Etude d`une chaîne colorimétrique

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Etude d'une chaîne colorimétrique
On se propose de montrer comment l'ordinateur peut évaluer la concentration
d'une solution en utilisant un capteur. Ce capteur est une photodiode BPW34.
1. Le colorimètre
a. Principe
Dans le colorimètre, il y a une diode électroluminescente (LED). Elle éclaire une
cuve contenant une solution colorée.
Le flux lumineux qui traverse la solution éclaire une photodiode BPW34.
Dans le schéma ci-dessous, le contenu du colorimètre est représenté dans le
cadre bleu pointillé
Légender le schéma:
colorimètre
i
0 - 10 V
BPW34
15 V
UB1
330Ω
Combien y a-t-il de circuits électriques ?
Comment la photodiode est-elle montée?
470kΩ
Sont-ils reliés électriquement ?
b. Expérience
Brancher la source de tension +15V.
Brancher le générateur de tension continue réglable comme indiqué sur le
schéma..
Faire varier la tension du générateur ; observer l'éclairement de la DEL et la
tension UB1. (Faire vérifier par le professeur !)
Compléter:
A la différence d'une simple diode une photodiode est passante même en sens
...........
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Plus la photodiode est ........... plus l'intensité du courant qui la traverse est
.................
c. Fonctionnement du capteur colorimétrique.
La tension UB1 sera envoyée dans l'ordinateur par l'intermédiaire de Cassy.
L'intensité du courant qui traverse la photodiode est de l'ordre du µA.
Si la résistance de protection avait pour valeur 1 k, quelle serait la valeur de
UB1 ?
...........................
Cassy peut-il mesurer cette tension ? ................................
Justifier le choix d'une résistance aussi grande ( R = 470k ............................
2. Étalonnage du colorimètre
Une solution aqueuse de menthe est de couleur vert pâle à faible concentration et
vert soutenu pour des concentrations plus élevées.
Il existe donc un lien entre la teinte d'une solution aqueuse colorée et sa
concentration.
a. Préparation des solutions
Sur la paillasse du professeur se trouve une solution aqueuse de menthe S0,
appelée " solution mère ", de concentration C0.
A partir de cette " solution mère ", vous allez préparer des " solutions filles " en la
diluant.
Diluer n fois une solution mère de concentration C0, c'est obtenir une solution de
concentration C0 / n.
Pour cela, il faut prélever un volume de la solution mère égal à V/n, V étant le
volume de la solution à préparer.
Exemple : on veut obtenir 50 mL de solution diluée 20 fois, c'est à dire une solution
de concentration C0/20.
Pour cela, on prélève 50 2,5mL de solution mère et on complète avec de l'eau
20
distillée.
Chaque binôme prépare ( avec le plus grand soin !!) 50 mL d'une des solutions
citées dans le tableau ci-dessous. (préparer ces solutions dans une zone éloignée
du matériel informatique). (Faire vérifier par le professeur !)
concentration C
volume (mL) à
prélever de la
solution mère
binôme 1
C0 / 10
binôme 2
C0 / 5
binôme 3
C0 / 3,33
binôme 4
C0 / 2,5
binôme 5
C0 / 2
binôme 6
C0 / 1,67
Ces solutions sont ensuite apportées au bureau et classées.
binôme 7
C0 / 1,43
binôme 8
C0 / 1,25
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b. Étude qualitative
Durant une mesure le colorimètre est fermé pour éviter les lumières parasites.
On versera un peu de solution dans des cuves pour colorimétrie.
b.1. Relation entre la concentration et la tension
Relier Cassy pour mesurer UB1. ( calibre 0V ; 5 V)
Placer successivement dans la cuve du colorimètre deux solutions de
concentrations différentes :
Compléter : plus la solution est colorée, plus la tension aux bornes du
conducteur ohmique R = 470 k est ..............
Est-ce logique ? ............ Pourquoi ? ...............................
Placer uniquement le solvant (eau) dans le colorimètre ;
la tension UB1 est alors ............................
b.2. Réglage du blanc
Placer dans le colorimètre la cuve contenant le solvant (eau).
Faire varier la tension continue réglable afin d'obtenir alors UB1 = 5V.
(Ce réglage correspond au " réglage du blanc " ; pour UB1 = 5V, la concentration
de la solution est nulle.) (Faire vérifier par le professeur !)
c. Étude quantitative
 Calculer les différentes concentrations si C0 = 130 g/L
 Placer une cuve contenant une solution de concentration C dans le
colorimètre et mesurer la tension UB1 (V) obtenue.
concentration C C0 / 10
volume (mL) à
prélever de la
solution mère
C0 / 5
C0 / 3,33
C0 / 2,5
C0 / 2
C0 / 1,67
C0 / 1,43
C0 / 1,25
UB1 (V)
 Tracer sur Excel la courbe C = f(UB1) .
 Ajouter une courbe de tendance.
 Quelle est la nature de cette courbe ? .... Quelle est l'équation de cette
courbe ?
 Coller la courbe dans ce fichier.
3. Réalisation de la chaîne
concentration inconnue :
de
mesure
et
détermination
d'une
a. Paramétrage de Cassy
 Paramétrer le logiciel Cassy pour que l'ordinateur affiche directement à
l'écran la valeur de la concentration ( nouvelle grandeur, rentrer la
formule...)
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 Placer dans le colorimètre une solution de menthe de concentration connue
; vérifier la cohérence de la mesure. (Faire vérifier par le professeur !)
b. Détermination d'une concentration inconnue
 Placer dans le colorimètre la solution de menthe de concentration
inconnue.
Valeur affichée : C =
Valeur théorique : C =
 Discuter des causes d'erreur possibles sur la valeur de la mesure obtenue.
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nom
prénom
1,a expérience
1,b schéma dans CP
1,b courbe EXcel
1,b conclusion
2a
symboles
2b
schéma dans CP
2b
courbe EXcel
2b
conclusions
2c1 schéma dans CP
2c1 conclusions
2c2 composant
2c2 calcul de Rp
2c2 vérification exp
2d
montage
2d
conclusions
2d
montage GBF
2d
observation
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Le TP est sur 50
chaque * compte 0,5 point
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Matériel nécessaire :
* Générateur tension continue réglable 0 /12 V
* Colorimètre
* Générateur +15 V -15 V
* 1 multimètre
* Cassy
* 1 fiole jaugée 50 mL
* 1 pipette 20 mL
* 1 pipette graduée 5 mL
* pipeteur
* solution de sirop de menthe 65 g/L
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