Seconde MPI TP11 fiche de TP 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 ........... Seconde MPI TP11 fiche de TP 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 Seconde MPI TP11 fiche de TP 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...) Seconde MPI TP11 fiche de TP 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. Seconde MPI TP11 fiche de TP 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 ** ** ** **** **** **** **** **** **** ** ** ** *** *** *** **** **** **** **** **** **** **** **** **** ** ** ** ** ** ** ** ** ** ****** ****** ****** *** *** *** ** ** ** ** ** ** ** ** ** ** ** ** Le TP est sur 50 chaque * compte 0,5 point ** **** **** ** *** **** **** **** ** ** ** ****** *** ** ** ** ** Seconde MPI TP11 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 ?? ?? ?? ?? Seconde MPI TP11 fiche de TP Seconde MPI 11Colorimetrie page1 1 fiche de TP