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Dosage spectrophotométrique

Dosage spectrophotométrique

Comme nous l'avons appris, la cinétique chimique est l'étude des vitesses de réaction.

Pour connaître la vitesse d'une réaction chimique, l'étude cinétique nécessitera de surveiller la concentration d'un réactif ou d'un produit particulier au cours du temps, pour voir de quelle façon ils sont utilisés ou formés.

Bien sûr, nous ne pouvons pas voir les molécules et les compter, elles sont trop petites et trop nombreuses.

Nous pouvons mesurer la masse d'un précipité au moment où il se forme, ou nous pouvons mesurer le volume ou même la pression d'un gaz qui est produit au cours du temps.

Mais que se passe-t-il si une réaction ne donne pas de produits dans une phase différente de celle de la solution ?

Heureusement, l'une des méthodes les plus fiables consiste à utiliser le dosage spectrophotométrique, qui est l'étude de cette façon dont la lumière interagit avec la matière.

Alors, penchons-nous maintenant sur cette technique !

  • Ce résumé de cours porte sur le dosage spectrophotométrique.
  • Tout d'abord, nous allons définir la spectrophotométrie.
  • Nous examinerons ensuite le spectrophotomètre.
  • Nous explorerons le spectre de la lumière blanche.
  • Ensuite, nous explorerons le dosage spectrophotométrique, l'absorbance et la loi de Beer-Lambert.
  • Nous verrons l'enregistrement d'un spectre avec un spectrophotomètre, les radiations et les longueurs d'onde.
  • Enfin, nous présenterons le dosage par étalonnage spectrophotométrique en citant l'importance du cercle chromatique et le spectre d'absorption.

Spectrophotométrie

Toutes les molécules absorbent et émettent de la lumière différemment en fonction des types de liaisons covalentes présentes dans la molécule. Si les produits et les réactifs interagissent avec la lumière de manière suffisamment différente pour qu'il y ait un changement de couleur lors de la réaction.

Nous pouvons surveiller ce procédé à l'aide d'un instrument appelé spectrophotomètre afin de mesurer le changement de concentration.

La spectrophotométrie désigne toutes les méthodes de mesure basées sur la lumière qui fonctionnent avec un spectrophotomètre.

La spectrophotométrie est utilisée pour effectuer des mesures quantitatives sur des solutions ou d'autres colorants. La méthode la plus courante est la mesure par transmission, c'est-à-dire le passage de la lumière à travers le milieu optique. Cependant, les mesures sont également possibles par réflexion, c'est-à-dire par la réflexion de la lumière, qui est plus utilisée sur les surfaces solides.

Spectrophotomètre

Un spectrophotomètre est un instrument qui mesure la quantité de photons (l'intensité de la lumière) absorbés après avoir traversé une solution échantillon.

Avec un spectrophotomètre, il est possible de déterminer diverses caractéristiques de l'échantillon, comme la concentration de la solution.

La spectroscopie en lumière visible est limitée aux composés qui sont colorés.

Un spectrophotomètre présente toujours la même structure :

  1. une source de lumière
  2. monochromateur
  3. échantillon dans une cuvette
  4. détecteur

La figure suivante montre la structure d'un spectrophotomètre :

Dosage spectrophotométrique spectrophotomètre StudySmarterFig.1- Représentation schématique d'un spectrophotomètre

Essayons ensemble de parcourir la figure de gauche à droite :

Source lumineuse

À gauche se trouve une source de lumière, qui peut être une ampoule électrique, par exemple. La lumière blanche (chaude) provient d'une ampoule à incandescence et de la plupart des autres sources de lumière.

La lumière blanche est polychromatique ("plusieurs couleurs") parce qu'elle est composée de nombreuses longueurs d'onde de couleurs différentes qui nous paraissent toutes blanches. La façon la plus simple de voir que la lumière est polychromatique est d'utiliser un prisme pour diffracter la lumière.

Si tu vois un spectre, c'est-à-dire une lumière qui se divise en plusieurs couleurs différentes, tu es en présence d'une lumière polychromatique.

Prisme

Le problème de la lumière polychromatique est qu'elle est toujours inutile pour notre mesure. Chaque échantillon absorbe la lumière à des longueurs d'onde différentes. On ne peut mesurer ni la longueur d'onde absorbée ni la quantité de lumière absorbée. Pour cette raison, un monochromateur est placé devant l'échantillon, qui laisse passer une longueur d'onde spécifique de la lumière. La longueur d'onde qui est autorisée à passer peut être réglée à l'avance.

