1ère S

Tale S
LA SPECTROPHOTOMÉTRIE
I- Rappels
1°) La lumière blanche
La lumière blanche contient toutes les radiations visibles dont les couleurs s’étendent du rouge au violet.
Ces radiations sont caractérisées par leur longueur d’onde λ. À chaque couleur, correspond une longueur d’onde
donnée.
2°) Les lumières colorées des solutions
Une solution est colorée si elle absorbe une ou plusieurs couleurs du spectre de la lumière blanche.
Longueur d’onde
400 – 435
435 – 480
480 – 490
490 – 500
500 – 560
560 – 580
580 – 595
595 – 625
625 - 750
Couleur absorbée
violet
bleu
vert – bleu
bleu – vert
vert
jaune – vert
jaune
orangé
rouge
Couleur perçue
jaune – vert
jaune
orangé
rouge
pourpre
violet
bleu
vert – bleu
bleu – vert
II- Le spectrophotomètre
1°) Présentation de l’appareil
La lumière blanche émise par la source est décomposée par un prisme ou un réseau.
Une fente permet de sélectionner une gamme très étroite de longueurs d’onde.
La lumière sélectionnée traverse une cuve dans laquelle est placée la solution à analyser (échantillon).
Un détecteur permet de mesurer l’intensité lumineuse à la sortie de la cuve.
Monochromateur
Source de
lumière
blanche
Réseau
Fente
Détecteur
Miroir
échantillon
2°) Les grandeurs physiques utilisées
a) Préambule
Le détecteur du spectrophotomètre est relié à un circuit électronique qui permet d’afficher différentes valeurs.
Notons Φ0 le flux lumineux incident et Φ celui transmis par l’échantillon.
Détecteur
Φ0
Φ
échantillon
-1-
b) La transmission
La transmission T est définie par :
T=
I
I0
c) L’absorbance
 1
A = log 
 T
L’absorbance A est définie par :
ou
A = - log T
d) Précaution d’utilisation
Pour que la diminution de l’intensité lumineuse ne provienne que de l’espèce colorée à étudier, il faut éliminer
toutes les autres causes d’absorption : réflexions sur les parois de la cuve ; absorption de la cuve, du solvant, des autres
espèces contenues dans la solution …
En vue de s’affranchir de tous ces paramètres, on réalise une opération appelée réglage du zéro.
Elle est effectuée avec une cuve contenant le solvant et les espèces autres que celle à étudier ; cette solution
s’appelle un « blanc ». Cette cuve est placée dans l’appareil et une touche permet de régler la valeur de l’absorbance à zéro
et d’afficher zéro sur le spectrophotomètre.
Ce réglage doit être effectué chaque fois que la longueur d’onde de la lumière sélectionnée change.
III- La loi de Beer - Lambert
La loi de Beer – Lambert relie mathématiquement les différents paramètres qui ont une influence sur l’absorbance
d’une solution colorée : la longueur de solution traversée, sa concentration, le solvant et la température.
1°) Influence particulière de la longueur d’onde
La représentation graphique de l’absorbance A en fonction de la longueur d’onde λ de la lumière incidente
constitue le « spectre d’absorption ».
A
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
400
450
500
550
600
650
700
750
λ (nm)
2°) La loi de Beer – Lambert
a) Énoncé
L’absorbance A de la solution est proportionnelle à la longueur ℓ de la solution traversée par la lumière et à la
concentration molaire c de cette solution :
A=ε.ℓ.c
Le coefficient de proportionnalité ε (appelé coefficient d’extinction molaire) dépend de la nature de la
solution et de la longueur d’onde de la lumière. Il s’exprime en L.mol-1.cm-1.
b) Conditions de validité
La relation n’est vraie que dans certaines conditions :
• la lumière doit être monochromatique ;
• la concentration ne doit pas être trop grande ;
• la solution doit être homogène (pas de précipité, ni de formation de gaz) ;
• le soluté ne doit pas donner lieu à des réactions sous l’effet de lumière incidente ;
• le soluté ne doit pas donner d’associations variables avec le solvant.
-2-
IV-Utilisation du spectrophotomètre pour un titrage
1°) Mode opératoire
a) Tracé du spectre d’absorption
La représentation graphique A = f(λ) permet de déterminer la longueur d’onde pour laquelle l’absorbance est
la plus élevée. Cette longueur d’onde λmax sera utilisée pour le titrage.
A
1,6
Amax
1,4
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
400
450
500
550
600
λmax
650
700
λ (nm)
b) Tracé de la courbe d’étalonnage
La représentation graphique A = f(c) est appelée « courbe d’étalonnage ».
Elle s’obtient en :
• préparant une série de solutions contenant le soluté à titrer, de concentrations différentes ;
• mesurant l’absorbance de chacune d’entre elles à la longueur d’onde d’absorption maximale λmax.
A
c (mol.L-1)
c) Détermination de la concentration inconnue
En mesurant l’absorbance de la solution à titrer, et en la reportant sur la courbe d’étalonnage, il est possible de
déterminer la concentration inconnue.
2°) Application à la cinétique chimique
Pour suivre la cinétique d’une réaction chimique lente faisant apparaître un produit coloré, le mode opératoire
suivant est à respecter :
 Avant de commencer la réaction chimique :
• tracer le spectre d’absorption de la solution contenant l’espèce colorée apparaissant ou disparaissant ;
• tracer la courbe d’étalonnage de cette même solution.
 Après avoir démarré la réaction chimique, à intervalles de temps réguliers :
• prélever un échantillon du mélange réactionnel ;
• lui faire subir une trempe ;
• mesurer son absorbance ;
• déterminer sa concentration en utilisant la courbe d’étalonnage ;
• en déduire l’avancement de la réaction à la date du prélèvement.
 Une fois la réaction chimique terminée, tracer la courbe x = f(t).
-3-