Spectres_C...et_Cr - bioltrop

Analyse simultanée d'un mélange par spectroscopie BUT Procéder à l'analyse simultanée d'un mélange d'ions chrome et cobalt
par spectroscopie dans le domaine du visible. THÉORIE La loi de Beer-Lambert s'applique aux solutions qui contiennent un mélange
d'espèces absorbantes. L'analyse simultanée s'effectue à deux longueurs
d'onde différentes et permet d'analyser des solutions contenant un mélange
d'ions à condition qu'il n'y ait aucune interaction entre les diverses
espèces, c'est à dire qu'elles ne réagissent pas ensemble. Un exemple de solution contenant un mélange qui peut être analysé
simultanément est le mélange du nitrate de chrome ( Cr (NO3)3 . 9 H2O ) et
de nitrate de cobalt ( Co (NO3)2 . 6 H2O ). Ces deux espèces lorsqu'elles
sont excitées par une source d'énergie incidente présentent un spectre
d'absorption différent où les maxima observés se trouvent à des longueurs
d'onde différentes. Ainsi, il n'est pas possible de procéder à l'analyse
des deux espèces directement par la détermination de la concentration des
espèces contenues dans une solution inconnue à partir d'une droite de
calibration. L'examen des spectres d'absorption du nitrate de chrome et du nitrate
de cobalt, à la figure 1, montre que les maxima d'absorption de chacune de
ces substances se situent à des longueurs d'onde différentes. Ainsi, on
remarque à 420 nm et à 580 nm que le spectre du nitrate de cobalt cause
de l'interférence et qu'à 520 nm, c'est le spectre du nitrate de chrome qui
cause de l'interférence. Pour cette raison, ne peut choisir la meilleure
longueur d'onde en ne se basant que sur la position du maxima pour la
substance analysée. Figure 1. Spectre d'absorption du nitrate de chrome et du
nitrate de cobalt.
Afin de procéder à l'analyse simultanée par spectroscopie dans le
domaine de l'UV-visible, il est essentiel que les absorbances des
substances analysées soient additives. En effet, on remarquera sur le
graphique présenté à la figure 1 que, théoriquement, le spectre résultant
d'un mélange d'espèces absorbante représente la somme des spectres
d'absorption obtenus individuellement pour chacune des espèces absorbantes.
Ainsi, la loi de Beer Lambert peut s'appliquer aux mélanges, à condition
qu'il n'y ait aucune interaction entre les diverses espèces [1]. Ainsi, la
loi pour les mélanges peut s'écrire : A = A1 + A2 + ....+ An = ?1bc1 + ?2bc2 + ... + ?nbcn Pour être capable d'appliquer la technique d'analyse simultanée, il
faut aussi que les maxima d'absorption des solutions ne soient pas à la
même longueur d'onde. Ainsi, une fois le spectre d'absorption obtenu pour
chacune des substances à analyser, il faut additionner les spectres, ceci
nous permet d'obtenir un spectre théorique. Il faut ensuite vérifier que le
spectre d'absorption théorique correspond bien au spectre expérimental d'un
analyte composé d'un mélange de concentrations connue des espèces
analysées. Ceci est réalisé en comparant le spectre théorique et le spectre
expérimental. Pour que l'analyse soit réalisable, il faut que le spectre
théorique et le spectre du mélange correspondent pratiquement à la
perfection. Si les spectres présentent des différences excédant la limite
de l'erreur expérimentale, il n'est pas possible de procéder à l'analyse
simultanée. Évidemment, lors de la réalisation d'un protocole d'analyse
standard, cette étape n'est pas nécessaire car les propriétés absorbantes
des espèces analysées sont connue. Une fois qu'il a été vérifié que l'analyse est réalisable, deux
longueurs d'onde d'analyse seront choisies afin de déterminer la valeur de
l'absorptivité molaire. Le choix des longueurs d'onde s'effectue selon les
critères suivants : Soit deux espèces à analyser que nous nommerons X et Y pour
l'instant . Le choix de la première longueur d'onde s'effectue là ou l'on
retrouve un maximum d'absorbance pour le produit X et un minimum
d'absorbance pour le produit A. Le choix de la deuxième longueur d'onde
consiste à prendre l'endroit sur le spectre où l'on retrouve un minimum
d'absorbance pour le produit X et un maximum d'absorbance pour le produit
Y. Ainsi, pour les nitrates de chrome et de cobalt que l'on retrouve à la
figure 1, on choisirait 425 nm et 520 nm. Une autre option, aussi valable,
serait de choisir la combinaison de 520 nm et de 580 nm. La suite de l'analyse consiste à tracer deux droite de calibration
(graphique de l'absorbance en fonction de la concentration) pour chacune
des substances analysées. Chacune des droites est tracée aux deux longueurs