Il existe différents monochromateurs. Le plus simple est constitué du prisme déjà mentionné ci-dessus. Imagine que tu tiens ton prisme devant la source lumineuse et que tu voies la lumière se diviser. Maintenant, il ne te reste plus qu'à bloquer tous les autres rayons lumineux à l'aide d'un diaphragme pour que seule la longueur d'onde souhaitée passe. Tu présentes déjà une lumière monochromatique ("une seule couleur") !

Spectre de la lumière blanche

Lorsqu'on décompose la lumière blanche à l’aide d'un prisme ou d'un réseau, on obtient le spectre de la lumière blanche.

Le spectre de la lumière blanche un spectre continu qui comprend toutes les radiations de la lumière visible de longueurs d'onde \( \lambda \) comprises entre \( 400 𝑛𝑚 \) et \( 800 𝑛𝑚 \).

Échantillon

La lumière traverse maintenant l'échantillon avec une certaine intensité initiale \(I_0 \) . Celui-ci se trouve dans une cuvette. L'essai doit cependant répondre à quelques exigences :

  1. La solution doit être homogène avec l'échantillon : elle doit être claire et non trouble. Sinon, la lumière se disperserait sur les fines particules de l'échantillon, tout comme la lumière polychromatique sur un prisme et la mesure serait faussée.
  2. L'échantillon doit absorber la lumière à la longueur d'onde mesurée.
  3. La concentration doit être faible, car à des concentrations élevées, la loi de Lambert-Beer ne s'applique plus.

La lumière traverse l'échantillon, perd de l'intensité et ne présente donc que l'intensité \( I \) .

Détecteur

La lumière ayant l'intensité \( I \) est maintenant captée par le détecteur, qui effectue une mesure d'intensité. À partir de l'intensité initiale connue du spectrophotomètre et de l'intensité après transmission à travers la solution contenant l'échantillon, le spectrophotomètre calcule la valeur de l'extinction.

Dosage par spectrophotométrie

Un dosage a pour principe de déterminer avec précision la quantité de matière ou la concentration d'une espèce dissoute en solution.

Absorbance

L'absorbance est le logarithme commun du rapport entre l'intensité initiale et l'intensité après passage de l'échantillon.

Sous forme de formule, cela ressemble à ceci :

$$ E_{ \lambda } = log_{10} ( \frac {I_0}{I} ) $$

Tu ne dois pas confondre l'extinction avec l'absorption, car l'extinction comprend tous les événements d'atténuation de la lumière.

Les événements d'atténuation de la lumière suivants peuvent se produire dans ton échantillon :

  • L'absorption de la longueur d'onde par les molécules de l'échantillon dans la solution,
  • la réflexion à la surface du liquide ou de la cuvette.

Afin de pouvoir mesurer l'absorption de manière spécifique, il convient de présenter les éléments suivants :

  • Ton échantillon doit être bien dissous : Il ne doit plus y avoir de particules flottantes qui rendent ton échantillon laiteux ou inhomogène.
  • Tu dois effectuer une mesure d'étalonnage avec la cuvette et ton solvant. Cela signifie que tu mets ton solvant (généralement de l'eau) et ta cuvette dans le spectrophotomètre et que tu appuies sur calibrer.
  • Le spectrophotomètre mesure à nouveau l'extinction. Cependant, comme il n'y a pas de colorant, seule la réflexion de l'eau et de la cuvette est mesurée, ce qui est soustrait de l'absorbance lors des mesures suivantes.

Si tu as suivi ces étapes, tu as réussi à mesurer l'absorbance.

Loi de Beer-Lambert

Mais que peux-tu faire avec l'extinction maintenant ? C'est ici que la loi de Lambert-Beer vient à la rescousse. Elle représente désormais l'extinction en relation avec notre substance, sa concentration et l'épaisseur de la couche du milieu optique.

La loi de Lambert-Beer stipule que l'extinction à une certaine longueur d'onde est égale au coefficient d'extinction molaire décadaire \( \epsilon \) , (constante spécifique pour une longueur d'onde \( \lambda \) et une substance) multiplié par la concentration \( c \) de l'échantillon dans la solution, multiplié par l'épaisseur de la couche du milieu optique.

