Fiche TP Spectrophotométrie

PCSI%Brizeux% Fiche%TP%:%Spectrophotométrie% Altmayer-Henzien%2016-2017%
%
1/2%
!"#$%&'"('%')*%&+#,-./.+!+01#,
,
+,/,"2345367,
89 "2:;74<=<3>4,
La% spectrophotométrie% UV-visible% est% une% méthode% physique% non% destructive,% basée% sur% l'interaction%
matière/rayonnement.%
Cette%technique%nécessite%l'utilisation%d'un%;675<2>6?><>@A<27%et%permet%:%
• de%5=2=5<:23;72,B7;,@>C:5DC7;%;%
• de%B:<72@3472,B7;,5>4574<2=<3>4;%d'espèces%chimiques%en%solution%;%
• et%par%extension%de%réaliser%des%;D3E3;,534:<3FD7;.%
%
Lorsqu'une%solution%est%traversée%par%un%rayonnement%polychromatique,%elle%
peut%atténuer%l'intensité%des%radiations%à%certaines%longueurs%d'onde%:%on%dit%
alors% qu'elle% =G;>2G7%ces% radiations.% Cette% absorption% est% due% à% des%
<2=4;3<3>4;, :C75<2>43FD7;%entre% les% niveaux% d'énergie% de% la% (ou% les)%
molécule(s)% présente(s)% en% solution.%1=, ;>CD<3>4%=66=2=H<, =C>2;, B7, C=,
5>DC7D2,5>@6C:@74<=327%à%la%couleur%qu'elle%absorbe%majoritairement.%%
%%%
I9 J:K343<3>4,B7,CL=G;>2G=457,
Soit%un%faisceau%de%lumière%monochromatique%(de%longueur%d'onde%λ)%qui%traverse%
une%largeur%ℓ%de%solution%d'une%substance%colorée%à%la%concentration%𝑐,%placée%dans%
une% cuve.% On% note%𝐼!(𝜆)%l'intensité% du% faisceau% à% l'entrée% de% la% cuve% et%𝐼!(𝜆)%à% sa%
sortie.% L'absorption% de% la% lumière% par% la% solution% peut% être% caractérisée% par% deux%
grandeurs%:%la%<2=4;@3<<=457%et%l'=G;>2G=457.%
• la%transmittance%T%est%le%pourcentage%de%lumière%transmise%par%la%solution%:%
𝑇𝜆=
𝐼!(𝜆)
𝐼!(𝜆) %
• l'absorbance%A%est%définie%par%:%
𝑨𝝀=𝐥𝐨𝐠
𝟏
𝑻𝝀=𝐥𝐨𝐠
𝑰𝟎(𝝀)
𝑰𝒔(𝝀)
>𝟎,
L'absorbance%A%est%une%M2=4B7D2,;=4;,B3@74;3>4.%Plus%la%solution%absorbe%la%lumière,%plus%𝐼!(𝜆)%est%
faible%donc%plus%A%est%grande.%
%
N9 1>3,B7,0772/1=@G72<,
Pour% une% solution% peu% concentrée,% l'absorbance%𝐴𝜆%est% proportionnelle% à% la% concentration%𝑐%(en%
𝑚𝑜𝑙 ∙𝐿!!)%de%la%substance%colorée%et%à%la%largeur%ℓ%(en%cm)%de%solution%traversée%par%le%faisceau%selon%la%
C>3,B7,0772/1=@G72<%:%
𝑨𝝀=𝜺𝝀∙𝓵∙𝒄,
𝜀𝜆%est% le% 5>7KK35374<, BL=G;>26<3>4, @>C=327, de% la% substance% considérée% (exprimé% usuellement% en%
𝐿∙𝑚𝑜𝑙!!∙𝑐𝑚!!).%Il%dépend%:%
• de%l'espèce%chimique%considérée%
• de%la%longueur%d'onde%d'analyse%
• du%solvant%
• de%la%température%
%
La%loi%de%Beer-Lambert%n'est%valable%que%6>D2,B7;,;>CD<3>4;,B3CD:7;.%Deux%problèmes%peuvent%se%poser%
à%des%concentrations%élevées%:%
• 𝐼!(𝜆)%devient% trop% faible,% et% le% spectrophotomètre% pas% assez% sensible% pour% donner% une% valeur%
fiable% de% l'absorbance.% On% dit% que% le% spectrophotomètre% ;=<D27.% Pour% les% spectrophotomètres%
utilisés% en% classe,% on% considérera% que% les% valeurs% mesurées% ne% seront% pas% fiables% pour% des%
absorbances%supérieures%à%2.%
• des% =M2:M=<;%de% molécules% peuvent%se% former,% qui% ne% possèdent% pas% le% même% coefficient%
d'absorption%molaire%que%l'espèce%seule.%
%
I0(λ) Is(λ)

PCSI%Brizeux% Fiche%TP%:%Spectrophotométrie% Altmayer-Henzien%2016-2017%
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2/2%
La% loi% de% Beer-Lambert% est% =BB3<3E7.% Si% une% solution% dans% une% cuve% de% largeur%ℓ%contient% plusieurs%
espèces% chimiques% i% de% concentration% 𝑐!%possédant% des% coefficients% d'absorption% molaire% 𝜀!𝜆,%
l'absorbance%totale%de%la%solution%s'écrit%:%
𝐴𝜆=𝜀!𝜆ℓ𝑐!