d'onde choisies. Ainsi, pour l'analyse d'un mélange de deux espèces on aura
deux graphique comportant chacune deux droite de calibration. L'analyse des
droites par régression linéaire permettra d'obtenir la valeur de
l'absorptivité molaire de chacune des espèces inconnues à deux longueurs
d'onde différente soit un total de quatre valeurs. L'équation de la droite
obtenue étant de la forme suivante :
A = ?bc + b'
On obtiendra donc : ? ' (A - b') / bc
La méthode de Kramer est ensuite utilisée pour résoudre le système de deux
équations deux inconnues. Pour démontrer la résolution par la méthode de
Kramer pour un mélange de deux inconnus, supposons que les deux substance ,
X et Y, absorbent à des longueurs d'onde différentes. La mesure de
l'absorbance du mélange à deux longueurs d'onde différentes conduit au
système d'équations suivant : A?1 = ?X?1bcx + ?Y?1bcY et A?2 = ?X?2bcx + ?Y?2bcY Une fois que les valeurs de l'absorptivité molaire ont été déterminées à
chacune des longueurs d'onde pour chacune des substances, on aura donc pour
la substance X les valeurs ?X?1 et ?X?2 . De même, pour la substance Y on
aura les valeurs ?Y?1 et ?Y?2. Si A?1 et A?2 représentent les valeurs de
l'absorbance d'un même mélange à chacune des longueurs d'onde choisies, on
peut alors résoudre par la méthode des déterminant aussi appelée méthode de
Kramer. Ainsi :
Il ne reste alors qu'à calculer chacun des déterminants ci-dessus pour
trouver les concentrations de X et Y. Pour résoudre les déterminant on doit
se rappeler que
Est une manière abrégée d'écrire ( A x D ) - ( B x C ). Ainsi, le produit
d'un déterminant ou A = 1, B = 2, C = 3 et D = 4 donne : ( 1 x 4 ) - ( 2 x 3 ).= -2 En terminant, il est essentiel de mentionner qu'il est également possible
de déterminer la concentration d'un mélange d'inconnu dont les maxima
d'absorption ce chevauchent. La méthode, dont le traitement mathématique
est un peu plus complexe, est décrite dans la littérature [2].
ANALYSE DU CHROME ET DU COBALT PAR L'ANALYSE SIMULTANÉE PROTOCOLE
EXPÉRIMENTAL Partie 1. Préparation des solutions Préparer 500.00 ml d'une solution exactement 0,2000 M en Co(NO3)2.6H2O. Préparer 500.00 ml d'une solution exactement 0,0500 M en Cr(NO3)3.9H2O. À partir des solutions mères ci-dessus, préparer 50,00 ml des solutions
suivantes : |Cr(NO3)3.9H2O |Co(NO3)2.6H2O |
|0.0400 M |0.1500 M |
|0.0300 M |0.1000 M |
|0.0200 M |0.0750 M |
|0.0100 M |0,0400 M |
Note : Calculer les volumes de solution mère utilisés lors de votre
préparation dans le cahier de laboratoire. N'oubliez pas d'identifier
chaque ballons. À l'aide de ces solutions, préparer 50,00 ml des mélanges suivants ayant
les concentrations finales suivantes: Mélange 1 :
0.0200 M en Cr(NO3)3.9H2O et 0,0750 M en Co(NO3)2.6H2O Mélange 2 :
0.0250 M en Cr(NO3)3.9H2O et 0,0100 M en Co(NO3)2.6H2O
Partie 2. Acquisition des spectres. À l'aide du spectrophotomètre et des solutions suivantes : Solution 1 : Cr(NO3)3.9H2O 0,0200 M
Solution 2 : Co(NO3)2.6H2O 0,0750 M
Solution 3 : Mélange 1 Tracer le spectre (À l'aide d'Excel) de chacune des solutions sur le même
graphique aux longueurs d'onde suivantes : 390-400-415-425-440-460-480-490-
500-510-520-530-540-550-570-575-580-600-620 nm. 2. À partir des résultats obtenus pour les solutions 1 et 2, tracer le
spectre théorique du mélange et comparer le résultat avec le spectre obtenu
expérimentalement. Choisir deux longueurs d'onde en respectant les critères
vus dans la section théorie.
Partie 3. Droites de calibration et analyse. 1. Prendre l'absorbance des solutions de cobalt de 0,0400 M à 0,2000 M
aux deux longueurs d'onde choisies et tracer un graphique comportant les
deux droites de calibration. À l'aide d'excel, tracer la droite de tendance
et déterminer l'équation de la droite. 2. Calculer l'absorptivité molaire à chacune des longueurs d'onde
choisies à l'aide de l'équation des droites obtenues. 3. Reprendre les étapes 1 et 2 avec les solutions de chrome. 4. Prendre l'absorbance du mélange 1, du mélange 2 et d'une solution
inconnue (demander votre inconnu au technicien) aux deux longueurs d'onde
choisies. 5. Calculer les concentrations de cobalt et de chrome dans l'échantillon
inconnu par la méthode de Kramer. 6. Dans la section résultats de votre rapport de laboratoire,
présenter tous les résultats obtenus sous forme de tableaux et discuter des
résultats dans la discussion. Un document précisant les exigences
particulières pour le rapport vous sera remis la semaine où l'expérience
est effectuée.
BIBLIOGRAPHIE
Skoog, D.A., West D.M., Holler F.J.,