonction
de la longueur d’onde dans la partie orange/rouge i.e. au-delà de 550 nm.
Si l’allure du spectre émis brut est différente de ces deux captures, alors, il est possible que
l’une de vos sources lumineuses doive être remplacée.
Contacter notre S.A.V. par email ([email protected]) en envoyant votre capture d’écran et le
temps d’intégration indiqué avec ajustement automatique activé.
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1.2 L’appareil
1.2.1 Plage de mesures
La plage spectrale de l’appareil s’étend de 380 à 860 nm.
La plage d’absorbance s’étend de 0 à 2,5.
La plage de temps d’intégration s’étend de 0,1 ms à 5 s.
L’appareil mesure une absorbance (sans unité) ou une transmittance (en %).
1.2.2 Porte cuve
Le porte cuve est conçu pour recevoir :
- Des cuves de spectrophotométrie : 10 x 10 mm
- Des tubes à essais jusqu’à 12 mm
- Des filtres colorés diapos ou disques
Remarque : Attention à enfoncer la cuve jusqu’à entendre le « clic ».
1.2.3 Etalonnage / changement de lampe
Vous ne pouvez en aucun cas procéder au remplacement de la lampe.
Pour tout remplacement, adressez-vous à notre S.A.V.
1.2.4 Nettoyage de l’appareil
L’appareil peut être nettoyé avec un chiffon doux. Ne verser aucun produit sur l’appareil.
2 Logiciel
Le logiciel du Spectrophotomètre CCD2 permet de réaliser des acquisitions expérimentales
de façon simple et rapide.
2.1 Utilisation du logiciel
2.1.1 En mode connecté
Dès la connexion de l’appareil à votre ordinateur, vous avez pu constater que le logiciel se
lance automatiquement : le logiciel est intégré à l’appareil.
2.1.2 En mode déconnecté
Vous pouvez utiliser l’appareil en mode déconnecté. Pour cela, brancher l’appareil sur le
poste de votre choix et procéder à un clic droit dans le poste de travail sur « Logiciels
spectro ». Choisir « Installer le logiciel » et suivre la procédure indiquée.
2.1.3 Les paramètres de configuration
En procédant par un clic droit, dans le poste de travail, sur « configuration du logiciel
Spectro », vous aurez accès aux paramètres de configuration de l’appareil :
Les différents paramètres accessibles sont :
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-
Lignes 5004 et 5005
Les bornes min (jusqu’à : 360 nm) et max (jusqu’à 900 nm). Attention : les mesures sur
les bords du spectre sont de qualités inférieures en comparaison avec celles en centre
de bande spectrale.
-
Ligne 5006
Vous pouvez choisir de permettre à vos élèves d’avoir de façon automatique la
concentration de la solution inconnue. Si vous préférez leur faire déterminer par calcul
alors, il faut choisir : « non ».
-
Ligne 5007
Dans l’onglet Beer-Lambert (onglet n° 3), vous pouvez choisir le nombre de chiffres
significatifs pour la concentration déterminée par la loi de Beer-Lambert.
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- Ligne 5008
Dans l’onglet Beer-Lambert (onglet n° 3), vous pouvez choisir d’afficher ou non le
coefficient « b » de la droite d’étalonnage de la loi de Beer-Lambert.
-
Ligne 5009
ème
onglet, modifier le nom de l’onglet.
Vous pouvez, dans le 3
A=f(X) : acquisition en fonction d’un paramètre choisi manuellement
Beer-Lambert : si vous souhaitez préciser la loi utilisée
Vous pouvez également choisir le nom de votre choix.
-
Ligne 5020
Comme la mesure d’absorbance peut fluctuer en fonction de la qualité de vos
échantillons, vous pouvez choisir de la moyenner ou non.
Si vous activez le lissage, en rentrant une valeur vous choisissez le nombre
d’échantillons servant dans le calcul de la moyenne.
2.2 Les onglets
Le logiciel se compose de 5 onglets : Emission, Absorbance, Beer-Lambert, Cinétique et
Cinétique 3D. Vous trouverez ci-dessous les détails d’utilisation.
2.2.1 Emission
À travers l’onglet Emission, vous pourrez acquérir les spectres de la source lumineuse.
Référez-vous à la partie de gauche de la fenêtre pour tous les paramètres : réglages et
acquisitions.
- Lecture Pause
Le bouton : permettra d’activer ou non la lecture en temps réel du signal reçu par la
barrette CCD.
-
Temps d’intégration
Le temps d’intégration
automatiquement.
ou
gain
est
réglable
manuellement
ou,
par
défaut,
-
Correction de sensibilité
La sensibilité de l’appareil est telle que l’appareil est moins sensible en bord de bande
spectrale. Afin de tenir compte de la sensibilité de l’appareil, vous pourrez sélectionner la
prise en compte de la correction de sensibilité.
