Le dosage par étalonnage spectrophotométrique est une méthode d'analyse quantitative qui permet de déterminer la concentration d'une espèce chimique colorée en solution. Il repose sur la loi de Beer-Lambert, qui établit une relation de proportionnalité entre l'absorbance d'une solution et sa concentration.
Absorbance (A)
Grandeur sans unité mesurant la capacité d'une solution à absorber la lumière à une longueur d'onde donnée. Elle est mesurée par un spectrophotomètre.
Loi de Beer-Lambert
Relation fondamentale en spectrophotométrie qui lie l'absorbance d'une solution à sa concentration, à l'épaisseur de la cuve et au coefficient d'absorption molaire de l'espèce.
Spectre d'absorption
Représentation graphique de l'absorbance d'une solution en fonction de la longueur d'onde de la lumière. Il permet de caractériser une espèce chimique colorée et de choisir la longueur d'onde de mesure.
Courbe d'étalonnage
Graphique représentant l'absorbance en fonction de la concentration pour une série de solutions de concentrations connues (solutions étalons). Elle est utilisée pour déterminer une concentration inconnue.
Coefficient d'absorption molaire (ε)
Constante caractéristique d'une espèce chimique à une longueur d'onde et une température données, exprimée en L·mol⁻¹·cm⁻¹.
La Loi de Beer-Lambert : Relation entre Absorbance et Concentration La loi de Beer-Lambert est le principe fondamental du dosage spectrophotométrique. Elle stipule que, pour une longueur d'onde donnée, l'absorbance A d'une solution d'espèce chimique colorée est directement proportionnelle à la concentration c de cette espèce, à l'épaisseur l de la solution traversée et au coefficient d'absorption molaire ε de l'espèce.
Loi de Beer-Lambert
L'absorbance A est une grandeur sans unité. Le coefficient d'absorption molaire ε (en L·mol⁻¹·cm⁻¹) est caractéristique de l'espèce et de la longueur d'onde. L'épaisseur l de la solution traversée (en cm) est généralement la largeur de la cuve. La concentration c est exprimée en mol·L⁻¹.
Spectroscopie UV-Visible et Couleur des Solutions Une espèce chimique colorée absorbe certaines radiations de la lumière blanche. Les radiations non absorbées sont transmises et perçues par l'œil, donnant sa couleur à la solution. Le spectre d'absorption montre les longueurs d'onde où l'absorption est maximale (λmax). Le choix de la longueur d'onde pour les mesures d'absorbance est crucial : on sélectionne généralement la longueur d'onde λmax où l'absorbance est maximale pour l'espèce étudiée, car c'est là que la sensibilité de la mesure est la plus grande.
Spectre d'absorption d'une solution colorée
Cercle chromatique montrant la relation entre couleur absorbée et couleur perçue
Le Dosage par Étalonnage : Déterminer une Concentration Inconnue Le dosage par étalonnage permet de déterminer la concentration inconnue d'une solution en comparant son absorbance à celles de solutions de concentrations connues. Ce processus se déroule en plusieurs étapes clés.
1. Préparation des solutions étalons
On prépare une série de solutions de concentrations connues, appelées solutions étalons, par dilution successive d'une solution mère de concentration connue. Ces dilutions sont réalisées avec précision à l'aide de fioles jaugées et de pipettes jaugées.
Schéma de la préparation des solutions étalons par dilution
2. Mesure des absorbances et construction de la courbe d'étalonnage
Pour chaque solution étalon, on mesure l'absorbance à la longueur d'onde λmax choisie, à l'aide d'un spectrophotomètre. On trace ensuite la courbe d'étalonnage, qui représente l'absorbance en fonction de la concentration. Cette courbe est généralement une droite passant par l'origine, tant que la loi de Beer-Lambert est respectée.
f(x) = 0.5*x
Exemple de courbe d'étalonnage (Absorbance en fonction de la concentration)
Courbe d'étalonnage et détermination de la concentration inconnue
3. Détermination de la concentration inconnue
Après avoir mesuré l'absorbance de la solution de concentration inconnue (solution à doser) dans les mêmes conditions, on utilise la courbe d'étalonnage. En reportant l'absorbance mesurée sur l'axe des ordonnées, on trouve la concentration correspondante sur l'axe des abscisses.
Limites de Validité de la Loi de Beer-Lambert La loi de Beer-Lambert n'est pas toujours applicable. Ses principales conditions de validité sont :
- Les espèces chimiques en solution ne doivent pas réagir entre elles.
- La solution doit être homogène.
- La radiation incidente doit être monochromatique (une seule longueur d'onde).
- La radiation incidente ne doit pas provoquer de réaction chimique dans la solution.
- Les valeurs d'absorbance ne doivent pas être trop élevées (généralement A < 1), car au-delà, la proportionnalité n'est plus linéaire.
A retenir :
- Le dosage par étalonnage spectrophotométrique permet de déterminer une concentration inconnue d'une solution colorée.
- Il repose sur la loi de Beer-Lambert : A = ε × l × c, où l'absorbance est proportionnelle à la concentration.
- La spectroscopie UV-Visible étudie l'absorption de la lumière par les solutions colorées, caractérisée par un spectre d'absorption et une longueur d'onde d'absorption maximale (λmax).
- Le processus implique la préparation de solutions étalons de concentrations connues, la mesure de leurs absorbances et la construction d'une courbe d'étalonnage (A = f(c)).
- La concentration de la solution inconnue est ensuite déterminée graphiquement à partir de son absorbance sur cette courbe.
- La loi de Beer-Lambert a des limites de validité, notamment l'homogénéité de la solution, la monochromaticité de la lumière et des absorbances modérées.