Utilisation du spectrophotomètre

I Le principe du spectrophotomètre

Un spectrophotomètre est un appareil de laboratoire qui permet de mesurer l’intensité de la lumière transmise par une solution transparente. Il permet de tracer des courbes d’analyses spectrales utilisées pour étudier la composition de solutions, de déterminer la concentration de solutions ou de suivre l’apparition d’une espèce chimique colorée au cours du temps…
Pour mener ce TP, il vous suffit d’admettre que le spectrophotomètre mesure l’intensité lumineuse du faisceau de lumière incidente (I0) et celle du faisceau de lumière transmise (It) (voir schéma ci-dessous). Le spectrophotomètre calcule alors l’absorbance A de la solution : l’absorbance est un nombre sans unité qui dépend du rapport et qui caractérise la solution.

Dans ce TP, vous allez étudier l’absorbance de solutions de colorants alimentaires pour des lumières de différentes longueurs d’onde et ainsi tracer les courbes d’analyse spectrale de ces solutions représentant l’absorbance en fonction de la longueur d’onde. Pour tracer ces courbes, vous utiliserez le tableur-grapheur Regressi.

Petite animation sur le fonctionnement du spectrophotomètre

II Analyse spectrale

A) Méthode

En superposant les spectres d'absorption de solutions titrées chaque colorant, on constate qu 'au maximum de l'un, l'autre n'absorbe pas.
Superposer aux deux précédents, le spectre du sirop dilué: la courbe d’absorption présente deux pics qui caractérisent les colorants annoncés.
La loi de Beer-Lambert permet une proportion sur les absorbances aux pics pour déterminer les concentrations en chaque colorant

B) Difficultés

Le spectrophotomètre peut s’échauffer et présenter une dérive.
Le logiciel Spectro permet l’affichage des spectres superposés, mais ne sauvegarde que le dernier obtenu: si on veut imprimer les spectres superposés, il convient de les sauver l’un après l’autre dans des fichiers distincts et de les réunir en sortant du logiciel Spectro, en lançant le logiciel Regorphy et en utilisant la procédure Fichier- Ajoute
Travailler avec beaucoup de soin pour fabriquer les solutions et des cuves en bon état.

C) Avantages

Rapidité d'obtention des spectres: grâce à une barette CCD utilisée pour capter la lumière transmise, un spectre complet, d’environ 2000 points sur la plage 400nm-700nm, est obtenu le seul temps de cliquer!

D) Manipulation

Fabrication des solutions

solution de bleu patenté: à 1mg/L
solution de tartrazine: à 2mg/
sirop dilué: dilué 25 fois

Obtention des trois spectres superposés:
Relier le module spectro à Orphy en ref O.
Les mettre sous tension ,puis allumer l'écran et l'ordinateur.
Lancer CCDORPHY
Echap 2fois
Valider le menu Acquisition
Relever un spectre
spectre d'absorption
Cliquer sur l'icône zéro, placer l'écran noir, valider
Cliquer sur l'icône solvant, placer la cuve pleine d'eau, valider
Cliquer sur l'icône soluté, placer la cuve de solution titrée de tartrazine, valider:
Cliquer à nouveau sur l'icône soluté, placer la cuve de solution titrée de bleu patenté, valider, demander la super position au spectre précédent
Cliquer encore sur soluté et recommencer avec le sirop dilué

Commenter les courbes obtenues en précisant pour chacune d’elle.
Pour quelle(s) longueur(s) d’onde l’absorbance est-elle importante et à quelle couleur correspondent ces radiations.
Conclure sur la composition de la solution de colorant vert.

III Exercices

A) Les couleurs de l’ion nickel (II) en solution aqueuse

Le spectre d’absorption d’une solution aqueuse de chlorure de nickel (Ni2+ + 2Cl-) est représenté ci-dessous. (figure 1)
a) Quelle doit être la couleur de cette solution ?
b) On ajoute une solution d’ammoniac concentrée à la solution précédente. Le spectre d’absorption de la solution limpide ainsi obtenue est représenté ci-dessous (figure 2). Qu’a-t-on pu observer au cours de l’addition de la solution d’ammoniac ?

B) Absorption d’une solution acide de dichromate de potassium.

On a mesuré l’absorbance A d’une solution acide de dichromate de potassium (2K⁺ + Cr₂O₇^2-) à différentes longueurs d’onde. Les résultats obtenus sont donnés dans le tableau ci-dessous :

landa (nm)	380	390	400	410	420	430	440	450	460	470	480	490
A	1,92	1,57	1,03	0,83	0,89	1,01	1,11	1,12	1,07	0,94	0,78	0,66

Suite

landa (nm)	500	510	520	530	540	560	570
A	0,44	0,30	0,19	0,10	0,05	0,01	0,00

a) Tracer la courbe représentant l’absorbance de la solution en fonction de la longueur d’onde.
b) Ces résultats expérimentaux permettent-ils d’expliquer la couleur orangée de la solution ?