-
Prise en compte du noir
Le boîtier du spectrophotomètre peut, dans le temps et par usure, se déformer
légèrement. Afin de compenser le bruit optique, dit « bruit noir » dû à la lumière non
désirée reçue par le capteur, procéder à une mesure de noir. Puis activer la prise en
compte du noir.
-
Lissages
Deux types de filtrages peuvent être activés.
Filtrage spatial
Le filtrage spatial vise à éviter les pics d’information contenu dans le signal. Utilisez-le
uniquement si la résolution spatiale n’est pas importante dans vos expériences.
Filtrage temporel
Le filtrage temporel permet de lisser dans le temps afin d’éviter le bruit lié à des
fluctuations de la source lumineuse.
Utilisez-le uniquement si la résolution temporelle n’est pas importante dans vos
expériences.
À noter : plus la valeur choisie est grande et plus le lissage est important.
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Attention : si ces lissages sont activés, ils seront actifs dans tous les onglets.
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- Acquisition
Pour procéder à l’acquisition de la courbe visible dans la partie graphique, entrez un nom
et cliquez sur « conserver ».
À l’aide de l’icône :
courbe.
, colorez l’aire sous la
À chaque abscisse correspond une longueur d’onde.
À noter : vous pourrez observer, dans la partie graphique : le spectre de raie de la source
lumineuse brute ou filtrée par un élément (filtre, cuve contenant une solution colorée). En
zoomant sur le graphique et ce spectre de raie simultanément, le zoom des deux zones est
visible.
Voir partie 1.1.5 pour l’allure du spectre émis par les sources lumineuses.
Spectre émis en situation de source lumineuse + filtre : bleu / vert.
En cliquant sur le bouton :
puis en faisant un clic droit sur le
fond du graphique, vous pouvez obtenir l’image ci-dessous.
Coloration de l’aire sous la courbe + fond noir.
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2.2.2 Absorbance
Dans l’onglet absorbance, l’objectif des mesures est de déterminer l’absorbance - ou densité
optique - d’une solution ou d’un filtre pour toutes les longueurs d’onde.
L’un des usages fort est de déterminer la longueur d’onde pour laquelle l’absorbance d’une
solution est maximum.
La première étape est de calibrer l’appareil. Pour cela, il est conseillé de maintenir
l’ajustement automatique du temps d’intégration.
Positionner votre cuve remplie de solvant pour la mesure du spectre de référence.
Vérifier qu’aucun filtre n’est placé dans le porte-cuve.
À noter : l’appareil procède également à la mesure de noir pour éviter la prise en compte du
bruit optique pouvant perturber la mesure.
Insérez une cuve ou un filtre à étudier.
Observer les spectres d’absorbance et de transmittance pour toutes les longueurs d’onde en
temps réel. Pour figer la courbe, entrez un nom de solution (ou de filtre) et cliquez sur
« conserver ».
À noter : la dernière partie de cet onglet présente un cercle chromatique. Ce cercle a pour
but de déterminer la couleur de la solution (filtre) en fonction de la longueur d’onde (couleur)
observée.
Exemple de courbe obtenue :
Détermination de λmax d’une solution de KMnO4-
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On observe que la valeur d’absorbance est ici négative pour une valeur de longueur d’onde
inférieure à 420 nm.
Cela est dû au fait que, dans cette zone, l’amplitude du signal est faible et proche de zéro
avec l’utilisation d’une cuve en polystyrène. De plus, la source lumineuse a pu évoluer entre
la calibration et l’acquisition.
Pour s’affranchir de ces valeurs négatives, la source lumineuse doit être allumée durant 20
minutes avant calibration et mesures.
À noter : cela ne perturbe pas la mesure pour λmax.
2.2.3 Beer-Lambert
La loi de Beer-Lambert est souvent utilisée pour déterminer la concentration d’une solution
inconnue.
Pour toute expérience dans cet onglet, il est indispensable de laisser la source
lumineuse allumée durant 20 minutes avant toute acquisition. En effet, vous allez avoir
besoin d’une source stabilisée afin de comparer les absorbances, à une longueur d’onde
donnée et pour différentes concentrations. L’expérience peut durer quelques minutes. LA
SOURCE DOIT ÊTRE STABLE.
Rappels :
La loi de Beer-Lambert permet de mettre en évidence la proportionnalité entre l’absorbance
d’une solution pour une longueur d’onde choisie et la concentration de cette solution.