L'épaisseur de la couche est, pour ainsi dire, la largeur de la cuvette, qui est généralement normalisée à \( 1 cm \) .

La formule de la loi de Lambert-Beer :

$$ E_{ \lambda } = log_{10} ( \frac {I_0}{I} ) = \epsilon _{ \lambda } \times c \times d $$

À gauche, tu vois la définition de l'extinction à l'aide du logarithme décimal du rapport d'intensité. À droite, tu peux voir la loi de Lambert-Beer.

Donc, si l'épaisseur de la couche reste constante, ainsi que le coefficient d'extinction molaire décadaire, il y a ici une fonction linéaire. Cette ligne droite augmente au fur et à mesure que la concentration de l'échantillon dans la solution augmente.

La loi de Lambert-Beer ne s'applique qu'aux petites concentrations du colorant. Vu sous cet angle, il existe une limite supérieure pour l'extinction. Regarde-le de cette façon : Ta solution est noire, donc aucune lumière ne peut la traverser. Si tu ajoutes du colorant, la concentration augmente, mais la solution ne peut pas devenir plus noire.

Pour plus d'informations sur la loi de Beer-Lambert ,veuille consulter notre résumé de cours sur Loi De Beer-Lambert !

Enregistrement d'un spectre avec un spectrophotomètre : Radiation

Pour déterminer la concentration d'un analyte dans l'échantillon, il suffit généralement de mesurer l'extinction ou l'absorption de la solution. Cependant, si tu veux caractériser ton analyte de manière plus précise, tu peux présenter un spectre.

En règle générale, l'extinction est mesurée individuellement pour chaque longueur d'onde à une concentration et une épaisseur de couche spécifiées. Mais comme tu n'as pas envie de te tenir devant ton spectrophotomètre, de calibrer chaque longueur d'onde individuellement et de les mesurer ensuite, les spectromètres modernes sont utilisés aujourd'hui pour faire ce travail à ta place.

D'ailleurs, dès que nous commençons à parler de spectres, nous ne sommes plus dans la simple spectrophotométrie, mais dans la spectroscopie, ou plus précisément dans la spectroscopie \( UV/VIS \) . Ce nom vient du fait que ces spectres sont enregistrés du domaine \( UV \) au domaine visible de la lumière.

Longueurs d'onde

Le domaine UV correspond à des longueurs d'onde de \( 100 \) à \( 380 \space nm \) et le domaine visible à des longueurs d'onde de \( 380 \) à \( 780 \space nm \) .

Dosage par étalonnage spectrophotométrique

Imagine que tu présentes une solution avec une concentration inconnue d'un analyte que tu connaisses, que nous appelons maintenant matériel d'étude. Tu peux voir que la solution avec la substance étudiée semble rouge et tu peux également déjà savoir, grâce au chapitre de StudySmarter sur les colorants, que les substances paraissent toujours dans la couleur complémentaire de la couleur absorbée.

Étalonnage

Pour réaliser le dosage par étalonnage, nous utiliserons une gamme étalon et des solutions filles de différentes concentrations préparées à partir d'une solution mère plus concentrée.

Ensuite, afin de tracer la courbe d'étalonnage, tu mesures l'extinction qui varie en fonction de la concentration.

Cercle chromatique

Tu prends un cercle chromatique marqué avec des longueurs d'onde et tu vois que la couleur complémentaire du rouge que tu vois est le bleu-vert et tu décides donc d'effectuer plusieurs mesures avec des échantillons que tu as présentés avec la substance d'étude à différentes concentrations à une longueur d'onde de \( 640 \space nm \) .

Spectre d'absorption

La mesure est un succès total, tu as effectué cinq mesures et obtenu le tableau de valeurs suivant :

Concentration du matériau d'apprentissage en mol / l

Extinction

\( 0,1 \) \( 0,09 \)
\( 0,3 \) \( 0,27 \)
\( 0,6 \) \( 0,54 \)
\( 0,8 \) \( 0,72 \)
\( 1,0 \) \( 0,9 \)

Essaie maintenant de dessiner un diagramme à partir de ces valeurs.

