Solutions et absorbance

Une solution est un mélange homogène dans lequel un ou plusieurs solutés sont dissous dans un solvant. Sa concentration en quantité de matière c est définie par c = n/V, où n est la quantité du soluté et V le volume final de solution. En utilisant mol et L, c s’exprime en mol·L⁻¹. La concentration en masse Cₘ vaut m/V et s’exprime souvent en g·L⁻¹. Pour une même espèce de masse molaire M, Cₘ = cM.

La préparation par dissolution consiste à introduire une masse connue d’un solide, à la dissoudre puis à ajuster au volume final. Une fiole jaugée fixe ce volume avec une précision adaptée. Il ne faut pas ajouter le solide à un volume de solvant déjà égal au volume final souhaité et supposer que celui-ci restera inchangé. Au laboratoire, les transferts et rinçages quantitatifs évitent de perdre une partie du soluté, puis l’homogénéisation rend la composition uniforme.

Diluer signifie ajouter du solvant à un prélèvement d’une solution mère. Si le soluté ne réagit pas et qu’il n’est pas perdu, sa quantité se conserve entre le prélèvement et la solution fille. Ainsi c(mère) × V(prélèvement) = c(fille) × V(final). La concentration diminue alors que la quantité de soluté du prélèvement reste la même. Le facteur de dilution F vaut le rapport concentration mère/concentration fille, ou volume final/volume prélevé.

L’absorbance A mesure l’atténuation de la lumière traversant un échantillon à une longueur d’onde donnée. Elle est sans unité. Plus A est élevée, plus l’atténuation est importante dans les conditions de mesure. Une solution ne possède donc pas une absorbance unique indépendante de la lumière utilisée. Le spectrophotomètre permet de mesurer A en fonction de la longueur d’onde λ ou à une longueur d’onde choisie.

Un spectre d’absorption représente A en fonction de λ. Il renseigne sur les radiations absorbées. La couleur perçue en transmission dépend de celles qui atteignent l’œil, donc des radiations restantes et de l’éclairage. Une solution qui absorbe surtout dans une zone du visible peut présenter une couleur complémentaire. L’interprétation s’appuie sur le spectre et un cercle chromatique adapté ; elle ne consiste pas à attribuer à la solution la couleur de son maximum d’absorption.

Un maximum d’absorption peut guider le choix de la longueur d’onde pour un dosage, car une variation de concentration y produit souvent une variation mesurable d’absorbance. Il faut également vérifier que d’autres espèces présentes ne perturbent pas la mesure. Le blanc contient le solvant et, selon le protocole, les autres constituants utiles à la référence. Il permet de prendre en compte l’atténuation due à ce qui n’est pas l’espèce recherchée.

La cuve doit être adaptée à la mesure et placée de manière reproductible. Des traces sur ses faces optiques, une bulle dans le trajet lumineux ou une solution trouble peuvent perturber l’interprétation. On ne traite pas une mesure douteuse en modifiant simplement le calcul. On contrôle d’abord le montage, l’état de la cuve et la préparation. Les règles de manipulation et de gestion des déchets sont celles du laboratoire.

Dans son domaine de validité, la loi de Beer-Lambert s’écrit A = εℓc. Le coefficient ε dépend de l’espèce, de la longueur d’onde et des conditions ; ℓ est la longueur du trajet lumineux dans la solution. Pour une espèce, une longueur d’onde et une cuve fixées, on écrit A = kc. Le coefficient k dépend de l’unité choisie pour c. La proportionnalité ne s’applique pas sans vérification à toute solution, notamment si le milieu est trop concentré ou trouble.

Un étalonnage consiste à mesurer plusieurs solutions de concentrations connues dans les mêmes conditions. On place les points (c ; A), puis on examine si une relation linéaire adaptée décrit les données sur le domaine retenu. Des points expérimentaux ne sont pas forcément parfaitement alignés. Une droite avec une ordonnée à l’origine non négligeable invite à contrôler le blanc ou à utiliser le modèle fourni, sans la forcer arbitrairement à passer par zéro.

Le dosage par étalonnage compare une propriété physique à des références connues. Il ne repose pas ici sur la consommation du soluté par une réaction chimique. Une concentration inconnue doit être déterminée dans le domaine où le protocole fonctionne. Si l’absorbance est trop élevée, on prépare une dilution contrôlée puis on mesure à nouveau. Le résultat concerne d’abord la solution placée dans la cuve, avant toute remontée à la solution initiale.

Un compte rendu doit permettre de distinguer les données et l’interprétation. Conserve les volumes réellement prélevés, le volume final, les concentrations calculées et les absorbances lues. Si une solution étalon a été mal préparée, la droite obtenue peut sembler régulière tout en donnant un dosage faux. Vérifie donc la préparation en plus de l’ajustement graphique. Une belle droite ne suffit pas à certifier toute la manipulation.

Le contrôle peut aussi s’appuyer sur une nouvelle dilution. Si deux dilutions correctement réalisées conduisent, après correction par leurs facteurs, à des concentrations initiales proches, la cohérence est renforcée. Si elles divergent fortement, il faut rechercher une cause : prélèvement, homogénéisation, blanc, domaine d’absorbance ou perturbation par une autre espèce. Cette démarche ne donne pas automatiquement une précision chiffrée ; elle aide à repérer une incompatibilité du protocole.

Pour poursuivre, compare le dosage physique étudié ici au titrage par réaction chimique. Le hub Exercices du site rassemble l’espace S’entraîner.