Colorimètre portable BUP pratique - BupDoc

BUP PRATIQUE
1601
Colorimètre portable
[email protected]
et Pierre LAFAYSSE
Certifié sciences physiques
Lycée Arnaud Daniel - 24600 Ribérac
RÉSUMÉ
Cet article propose une réalisation pratique d’un colorimètre portable à deux longueurs
d’ondes alimenté seulement par une pile de 9 V. Dans le cadre de la seconde MPI
(Mesures physiques et informatique), nous avons envisagé une étude colorimétrique afin
de traiter la loi de Beer-Lambert.
1. PRINCIPE
On sait qu’une solution est d’autant plus colorée qu’elle est concentrée et que, plus
une solution est concentrée, plus elle absorbe la lumière. Nous allons nous servir d’une DEL
haute luminescence (HL) et d’une photodiode BPW 34 recevant cette lumière colorée. Si
nous interposons une solution colorée entre la DEL HL et la photodiode, l’intensité lumineuse arrivant sur la photodiode sera fonction de la solution colorée (cf. figure 1).
Figure 1
Le signal de sortie Us1 sera donc fonction de l’intensité lumineuse reçue par la
photodiode.
Vol. 98 - Novembre 2004
Sébastien GRASSET et Pierre LAFAYSSE
BUP pratique
par Sébastien GRASSET
Agrégé sciences physiques
1602
UNION DES PROFESSEURS DE PHYSIQUE ET DE CHIMIE
2. CHOIX DES DEL HL
La lumière émise par une DEL HL est assimilable à une lumière monochromatique
de longueur d’onde connue donnée par le constructeur (par exemple pour la DEL HL
rouge, λ = 640 nm). Le colorimètre est de bonne sensibilité si la bande d’absorption
de la solution contient la radiation lumineuse émise par la DEL HL.
Exemple
Nous savons qu’une solution colorée nous renvoie la lumière qu’elle n’absorbe pas.
Elle absorbe donc, en majorité, la lumière complémentaire.
☞ Une solution de permanganate de potassium apparaît magenta donc cela veut
dire qu’elle absorbe en majorité le vert : on utilisera donc la diode HL verte.
Le colorimètre portable fonctionnera avec deux DEL HL de couleur verte et rouge
associées à deux photodiodes.
3. SCHÉMA ET PHOTOS
Le signal Us1 de sortie doit être amplifié de façon à avoir une tension de sortie Us
voisine de 3 V quand on place un « blanc » entre la diode HL verte et la photodiode. Un
« blanc » correspond à un étalonnage. Il correspond à une cuve transparente remplie du
solvant utilisé (eau).
Remarque : nous amplifions Us1 grâce à un montage amplificateur, déjà vu, contenant un amplificateur opérationnel monoalimentation LM358 de façon à tout alimenter à
l’aide d’une seule pile de 9 V (et rendre le colorimètre portable donc facile d’utilisation
(chimie, physique, SVT)).
Grâce à un potentiomètre basé sur la DEL HL rouge, nous pouvons avoir la même
tension de sortie que la DEL HL verte pour le même « blanc ». Cela nous permettra de
comparer les absorbances d’une même solution pour deux longueurs d’ondes différentes.
Remarque : Nous utilisons deux photodiodes car nous avons deux diodes HL.
Colorimètre portable
Le BUP no 868 (1)
1603
BUP pratique
BUP PRATIQUE
Figure 2
4. UTILISATION DU COLORIMÈTRE POUR DÉTERMINER
LA CONCENTRATION MOLAIRE D’UNE SOLUTION DE SULFATE
DE CUIVRE II
On désire déterminer la valeur de la concentration c d’une solution de sulfate de
cuivre II. Pour cela on doit réaliser une courbe d’étalonnage sous Synchronie 2003 avec
différentes solutions de sulfate de cuivre II connues.
♦ Choix de la DEL HL
Quel est la DEL HL que vous allez prendre ? Pourquoi ?
♦ Réglage du blanc
Mettre de l’eau dans une cuve et prendre la mesure au voltmètre. La mesure vous
donne Us0.
♦ Sous Synchronie 2003, choisir, dans Paramètres, le mode d’acquisition « Pas à pas »
« instantané » pour EA0 et « Pas à pas » « clavier » pour EA1. Choisir six points
de mesure.
L’entrée EA0 sera appelée Us. L’entrée EA1 sera appelée c et s’exprimera en mol/L.
Dans la feuille de calcul, définir l’absorbance A = log (Us0/Us).
♦ Faire les mesures pour les différentes concentrations des solutions :
S2 : c2 = 0,05 mol.L- 1
S3 : c3 = 0,1 mol.L- 1
S1 : c1 = 0,025 mol.L- 1
-1
S4 : c4 = 0,15 mol.L
S5 : c5 = 0,20 mol.L- 1
Vol. 98 - Novembre 2004
Sébastien GRASSET et Pierre LAFAYSSE
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♦ Tracer dans deux fenêtres, les courbes suivantes : c = f(Us) et A = g(c).
♦ Commentaires
Trouver le modèle mathématique correspondant à la courbe A = g(c). Explications.
Cette relation s’appelle loi de Beer-Lambert.
♦ Quelle est la concentration de la solution inconnue ?
5. UTILISATION QUALITATIVE DU COLORIMÈTRE POUR VÉRIFIER
QU’UNE SOLUTION ABSORBE DIFFÉREMMENT UNE LUMIÈRE
ROUGE ET UNE LUMIÈRE VERTE
Brancher le voltmètre au colorimètre. Noter la tension de sortie Us0 pour le « blanc »
éclairé en lumière verte. À l’aide du potentiomètre associé à la lumière rouge, régler la
tension de sortie Us0 pour le « blanc » éclairé en lumière rouge à la même valeur de Us0
éclairé en lumière verte. De cette façon, on peut comparer les absorbances de telle ou
telle solution colorée.
♦ Prenons une solution de 0,20 mol.L- 1 de sulfate de cuivre II : couleur bleu-cyan. Noter
les valeurs de Us pour les deux longueurs d’ondes. Discuter.
♦ Prenons une solution de permanganate de potassium à 10- 3 mol.L- 1 : couleur magenta.
Noter les nouvelles valeurs de Us. Discuter.
♦ Prenons une solution diluée de colorant alimentaire rouge. Noter les nouvelles valeurs
de Us. Discuter.
REMERCIEMENTS
Nous remercions M. DROUILLAC, aide technique, du CRMS du lycée Albert Claveille
(Dordogne) sous la responsabilité de M. SOUILLE pour la réalisation des colorimètres.
Sébastien GRASSET
Agrégé sciences physiques
Lycée Arnaud Daniel
Ribérac (Dordogne)
Pierre LAFAYSSE
Certifié sciences physiques
Lycée Arnaud Daniel
Ribérac (Dordogne)
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