Inscris la concentration sur l'axe des \( x \) . Il est logique d'essayer d'y aller par pas de \( 0,1 \) . Tu dois reporter l'extinction sur l'axe des y, qui ne présente d'ailleurs aucune unité.

Dosage spectrophotométrique Mesure de l'absorbance StudySmarterFig.2- Exemple de diagramme de mesure d'absorbance

Ton diagramme devrait ressembler à ceci. Maintenant, tu mesures enfin ton échantillon avec une concentration inconnue de matériel pédagogique.

Pour cela, tu obtiens une extinction de \( 0,7 \) . Tu peux facilement lire la concentration de l'échantillon sur le diagramme si tu essaies de suivre l'axe des y au niveau de l'extinction de \( 0,7 \) jusqu'à la ligne droite. De là, tu essaies de lire la valeur sur l'axe des \( x \) .

Dosage spectrophotométrique Mesure de l'absorbance et de la concentration StudySmarter

Fig.3- Exemple de diagramme de mesure d'absorbance et de la concentration

Fini ? Tu devrais obtenir environ \( 0,78 \space mol/l \) pour la concentration de l'échantillon et ça peut être aussi simple que ça !

Au fait, tu obtiens ici le coefficient d'extinction molaire et décadique à partir de la pente, mais n'oublie pas de le diviser par ta longueur de trajet de \( 1 \space cm \) !

Dosage spectrophotométrique - Points clés

  • La spectrophotométrie fait référence à toutes les méthodes de mesure basées sur la lumière qui fonctionnent avec un spectrophotomètre.
  • Un spectrophotomètre est un instrument qui mesure la quantité de photons (l'intensité de la lumière) absorbés après avoir traversé une solution échantillon.
  • Un spectrophotomètre présente toujours la même structure : une source de lumière, monochromateur, échantillon dans une cuvette et un détecteur.
  • La lumière monochromatique est obtenue grâce au prisme qui sert à bloquer tous les autres rayons lumineux.
  • La lumière blanche comprend toutes les radiations visibles dont les couleurs se situent entre le rouge et le violet.
  • Un dosage a pour principe de déterminer avec précision la quantité de matière ou la concentration d'une espèce dissoute en solution.
  • L'absorbance est le logarithme commun du rapport entre l'intensité initiale et l'intensité après passage de l'échantillon.
  • La loi de Lambert-Beer stipule que l'extinction à une certaine longueur d'onde est égale au coefficient d'extinction molaire décadaire \(\epsilon \) , (constante spécifique pour une longueur d'onde \( \lambda \) et une substance) multiplié par la concentration \( c \) de l'échantillon dans la solution, multiplié par l'épaisseur de la couche du milieu optique.
  • L'extinction comprend tous les phénomènes d'affaiblissement de la lumière : absorption, réflexion et réfraction de la lumière sur les plus petites particules.
  • La lumière visible est comprise entre \( 380 \) et \( 780 \space nm \).
  • La lumière UV se situe dans la gamme de \( 100 \) à \( 380 \space nm \).
  • Si l'on enregistre des spectres, on ne parle plus de spectrophotométrie, mais de spectroscopie UV/VIS.
  • Pour réaliser le dosage par étalonnage spectrophotométrique, nous utiliserons une gamme étalon et des solutions filles à partir d'une solution mère plus concentrée. Ensuite, afin de tracer la courbe d'étalonnage, on mesure l'extinction qui varie en fonction de la concentration.
  • Le cercle chromatique est une représentation ordonnée des couleurs et marquée avec des longueurs d'onde.
  • Le spectre d'absorption permet d'obtenir une courbe qui indique la valeur de l'absorbance de la solution en fonction de la longueur d'onde.

Questions fréquemment posées en Dosage spectrophotométrique

Le spectre d'absorption est le spectre obtenu par le passage d'une onde électromagnétique à travers un milieu transparent alors que le spectre de la lumière transmise est constitué de raies noires se détachant sur le fond coloré du spectre de la lumière blanche.

En 1940, Arnold J. Beckman a inventé le spectrophotomètre.

Évaluation finale de Dosage spectrophotométrique

Question

Un spectrophotomètre est 

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Réponse

Un spectromètre spécialement conçu pour mesurer l'absorption de la lumière UV-vis par une solution. 

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Question

Comment calculer l'activité enzymatique à l'aide de la loi de Beer-Lambert ?