Cette loi est régie par la relation suivante :
3
-1
-1
Où :
est le coefficient d’extinction molaire (en m .mol .cm )
l : la longueur du trajet optique en cm
1
c : la concentration en mol.L-
Limites d’application :
La loi de Beer-Lambert est valide pour des solutions diluées. Lorsque la concentration des
solutions à mesurer est trop élevée, les propriétés des molécules évoluent.
Par ailleurs, le spectrophotomètre CCD2 est calibré pour permettre les mesures
d’absorbance entre 0 et 2,5 Abs.
Expérience :
La première étape est de calibrer l’appareil. Pour cela, il est conseillé de maintenir
l’ajustement automatique du temps d’intégration.
Positionner votre cuve remplie de solvant pour la mesure du spectre de référence.
Vérifier qu’aucun filtre n’est placé dans le porte-cuve.
À noter : l’appareil procède également à la mesure de noir pour éviter la prise en compte du
bruit optique pouvant perturber la mesure.
Choisir une longueur d’onde de travail. Cette longueur d’onde peut être choisie
arbitrairement ou en fonction d’une expérience d’absorbance qui aura permis de déterminer
la longueur d’onde pour laquelle l’absorbance de la solution est maximale.
Choisir, ensuite, le nom de la grandeur à positionner en abscisse et son unité. En général, la
-1
variable est la concentration. Son unité est le mol.L . Mais vous pouvez choisir une autre
-1
variable (la température par exemple) ou une autre unité mmol.L par exemple.
Positionner dans le porte-cuve, tour à tour, les cuves de solution dont la concentration est
connue. Entrer, pour chaque solution, la valeur de la variable X connue.
Lorsque toutes les mesures d’absorbance de vos solutions connues sont réalisées, tracer la
droite d’étalonnage.
Positionner alors la cuve contenant une solution de concentration inconnue et déterminer
son absorbance. En déduire sa concentration.
À noter : en cliquant sur le bouton « mesure », afficher l’absorbance et la concentration en
un clic !
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Exemple de résultat :
Échelle de teinte (KMnO4-)
Expérience de Beer-Lambert pour solutions de KMnO4- de concentrations C=0mol.L-1 à C =20.105
mol.L-1 par pas de 2.10-5mol.L-1.
2.2.4 Cinétique
Le suivi cinétique d’une solution permet de déterminer le temps de demi-réaction. Son
intérêt est de fournir une échelle des temps caractéristique du système étudié.
Il permet d’évaluer le temps nécessaire à l’achèvement de la transformation chimique
étudiée.
Pour toute expérience dans cet onglet, il est indispensable de laisser la source
lumineuse allumée durant 20 minutes avant toute acquisition. En effet, vous allez avoir
besoin d’une source stabilisée afin de comparer les absorbances, à une longueur d’onde
donnée, en fonction du temps. L’expérience peut durer quelques minutes. LA SOURCE
DOIT ÊTRE STABLE.
La première étape est de calibrer l’appareil. Pour cela, il est conseillé de maintenir
l’ajustement automatique du temps d’intégration.
Positionner votre cuve remplie de solvant pour la mesure du spectre de référence.
Vérifier qu’aucun filtre n’est placé dans le porte-cuve.
À noter : l’appareil procède également à la mesure de noir pour éviter la prise en compte du
bruit optique pouvant perturber la mesure.
Pour procéder au suivi cinétique de votre solution, préparer la solution à suivre et positionner
la cuve dans le porte-cuve.
Choisir « absorbance » ou « transmittance » en fonction de la variable à suivre et entrer une
à deux longueurs d’onde à suivre dans le temps.
À noter : il peut être intéressant de suivre deux longueurs d’onde dans le cas où l’un des
produits correspond à une longueur d’onde et l’un des réactifs à une autre.
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Exemple d’acquisition :
Exemple de cinétique obtenue pour deux longueurs d’onde différentes.
Le temps de ½ réaction (sous-entendu d’un réactif donné) est la durée pour laquelle la
concentration de ce réactif aurait diminué de moitié. Ce temps sera noté t1/2. On peut alors
écrire :
x(t1/2)=1/2.xfinal
Pour déterminer t1/2 dans le cas d’une réaction totale, déterminer xfinal puis xfinal/2 et enfin,
t1/2 en suivant la droite verticale passant par la courbe et dont l’ordonnée est xfinal/2.
Pour aller plus loin, utiliser les outils de modélisation situés dans Affichage/Modélisation.
Les expériences avec présence de gaz dans les solutions ne permettent pas une étude en
situation d’intensité lumineuse stable dans le temps. En effet, le trajet optique est modifié par
la présence de bulles. Ainsi, nous déconseillons, par exemple, l’expérience : H2O2 + KI.
