Fiche TP Spectrophotométrie
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PCSIBrizeux FicheTP:Spectrophotométrie Altmayer-Henzien2016-2017 SPECTROPHOTOMÉTRIEUV-VISIBLE I-Principe 1. Présentation La spectrophotométrie UV-visible est une méthode physique non destructive, basée sur l'interaction matière/rayonnement. Cettetechniquenécessitel'utilisationd'unspectrophotomètreetpermet: • decaractériserdesmolécules; • dedéterminerdesconcentrationsd'espèceschimiquesensolution; • etparextensionderéaliserdessuiviscinétiques. Lorsqu'unesolutionesttraverséeparunrayonnementpolychromatique,elle peut atténuer l'intensité des radiations à certaines longueurs d'onde : on dit alors qu'elle absorbe ces radiations. Cette absorption est due à des transitions électroniques entre les niveaux d'énergie de la (ou les) molécule(s) présente(s) en solution. La solution apparaît alors de la couleurcomplémentaireàlacouleurqu'elleabsorbemajoritairement. 2. Définitiondel'absorbance Soitunfaisceaudelumièremonochromatique(delongueurd'ondeλ)quitraverse unelargeurℓdesolutiond'unesubstancecoloréeàlaconcentration𝑐,placéedans I (λ) Is(λ) une cuve. On note𝐼! (𝜆)l'intensité du faisceau à l'entrée de la cuve et𝐼! (𝜆)à sa 0 sortie. L'absorption de la lumière par la solution peut être caractérisée par deux grandeurs:latransmittanceetl'absorbance. • latransmittanceTestlepourcentagedelumièretransmiseparlasolution: 𝐼! (𝜆) 𝑇 𝜆 = 𝐼! (𝜆) • l'absorbanceAestdéfiniepar: 𝟏 𝑰𝟎 (𝝀) 𝑨 𝝀 = 𝐥𝐨𝐠 = 𝐥𝐨𝐠 > 𝟎 𝑻 𝝀 𝑰𝒔 (𝝀) L'absorbanceAestunegrandeursansdimension.Pluslasolutionabsorbelalumière,plus𝐼! (𝜆)est faibledoncplusAestgrande. 3. LoideBeer-Lambert Pour une solution peu concentrée, l'absorbance 𝐴 𝜆 est proportionnelle à la concentration𝑐 (en 𝑚𝑜𝑙 ∙ 𝐿!! )delasubstancecoloréeetàlalargeurℓ(encm)desolutiontraverséeparlefaisceauselonla loideBeer-Lambert: 𝑨 𝝀 = 𝜺 𝝀 ∙ 𝓵 ∙ 𝒄 𝜀 𝜆 est le coefficient d'absorption molaire de la substance considérée (exprimé usuellement en 𝐿 ∙ 𝑚𝑜𝑙 !! ∙ 𝑐𝑚 !! ).Ildépend: • del'espècechimiqueconsidérée • delalongueurd'onded'analyse • dusolvant • delatempérature LaloideBeer-Lambertn'estvalablequepourdessolutionsdiluées.Deuxproblèmespeuventseposer àdesconcentrationsélevées: • 𝐼! (𝜆)devient trop faible, et le spectrophotomètre pas assez sensible pour donner une valeur fiable de l'absorbance. On dit que le spectrophotomètre sature. Pour les spectrophotomètres utilisés en classe, on considérera que les valeurs mesurées ne seront pas fiables pour des absorbancessupérieuresà2. • des agrégats de molécules peuvent se former, qui ne possèdent pas le même coefficient d'absorptionmolairequel'espèceseule. 1/2 PCSIBrizeux FicheTP:Spectrophotométrie Altmayer-Henzien2016-2017 La loi de Beer-Lambert est additive. Si une solution dans une cuve de largeurℓcontient plusieurs espèces chimiques i de concentration 𝑐! possédant des coefficients d'absorption molaire 𝜀! 𝜆 , l'absorbancetotaledelasolutions'écrit: 𝐴 𝜆 = 𝜀! 𝜆 ℓ𝑐! ! II-Réalisation 1. Choixdelalongueurd'ondedetravail Pour augmenter la précision de l'appareil et limiter l'incertitude sur les mesures, on se place à la longueur d'onde pour laquelle le coefficient d'absorptionmolairedelasubstanceestmaximum. Pour repérer la longueur d'onde λmax correspondante, on trace la courbe𝑨 = 𝒇 𝝀 (appelée spectre d'absorption du composé considéré) pour une solution diluée contenant l'espèce et on lit la valeur λmax pour longueur d'onde λ (nm) laquelleAestmaximum. Remarque:Lespectred'absorptiond'uneespècedansunsolvantdonné,àunetempératuredonnée,luiest caractéristiqueetpermetdel'identifier. Si plusieurs substances colorées sont susceptibles d'absorber la lumière incidente, on essaiera de se placeràunelongueurd'ondepourlaquelleuneseuleespèceabsorbelalumière.Onpourraalorssuivre l'évolutiondesaconcentration,sanstenircomptedesautresespèces. 2. Déroulementdelamesure Afin d'étudier l'absorption de la lumière par une substance colorée seule, il faut tenir compte du fait qu'unefaiblepartiedelalumièreestabsorbéeégalementparlacuveetlesolvant.Pours'enaffranchir, il faut "faire le blanc" : l'appareil mesure l'absorbance du solvant et des parois de la cuve et retranche ensuite cette valeur à toutes les mesures ultérieures. Ainsi l'absorbance𝐴 𝜆 indiquée par l'appareil est uniquementcelledel'espècecoloréeétudiée. Mesure: » Réglerl'appareilàlalongueurd'ondeλchoisie » Remplir la cuve avec une solution contenant le solvant et les espèces non colorées, enveillantàce que ses parois soient bien propres (ne pas toucher les parois avec les doigts), la placer dans le spectrophotomètre et faire le blanc, c'est-à-dire indiquer à l'appareil que cette valeur sera prise commeréférenceA=0. Attention:certainescuvesn'ontque2paroistransparentes:veilleràcequelefaisceaupassebienparces 2parois! » Vider la cuve, la rincer avec la solution à analyser, puis la remplir avec la solution à analyser (attentionlacuvenedoitpascontenirdebulled'air).Séchersesparoisavecunpapierdoux,laplacer dansl'appareiletlirelavaleuraffichée. Le "blanc" de l'absorbance doit être effectuépour toute nouvelle longueur d'onde λ, les coefficients d'absorptionmolairedusolvantetdumatériauconstituantlacuvedépendanteuxaussideλ. Remarque:Pourêtreleplusprécispossible,ilfautréutiliserpourtouteslesmesureslacuvequiaservià faire le blanc. Il faut donc à chaque mesure vider la cuve et la rincer avec la solution à analyser avant utilisation.Siungrandnombredemesuresnécessitantunchangementdesolutiondoiventêtreréalisées,on tolérera un changement de cuve : on fera alors l'approximation que toutes les cuves ont la même absorbance,maisceciestuneapproximation. 0,25 absorbance A 0,2 0,15 0,1 0,05 0 400 425 450 475 500 525 550 575 600 2/2