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Réponse

En réorganisant l'équation de Beer-Lambert, on obtient le graphe de la concentration du métabolite en fonction de l'activité. La pente de la courbe dans une région linéaire du graphe est l'activité enzymatique.

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Question

La loi de Beer-Lambert relie 

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Réponse

La concentration du soluté (échantillon) à l'absorbance de l'échantillon.

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Question

Comment la loi de Beer-Lambert est-elle utilisée en spectroscopie ?

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Réponse

Les spectrogrammes de la cellule de référence et de l'échantillon sont utilisés pour calculer le graphe de la loi de Beer Lambert

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Question

La loi de Beer-Lambert est utilisée pour calculer la concentration du soluté actif dans_____ à partir de l'absorbance de l'échantillon.

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Réponse

L'UV-vis

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Question

Quelle est la formule d'absorbance de Beer-Lambert lorsque le coefficient d'absorption molaire n'est pas connu ?

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Réponse

$$ Abs= log_{10} \left ( \frac{I_0}{I} \right ) $$


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Question

Quelle est la formule d'absorbance de Beer-Lambert lorsque le coefficient d'absorption molaire est connu ?

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Réponse

$$ Abs= \varepsilon .c.l $$

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Question

Quelle est l'équation de la loi de Beer-Lambert qui relie l'atténuation à la concentration de l'échantillon ?

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Réponse

$$ Abs= log_{10} \left ( \frac{I_0}{I} \right ) = \varepsilon cl  \ $$

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Question

Quelle est l'équation alternative de la loi de Beer-Lambert utilisée pour calculer la concentration du soluté ?

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Réponse

$$ c= \frac{Abs}{ \varepsilon .l} $$

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Question

C'est quoi le coefficient d'absorption molaire ?

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Réponse

Le coefficient d'absorption molaire est une constante utilisée pour calculer la concentration de l'échantillon via l'équation de Beer-Lambert

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Question

L'atténuation de la lumière est_________de l'intensité du faisceau lumineux du spectrophotomètre lorsqu'il traverse une solution d'échantillon. 

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Réponse

La diminution

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Question

_______est la partie de la solution qui dissout le _______.

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Réponse

Le solvant, le soluté

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Question

_______ est la partie de la solution qui est dissoute par ________.

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Réponse

Le soluté, le solvant

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Question

Qu'est-ce que la solution ?

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Réponse

La solution contient à la fois le soluté et le solvant.

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Question

Qu'est-ce que la spectrophotométrie ?

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Réponse

La spectrophotométrie désigne toutes les méthodes de mesure basées sur la lumière qui fonctionnent avec un spectrophotomètre.

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Question

Pourquoi un monochromateur est-il intégré dans un spectrophotomètre ?

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Réponse

Pour pouvoir isoler une seule longueur d'onde à partir de la source de lumière polychromatique et ainsi effectuer des mesures précises de la quantité de longueur d'onde absorbée par la substance.

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Question

Comment l'extinction est-elle définie ?

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Réponse

$$ E_{ \lambda } = log_{10} ( \frac {I_0}{I} ) $$

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Question

Quels événements d'affaiblissement de la lumière peuvent se produire dans un spectrophotomètre ?


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Réponse

  • L'absorption de la longueur d'onde par les molécules de l'échantillon dans la solution
  • La réfraction de la lumière dans une solution non homogène et laiteuse sur les particules de l'échantillon
  • La réflexion à la surface du liquide ou de la cuvette

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Question

Quelle est la loi de Lambert-Beer ?

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Réponse

$$ E_{ \lambda } = log_{10} ( \frac {I_0}{I} )  = \epsilon _{ \lambda } \times c \times d $$

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Question

Dans quelle gamme d'ondes se trouve la lumière visible ?

Montrer la réponse

Réponse

Entre 380 et 780 nm 

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Question

Dans quelle gamme d'ondes se trouve la lumière UV ?

Montrer la réponse

Réponse

Dans la gamme de 100 à 380 nm.

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Question

Dans quelle couleur apparaît un colorant par rapport à la longueur d'onde absorbée ?

Montrer la réponse

Réponse

Le colorant apparaît dans la couleur complémentaire de la couleur de la longueur d'onde absorbée.

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Question

Quand parle-t-on de spectroscopie ?

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Réponse

Lorsque des spectres (d'absorption) entiers sont mesurés.