2.2.5 Cinétique 3D
À travers l’onglet cinétique 3D, procéder à un suivi cinétique pour toutes les longueurs
d’onde en fonction du temps.
L’onglet se décompose en plusieurs zones :
- Etape 1 : Calibration (identique aux onglets précédents)
- Etape 2 : Réglage des paramètres d’acquisition
En paramétrant les temps entre deux acquisitions, le logiciel vous donne la durée maximale
d’acquisition. En effet, l’appareil peut acquérir jusqu’à 50 courbes.
À chaque courbe correspond un instant t.
Si vous le souhaitez, vous pourrez entrer un délai avant le démarrage de l’acquisition.
Si vous ne connaissez pas la durée de la réaction à observer, vous pourrez travailler en
acquisition continue. Auquel cas, deux modes sont proposés :
- Par suppression des premières courbes.
L’appareil acquière 50 courbes, puis, sans action de l’expérimentateur, il continue les
acquisitions en supprimant une courbe pour chaque nouvel instant acquis.
- Par suppression d’une courbe sur deux
L’appareil acquière jusqu’à 50 courbes, puis, sans action de l’expérimentateur, il continue les
acquisitions en supprimant une courbe sur deux. Attention : cela implique que le temps
entre deux acquisitions sera modifié. En effet, il sera multiplié par 2 à chaque cycle
d’acquisition.
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La zone graphique est dissociée en 4 zones.
1. Spectre en temps réel
2. Spectre : A=f(λ) représenté à l’instant t choisi à l’aide du curseur :
3. Cinétique A=f(t) représentée pour la valeur de la longueur choisie à l’aide du curseur
situé sur le panneau de contrôle à gauche :
4. Cinétique 3D : A=f(t,λ) représentée pour toutes les valeurs de longueurs d’onde et de
temps.
Remarque : la courbe 3D peut être tournée pour choisir l’angle de vue du spectre 3D.
Cette expérience permettra de suivre toutes les longueurs d’onde en fonction du temps.
Ainsi, si vous ne connaissez pas la longueur d’onde max, vous aurez toutes les informations
pour extraire la cinétique de plus grande dynamique et donc, la meilleure cinétique.
Outil d’affichage supplémentaire, le carré vert vous permettra de représenter en grand
l’encart de votre choix. En cliquant à nouveau sur le carré de votre choix, revenez à la
représentation en 4 zones.
La première étape est de calibrer l’appareil. Pour cela, il est conseillé de maintenir
l’ajustement automatique du temps d’intégration.
Positionner votre cuve remplie de solvant pour la mesure du spectre de référence.
Vérifier qu’aucun filtre n’est placé dans le porte-cuve.
À noter : l’appareil procède également à la mesure de noir pour éviter la prise en compte du
bruit optique pouvant perturber la mesure.
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3 Diagnostics d’erreurs
Si, en cliquant sur calibration, l’appareil refuse la calibration pour « manque de lumière »,
alors, vérifier par les orifices d’ouverture que la lampe est allumée puis vérifier le spectre
émis (onglet 1).
Si la lampe est éteinte, quitter le logiciel, débrancher et reproduire la calibration. Si la lampe
reste éteinte, contacter notre S.A.V. (voir dernier chapitre de cette notice).
Si la lampe est allumée, rendez-vous dans l’onglet 1 : spectre émis et vérifier l’allure du
spectre émis.
Reproduire l’étape de calibration. Si après quelques essais la calibration n’est pas acceptée
par l’appareil, alors contacter notre S.A.V. en vous munissant de la courbe émise et de la
capture d’écran montrant le non fonctionnement.
Dans l’onglet Beer-Lambert :
Si la courbe ne passe pas par zéro, plusieurs hypothèses :
- Avez-vous procédé à l’étape de calibration en plaçant une cuve remplie de solvant dans
l’appareil ?
- Avez-vous attendu 20 minutes avant de procéder à la calibration ?
-1
- Avez-vous acquis le point de concentration : C=0 mol.L ?
À noter :
Les expériences avec présence de gaz dans les solutions ne permettent pas une étude en
situation d’intensité lumineuse stable dans le temps. En effet, le trajet optique est modifié par
la présence de bulles. Ainsi, nous déconseillons, par exemple, l’expérience : H2O2 + KI.
4 Service après-vente
Pour tous réglages, contacter le Support Technique au 0 825 563 563.
La garantie est de 2 ans.
Le matériel doit être retourné dans nos ateliers pour toutes réparations ou pièces détachées,
veuillez contacter :
JEULIN – S.A.V.
468 rue Jacques Monod
CS 21900
27019 EVREUX CEDEX France
0 825 563 563*
* 0,15 € TTC/min. à partir un téléphone fixe
FRANÇAIS
11
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