!
%
++,/,&:=C3;=<3>4,
89 $?>3O,B7,C=,C>4MD7D2,BL>4B7,B7,<2=E=3C,
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'absorption%molaire%de%la%substance%est%maximum.%
%
">D2, 276:272, C=, C>4MD7D2, BL>4B7, P@=O,5>227;6>4B=4<7Q, >4, <2=57, C=,
5>D2G7,𝑨=𝒇𝝀%(appelée% ;675<27, BL=G;>26<3>4, du% composé% considéré)%
pour%une% solution% diluée% contenant% l'espèce% et% on% lit% la% valeur% λmax%pour%
laquelle%A%est%maximum.%%
Remarque%:%Le%spectre%d'absorption%d'une%espèce%dans%un%solvant%donné,%à%une%température%donnée,%lui%est%
caractéristique%et%permet%de%l'identifier.%
%
Si% plusieurs% substances% colorées% sont% susceptibles% d'absorber% la% lumière% incidente,% on% essaiera% de% se%
placer%à%une%longueur%d'onde%pour%laquelle%D47,;7DC7,7;6A57,=G;>2G7%la%lumière.%On%pourra%alors%suivre%
l'évolution%de%sa%concentration,%sans%tenir%compte%des%autres%espèces.%
%
I9 J:2>DC7@74<,B7,C=,@7;D27,
Afin% d'étudier% l'absorption% de% la% lumière% par% une% substance% colorée% seule,% il% faut% tenir% compte% du% fait%
qu'une%faible%partie%de%la%lumière%est%absorbée%également%par%C=,5DE7,7<,C7,;>CE=4<.%Pour%s'en%affranchir,%
il% faut% "K=327, C7, GC=45"% :% 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'absorbance%𝐴𝜆%indiquée% par% l'appareil% est%
uniquement%celle%de%l'espèce%colorée%étudiée.%
,
)7;D27,R%
» Régler%l'appareil%à%la%longueur%d'onde%λ%choisie%
» Remplir%la%cuve%avec%une%solution%contenant%le%solvant%et%les%espèces% non%colorées,%en%veillant%à%ce%
que%ses%parois%soient%bien%propres%(47, 6=;, <>D5?72, C7;, 6=2>3;, =E75, C7;, B>3M<;),%la%placer% dans%le%
spectrophotomètre% et% K=327, C7, GC=45,% c'est-à-dire% indiquer% à% l'appareil% que% cette% valeur% sera% prise%
comme%référence%A%=%0.%
Attention%:%certaines%cuves%n'ont%que%2%parois%transparentes%:%veiller%à%ce%que%le%faisceau%passe%bien%par%ces%
2%parois%!%
» Vider% la% cuve,% C=, 234572, =E75, C=, ;>CD<3>4, S, =4=CT;72,% puis% la% remplir% avec% la% solution% à% analyser%
(attention%la%cuve%ne%doit%pas%contenir%de%bulle%d'air).%Sécher%ses%parois%avec%un%papier%doux,%la%placer%
dans%l'appareil%et%lire%la%valeur%affichée.%
%
Le%"blanc"%de%l'absorbance%doit%être%effectué%6>D2, <>D<7,4>DE7CC7,C>4MD7D2,BL>4B7, P,%les%coefficients%
d'absorption%molaire%du%solvant%et%du%matériau%constituant%la%cuve%dépendant%eux%aussi%de%λ.%
%
Remarque%:%Pour%être%le%plus%précis%possible,%il%faut%réutiliser%pour%toutes%les%mesures%la%cuve%qui%a%servi%à%
faire% le% blanc.% Il% faut% donc% à% chaque% mesure% vider% la% cuve% et% la% rincer% avec% la% solution% à% analyser% avant%
utilisation.%Si%un%grand%nombre%de%mesures%nécessitant%un%changement%de%solution%doivent%être%réalisées,%on%
tolérera% un% changement% de% cuve% :% on% fera% alors% l'approximation% que% toutes% les% cuves% ont% la% même%
absorbance,%mais%ceci%est%une%approximation.%
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
400 425 450 475 500 525 550 575 600
absorbance A
longueur d'onde λ (nm)