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Dosage de solutions colorées par étalonnage

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Objectif(s)
On peut déterminer la concentration d’une espèce colorée en solution en réalisant un dosage par étalonnage.
Quelle grandeur physique est liée à la couleur d’une solution ?
Qu’est-ce que la loi de Beer-Lambert ?
Quel est le principe d’un dosage par étalonnage ?
1. Absorbance d'une solution
Une solution colorée absorbe une partie de la lumière qui la traverse.
a. Absorbance
L’absorbance d’une solution, notée A, est une grandeur physique qui mesure la quantité de lumière absorbée en fonction de la lumière qui traverse un échantillon de solution.
L’absorbance n’a pas d’unité et qui dépend de la longueur d’onde de la lumière et de la concentration de l’espèce colorée de la solution.
L’absorbance d’une solution se mesure à l’aide d’un spectrophotomètre.
b. Principe de fonctionnement du spectrophotomètre
Un flux de lumière monochromatique est envoyé à travers un échantillon de la solution colorée placée dans une cuve.
Un détecteur mesure le flux lumineux en sortie. L’absorbance est directement affichée sur un écran du spectrophotomètre.


c. Influence de la longueur d'onde
La courbe ci-dessous donne le spectre d’absorption d’une solution de diiode de concentration molaire 10–4 mol.L–1 (dans l'iodure de potassium à 0,1 mol.L-1 ) en fonction de la longueur d’onde de la lumière monochromatique.



L’absorbance dépend de la longueur d’onde de la lumière.
Le maximum d’absorption du diiode se situe autour de λ = 350 nm, ce qui explique la coloration jaune brun de la solution (absorption dans l’ultraviolet).
2. Loi de Beer-Lambert
La valeur de l’absorbance A dépend de la concentration C de l’espèce colorée.
a. Influence de la concentration
La courbe ci-contre donne le spectre d’absorption d’une solution de diiode en fonction de sa concentration molaire, pour une longueur d’onde fixée de λ = 400 nm.



L’absorbance de la solution est proportionnelle à la concentration en diiode jusqu’à une valeur limite de l’ordre de 10-1 mol.L-1.
b. Loi de Beer-Lambert
On peut montrer que l’absorbance dépend aussi de l’épaisseur l de l’échantillon traversée par le flux lumineux.
L’absorbance A est donc proportionnelle à la concentration C et à l’épaisseur l de la cuve.
Loi de Beer-Lambert
La relation entre l’absorbance A et la concentration C en espèce colorée est :
ε : coefficient d’extinction molaire en L.mol-1.cm-1
l : épaisseur de la cuve en cm
C : concentration molaire en espèce colorée en mol.L-1
3. Dosage par étalonnage
Un dosage est une technique qui permet de déterminer la concentration d’une espèce en solution.
a. Position du problème
On dispose au laboratoire d’une solution S contenant une espèce colorée de concentration connue C et d’une solution S’ de concentration C’ inconnue de la même espèce.
b. Utilisation d'une échelle de teinte
On réalise une échelle de teinte pour déterminer un encadrement de la concentration C’.
Pour cela, on réalise des solutions diluées à partir de S, et on compare la couleur de la solution S’ avec la couleur des autres solutions.


Dans cet exemple, on peut encadrer C' de la manière suivante : 1.10-3 mol.L-1 < C' < 2.10-3 mol.L-1.
c. Courbe d'étalonnage
On réalise plusieurs solutions diluées à partir de la solution S de concentrations connues.
On choisit une longueur d’onde de travail adaptée, pour cela, on réalise une courbe A = f(l).

Pour une longueur d’onde fixée, on réalise une courbe d’étalonnage. Pour cela, on mesure et on note l’absorbance de chaque solution diluée. On trace la courbe d'absorbance en fonction de la concentration.



La courbe est une droite passant par l’origine du repère.

d. Détermination de la concentration
La concentration C’ doit être inférieure aux différentes valeurs des concentrations utilisées pour réaliser la courbe.
Si la concentration C’ est trop élevée, on réalise une dilution de la solution S’.

On mesure l’absorbance A’ (ordonnée) de la solution S’ et on reporte sa valeur sur la courbe d’étalonnage. L’abscisse du point est la concentration C’.



On détermine ainsi la valeur de la concentration C’ par intrapolation.
L'essentiel
Une solution colorée absorbe la lumière.
L’absorbance A est une grandeur qui mesure l’absorption de la lumière par une solution colorée.
L’absorbance dépend de la concentration de la solution et de la longueur d’onde de la lumière qui traverse la solution.

La loi de Beer-Lambert donne la relation entre l’absorbance A et la concentration C : A = ε l C.

Pour déterminer la concentration d’une solution inconnue, on peut réaliser une échelle de teinte ou réaliser une courbe d’étalonnage.

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