Principes de la spectrophotométrie Spectres et couleur des solutions
La lumière blanche est un ensemble de radiations colorées, chacune associée à une longueur d'onde. Une solution est colorée si elle absorbe une partie de ces radiations. La couleur apparente de la solution est la couleur complémentaire des radiations absorbées.
Spectre d'absorption et cercle chromatique
La loi de Beer-Lambert
La loi de Beer-Lambert établit une relation de proportionnalité entre l'absorbance (A) d'une solution, sa concentration (C) et l'épaisseur de la cuve (l) traversée par la lumière. Elle est fondamentale pour les dosages spectrophotométriques.
Loi de Beer-Lambert
Où :
- A est l'absorbance (sans unité).
- ε (epsilon) est le coefficient d'extinction molaire (en L.mol⁻¹.cm⁻¹), caractéristique de l'espèce chimique et de la longueur d'onde.
- l est l'épaisseur de la cuve (en cm).
- C est la concentration molaire de l'espèce absorbante (en mol.L⁻¹).
Pour un dosage, l'épaisseur de la cuve (l) et le coefficient d'extinction molaire (ε) à λmax sont constants. Ainsi, l'absorbance A est directement proportionnelle à la concentration C (A = k × C, où k = ε × l).
Relation linéaire entre absorbance et concentration
Courbe d'étalonnage A = f(C)
Démarche expérimentale d'un dosage Étapes clés pour un dosage spectrophotométrique
- Choix de la longueur d'onde maximale (λmax) : Identifier la λmax de la solution à doser à l'aide d'un spectre d'absorption. C'est à cette longueur d'onde que la sensibilité du dosage est optimale.
- Réalisation du blanc : Mesurer l'absorbance du solvant pur (le blanc) et l'utiliser pour étalonner le spectrophotomètre à zéro. Cela permet de s'affranchir de l'absorption du solvant et de la cuve.
- Préparation de l'échelle de teintes : Préparer plusieurs solutions étalons de concentrations connues et croissantes de l'espèce chimique à doser. Mesurer l'absorbance de chacune de ces solutions à λmax.
- Tracé de la courbe d'étalonnage : Représenter graphiquement l'absorbance (A) en fonction de la concentration (C) des solutions étalons. On obtient généralement une droite passant par l'origine, tant que la loi de Beer-Lambert est respectée.
- Mesure de l'absorbance de la solution inconnue : Mesurer l'absorbance (Ax) de la solution dont la concentration (Cx) est à déterminer, toujours à λmax et après avoir fait le blanc.
- Détermination de la concentration inconnue :
- Par lecture graphique : Reporter l'absorbance Ax sur la courbe d'étalonnage pour trouver la concentration Cx correspondante.
- Par calcul : Si la courbe est une droite passant par l'origine (A = k × C), déterminer le coefficient directeur k (k = A/C) à partir des solutions étalons, puis calculer Cx = Ax / k.
Limites de la loi de Beer-Lambert
La loi de Beer-Lambert n'est valable que pour des solutions diluées. Si la solution est trop concentrée (généralement A > 2), la proportionnalité entre A et C n'est plus respectée. Dans ce cas, il est nécessaire de diluer la solution avant de procéder au dosage.
Résumé des points clés A retenir :
- Le dosage spectrophotométrique permet de déterminer la concentration d'une espèce chimique colorée en solution.
- Il repose sur la mesure de l'absorbance (A) de la lumière par la solution à une longueur d'onde maximale (λmax).
- La loi de Beer-Lambert établit que l'absorbance est proportionnelle à la concentration (A = ε × l × C) pour des solutions diluées.
- La démarche expérimentale inclut le choix de λmax, la réalisation du blanc, la préparation d'une échelle de teintes, le tracé d'une courbe d'étalonnage (A = f(C)), la mesure de l'absorbance de la solution inconnue, puis la détermination de sa concentration par lecture graphique ou calcul.
- La loi de Beer-Lambert a des limites : elle n'est pas applicable aux solutions trop concentrées.