On peut déterminer la concentration d’une solution colorée à partir de la mesure de son absorbance $A_\lambda$
à une certaine longueur d’onde $\lambda$ (donc pour une radiation donnée du spectre).
On utilise pour cela un spectrophotomètre et la technique est appelée spectrophotométrie UV-visible (ultraviolet-visible).
Spectre d’absorption
L’absorbance $A_\lambda$ d’une solution quantifie la proportion d’un rayonnement incident $I_0$ monochromatique absorbée en mesurant l’intensité du rayonnement transmis $I$.
Comment varie l’absorbance si $\ell$ augmente ?
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Pour faire des mesures au spectrophotomètre, on utilise donc une cuve aux dimensions fixes.
En faisant varier $\lambda$, on obtient une courbe appelée spectre d’absorption.
Comment peut-on relier un spectre d’absorption à la couleur perçue de la solution ?
La solution agit comme un filtre. La couleur absorbée est donc complémentaire de la couleur perçue.
Quel devrait être le spectre d’un colorant vert ?
Il doit absorber le magenta donc à la fois le rouge et le bleu.
Le spectre nous permet de déterminer $\lambda_{max}$, la longueur d’onde où l’absorbance est maximum.
C'est en réglant le spectrophotomètre sur cette longueur d'onde $\lambda_{max}$ que l'on va pouvoir déterminer une concentration en utilisant la loi de Beer-Lambert.
Loi de Beer-Lambert
Pour une longueur d'onde $\lambda$ donnée et une largeur de cuve fixée, l'absorbance $A_\lambda$ d'une espèce chimique en solution diluée est proportionnelle à la concentration $C$ en quantité de matière de cette espèce chimique.
‼️ Remarques importantes : ‼️
Se placer à $\lambda_{max}$ permet d'optimiser la sensibilité et la précision des mesures ainsi que de se prémunir des interférences éventuelles dues à d'autres espèces colorées.
Vérifions que l’absorbance est proportionnelle à la concentration.
Un dosage spectrophotométrique permet de déterminer la concentration en quantité de matière d’une solution colorée.
Ce dosage repose sur la réalisation d'une courbe d'étalonnage.
Protocole d’un dosage spectrophotométrique
on réalise le spectre d'absorption de la solution et on détermine $\lambda_{max}$.
on réalise une gamme étalon de solutions par dilution d'une solution mère de concentration connue contenant la même espèce colorée que la solution de concentration inconnue.
on règle le spectrophotomètre sur la longueur d'onde $\lambda_{max}$.
on mesure l'absorbance $A$ de chacune des solutions de concentration $C$ connue de la gamme.
on trace la courbe $A=f(C)$.
on mesure l'absorbance de la solution de concentration inconnue (si l'absorbance est supérieure à la plus grande de la gamme, on dilue la solution).
on en déduit la concentration mystère par lecture graphique ou par calcul en utilisant la proportionnalité si la loi de Beer-Lambert est bien vérifiée.
Conditions pour pouvoir doser une espèce par spectrophotmétrie
L'espèce doit présenter un maximum d'absorption dans le domaine UV-visible (indice : elle donne une couleur à la solution).
Il faut que l'espèce soit la seule à absorber à la longueur d'onde de son maximum d'absorption.