Dosage spectrophotométrique

Concentration en quantité de matière

La concentration C en quantité de matière (en $\rm mol.L^{-1}$) d'une espèce chimique en solution est le quotient de la quantité de matière $n$ de soluté (en $\rm mol$) par le volume $\rm V_{solution}$ de la solution :

$$\mathrm C = \frac{n}{\rm V_{solution}}$$

Concentration en masse

La concentration en masse $\rm C_m$ de soluté (en $\rm g.L^{-1}$) s'obtient par la relation : $\rm C_m = C \times M$ avec $\rm M$ masse molaire en $\rm g.mol^{-1}$.

Préparation d'une solution

On peut préparer une solution par :

Dissolution

On calcule la masse de solide à dissoudre pour préparer une solution de concentration $\rm C$ et de volume $\rm V_{solution}$ avec :

$m = n \times \rm M = C \times V_{solution} \times M$

Dilution

Au cours d'une dilution, la quantité de matière de soluté prélevée dans la solution mère $\rm n_{mère}$ est égale à la quantité de matière présente dans la solution fille $\rm n_{fille}$. On écrit $\rm n_{mère} = n_{fille}$ donc :

$\rm C_{mère} \times V_{mère} = C_{fille} \times V_{fille}$

On définit le facteur de dilution $\rm F$ par :

$$\rm F = \frac{C_{mère}}{C_{fille}}$$

Dosage par étalonnage

Spectre de la lumière blanche

Le spectre de la lumière blanche est continu avec des radiations comprises entre $380$ et $\rm 780~ nm$.

Absorbance

L'absorbance $\rm A$ (sans unité) d'une solution est une grandeur qui caractérise la capacité d'une solution colorée à absorber une partie de la lumière qui la traverse pour une longueur d'onde $\lambda$ donnée. On mesure l'absorbance $\rm A$ d'une solution à l'aide d'une cuve placée dans un spectrophotomètre. On mesure $\rm A$ pour chaque longueur d'onde du visible et on trace $\mathrm A = f(\lambda)$. On obtient par exemple :

Le spectre d'absorption de la solution présente un maximum pour $\rm\lambda = 530~nm$. La couleur de la solution est donc la couleur complémentaire sur le cercle chromatique, soit magenta.

Loi de Beer-Lambert

Pour une longueur d'onde $\lambda$ donnée, l'absorbance d'une solution diluée de concentration $\rm C$ en espèce chimique colorée est donnée par la loi de Beer-Lambert :

$$\rm A = \epsilon \times \mathcal l \times C$$

avec :

• $\rm l$ : épaisseur de la solution traversée par la lumière en $\rm cm$
• $\epsilon$ : coefficient d'absorption molaire en $\rm L.mol^{-1}.cm^{-1}$
• $\rm C$ : en $\rm mol.L^{-1}$

On écrit souvent $\mathrm A = k \times \rm C$ (relation de proportionnalité entre l'absorbance et la concentration d'une solution donc $\mathrm A = f(\rm C)$ donne une droite passant par l'origine.

Principe du dosage par étalonnage

Un dosage par étalonnage permet de déterminer la concentration en espèce chimique dans une solution en comparant son absorbance à celles de solutions étalons contenant la même espèce chimique et étant obtenues à partir de la dilution d'une solution mère de concentration connue. On mesure $\rm A$ de la gamme étalon obtenue, puis on trace $\mathrm A = f(\rm C)$. On mesure l'absorbance de la solution à doser. Grâce à la courbe d'étalonnage, on lit la concentration de l'espèce chimique.

Objectif

Définir ce qu'est une onde, connaître ses grandeurs caractéristiques, et savoir utiliser les formules de base pour les calculs.

Pourquoi c'est important ?<