Spectre d`absorption d`une substance colorée - pontonniers

Spectre d’absorption d’une substance colorée
I.
Objectifs :
On a réussi à séparer en TP les 2 colorants de notre sirop de menthe : le bleu patenté V et le jaune de
tartrazine.
L’objectif de la séance est de définir comment on peut procéder pour déterminer la concentration en
bleu patenté V de ce sirop, en utilisant sa couleur.
II.
Absorbance et spectre d’absorption :
Comme nous l’avons étudié précédemment, la couleur d’un pigment correspond
à la couleur complémentaire de la lumière absorbée par le pigment lorsqu’il est
éclairé en lumière blanche.
La solution colorée absorbe donc certaines radiations lumineuses, et en transmet
plus ou moins d’autres.
1. Radiation lumineuse : Rappel de seconde
Une radiation lumineuse est définie par sa longueur d’onde λ. Chaque longueur d’onde est perçue
par notre cerveau comme étant une couleur bien précise :
Couleur
ultraviolet
violet
bleu
vert
jaune
orange
rouge
Infrarouge
λ dans le
vide (nm)
< 380
~ 380-446
~ 446-520
~ 520-565
~ 565-590
~ 590-625
~ 625-740
> 780
2. Absorbance de la solution :
On définit l’absorbance Aλ de la solution en comparant l’intensité de chaque radiation transmise à
l’intensité de la même radiation incidente.
Lumière blanche
Lumière transmise
Solution de colorant bleu
Spectre de la lumière incidente
Spectre de la lumière transmise
On peut pour un colorant en solution tracé son spectre d’absorption : il s’agit d’un graphique
donnant l’absorbance A en fonction de la longueur d’onde λ.
1. Le spectrophotomètre :
a. Quels sont les éléments essentiels d’un spectrophotomètre ? Donner une liste et annoter le
schéma ci-dessous.
-
Source de lumière plus ou moins
blanche
Système dispersif (prisme)
Système de sélection de longueur
d’onde (Fente coulissante)
Cuve contenant l’échantillon
Système permettant la mesure de
l’intensité lumineuse : photorésistance
ou photodiode
b. Utilisation du spectrophotomètre :
Pour que le spectrophotomètre puisse comparer la lumière transmise (après absorption par les
pigments du colorant) à la lumière incidente, on commence par lui indiquer la référence :
on réalise un « blanc » : spectre de la lumière incidente qui traverse une cuve de même taille
contenant le solvant.
Intérêt du blanc :
- la source n’a pas besoin de d’être parfaitement blanche (n’a pas besoin de contenir toutes les
longueurs d’onde)
- on se soustrait de l’absorption éventuelle due au solvant.
2. Spectres d’absorption de la tartrazine et du bleu patenté V
a. Résultats :
Couleur
ultraviolet
violet
bleu
vert
jaune
orange
rouge
Infrarouge
λ dans le
vide (nm)
< 380
~ 380-446
~ 446-520
~ 520-565
~ 565-590
~ 590-625
~ 625-740
> 780
b. Associer les spectres d’absorption aux deux colorants. Expliquer succinctement la démarche (1
phrase)
c. Quel est l’intérêt de ce spectre d’absorbance ?
Permet de « quantifier » la quantité de lumière pour chaque radiation absorbée
d. De quoi doit-on parler pour décrire un spectre d’absorption
 Forme globale
 Position des « pics » d’absorption ; longueurs d’onde pour lesquelles l’absorption est
maximale.
Bleu patenté V : pic d’absorption maximale à 635nm
Tartrazine : pic d’absorption maximale à 420nm
3. On réalise le spectre du sirop de menthe dilué. L’allure du spectre était-il prévisible ?
 On retrouve les pics d’absorption des deux solutions séparés.
III.
Loi de Beer Lambert : (Bouger : 1729 ; Lambert : 1760 ; Beer : 1852)
On vient de montrer qu’on pouvait mesurer la quantité de lumière absorbée.
De quoi dépend l’absorbance de la solution ?
- type de pigments qu’elle contient
- la concentration en pigments (faire la mesure de 2 solutions de concentration différentes)
- la longueur de solution parcourue par la lumière (observer à travers la fiole une solution colorée)

L’absorption Aλ d’une radiation lumineuse d’une certaine longueur d’onde λ par une solution
colorée est définie par la loi de Beer-Lambert :
Aλ = ε λ . L . C
avec

L:
C:
ελ :
longueur du trajet de la lumière = longueur de la cuve (cm)
concentration de la solution (mol.L-1)
absorptivité de la solution (dépend de la longueur d’onde, de la nature chimique
et de la température) (L.mol-1.cm-1)
Pour des solutions de concentration différentes mais de même nature chimique (contenant le
même soluté, même pigment) dont on mesure l’absorbance d’une radiation de longueur λ en
utilisant des cuves identiques, la loi de Beer-Lambert devient :
Aλ = k . C
Aλ est proportionnelle à la concentration en substance colorée de la solution.
IV.
Réponse au problème posé : comment déterminer la concentration en bleu patenté du sirop
de menthe ?
Elaborer une stratégie qui permet de doser le bleu patenté V dans le sirop de menthe.
Expliquer d’abord la stratégie (quoi faire et comment exploiter ?), puis vous détaillerez le protocole
(comment faire ?).
Produits à disposition :
- Solution S0 concentrée de Bleu patenté V de concentration massique t0=12mg.L-1
(C0=1,0×10-5mol.L-1)
- Eau distillée
- Sirop de menthe diluée 10 fois
Matériel à disposition :
- Béchers
- 6 tubes à essais (Rq : chaque tube à essais peut contenir au maximum un volume de 10mL)
- 2 burettes graduées
- Spectrophotomètre ou colorimètre (permet de mesurer l’absorbance d’une solution pour 1
longueur λ donnée) et cuves adaptées (dont la contenance est d’environ 3mL)
Stratégie :





On réalise une échelle de teinte en fabriquant des solutions de bleu patenté V de concentrations
différentes, par dilution de la solution concentrée à disposition.
On mesure l’absorbance A de chacune des solutions pour la radiation la mieux absorbée de
longueur d’onde λ = 635nm (radiation non absorbée par la tartrazine car très éloigné du pic
d’absorption de la tartrazine).
L’absorbance A d’une solution pour une longueur d’onde donnée est proportionnelle à la
concentration C en bleu patenté V ; en traçant le graphe A en fonction de C, on devrait obtenir
une droite croissante passant par l’origine. Cette courbe constitue une droite d’étalonnage.
On modélise la droite (établir son équation).
On mesure l’absorbance d’une solution diluée 10 fois de sirop.
A partir de l’équation de la droite obtenue, on peut déterminer la concentration Cd du sirop dilué
et calculé la concentration CS du sirop.
Protocole de préparation des solutions : construction de l’échelle de teinte :
-
On remplit une burette d’eau distillée et l’autre de solution S 0 de bleu patenté V
Dans chaque tube à essais, on réalise un des mélanges figurant dans le tableau suivant
Tube n°
VS0 (mL)
Veau (mL)
tn (mg.L-1)
0
7,0
0
12
1
6,0
1,0
2
5,0
2,0
3
4,0
3,0
4
3,0
4,0
5
2,0
5,0
6
1,0
6,0
On calcule la concentration en ions permanganate de chaque solution en utilisant la formule
t V
suivante : tn  0
V  Veau
Tube n°
0
1
2
3
4
5
6
VS0 (mL)
7,0
6,0
5,0
4,0
3,0
2,0
1,0
Veau (mL)
0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
tn (mg.L-1)
12
10
8,5
6,9
5,1
3,4
1,7