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Question

Les solutions plus concentrées apparaissent plus foncées car

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Réponse

Elles absorbent plus de lumière qui les frappe.

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Question

L'absorbance augmente lorsque ___________________.

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Réponse

La concentration augmente (directement proportionnelle)

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Question

Lorsque la longueur du trajet augmente, l'absorbance_________.

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Réponse

Augmente

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Question

Si tu obtiens une valeur d'absorption supérieure à \( 1.8 \) , l'échantillon doit être ______________.

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Réponse

Dilué et réanalysé

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Question

Le spectre d'absorption permet d'obtenir une courbe qui indique la valeur de l'absorbance de la solution en fonction de la longueur d'onde.

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Réponse

Vrai

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Question

Indiquer les parties qui présentent toujours la même structure du spectrophotomètre.  

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Réponse

échantillon dans une cuvette

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Question

La lumière blanche est

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Réponse

polychromatique

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Question

Le ............... est le spectre obtenu par le passage d'une onde électromagnétique à travers un milieu transparent

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Réponse

spectre d'absorption

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Question

Le ................  est constitué de raies noires se détachant sur le fond coloré du spectre de la lumière blanche.

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Réponse

spectre de la lumière transmise

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Question

Quel est le processus de détermination ?

Montrer la réponse

Réponse

Dans la méthode de détermination, la conductivité de la solution d'échantillon est mesurée, puis la concentration de la solution d'échantillon est déterminée à l'aide de courbes d'étalonnage.

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Question

Quelle procédure mathématique est utilisée pour déterminer le point d'équivalence d'une conductométrie ?

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Réponse

Le point d'équivalence d'une conductométrie est déterminé graphiquement à l'aide de l'extrapolation.

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Question

Que décrit le point d'équivalence ?

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Réponse

Le point d'équivalence décrit le point dans une réaction de titrage auquel la quantité de substance dans la solution étalon est égale à la quantité de substance dans la solution d'échantillon.

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Question

Qu'est-ce que la conductimétrie ?

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Réponse

La conductométrie détermine la concentration d'un acide, d'une base ou d'une solution saline en utilisant la conductivité électrique de la solution.

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Question

Quel est le nom de la conductimétrie ?

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Réponse

La conductométrie est également connue sous le nom de titrage de conductivité.


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Question

A quoi sert la méthode de titrage conductométrique ?

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Réponse

Le point d'équivalence d'un titrage peut être déterminé plus précisément par la méthode de titrage.

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Question

Comment la substance à titrer est-elle présente dans la solution d'échantillon ?

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Réponse

La substance à examiner se présente sous la forme d'ions librement mobiles qui peuvent servir de porteurs de charge.

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Question

Que se passe-t-il lorsque tu ajoutes une solution standard ?

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Réponse

La solution de l'échantillon est neutralisée, ce qui réduit le nombre de porteurs de charge mobiles.

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Question

Quand le minimum de conductivité est-il atteint ?

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Réponse

Si les ions sont complètement neutralisés, la solution d'échantillon atteint la conductivité minimale. C'est le point d'équivalence.

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Question

Quels sont les paramètres importants pour la conductivité ?

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Réponse

  • La concentration de la solution
  • Le nombre de charges ioniques
  • La mobilité des ions

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Question

Quelle est la particularité de la structure de la conductimétrie ?

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Réponse

Contrairement à la structure de base d'un titrage, la conductométrie utilise un conductimètre. La conductivité de la solution d'échantillon peut être mesurée à l'aide du conductimètre, également appelé cellule d'immersion.

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Question

Quelle est la forme du parcours graphique d'une conductimétrie ?

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Réponse

Le parcours typique est en forme de V.

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Question

Pourquoi la conductimétrie est-elle utilisée avec le courant alternatif et non avec le courant continu ?

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Réponse

Le courant alternatif est utilisé en conductimétrie pour éviter l'électrolyse.

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Question

Quelle est la procédure d'indication ?

Montrer la réponse

Réponse

Dans la méthode d'indication, le point d'équivalence d'un titrage est déterminé par conductimétrie.

Montrer la question

Question

Quelles sont les variantes de la conductimétrie ?

Montrer la réponse

Réponse

En conductimétrie, on distingue deux méthodes différentes. Il s'agit de la procédure de détermination et de la procédure d'indication.

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