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Spectrophotomètre USB

Logiciel et Guide d’utilisation

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Un spectromètre est un appareil qui décompose la lumière en différentes couleurs en étalant, ou en dispersant les longueurs d'onde différentes. C'est ce que fait la pluie, en réfractant la lumière quand elle crée un arc en ciel qui va du violet au jaune puis rouge. Cette gamme de couleurs est appelée le spectre visible. Les êtres humains peu-vent voir la lumière entre 380nm (Violet) et 780 nm (rouge foncé). D'autres créatures animales peuvent voir différentes gammes de lumière. Vous pouvez obtenir le même effet en réfléchis-sant la lumière avec un CD. La surface du CD agit comme un réseau de dif-fraction. Ou plutôt un réseau de réfraction. Si vous voulez savoir comment fonctionne une mo-to, la meilleure chose à faire est de le mettre en pièces et de voir de quoi elles sont faites. La même chose s'applique à la lumière en utili-sant la réfraction ou de diffraction, nous pouvons voir ce qui se passe à chaque longueur d'onde.

Spectroscopie

Spectre d’un lampe à incandescence

Spectre de la lumière solaire

Spectres

Sur la droite, trois spectres vues à travers un spectroscope traditionnel. Celle du haut est celui d'une lampe à incandescence. La suivante celui de la lumière du soleil. C'est un spectre qui contient des fines lignes noires dues à l'absorption de certaines longueurs d'onde pré-sentes dans le soleil par l'atmosphères de la Terre. Ce sont les lignes de Fraunhofer. La dernière est un spectre d'une émission à partir d'un tube à décharge de gaz d'hydrogène. Il montre que la gaz hydrogène n'émet de la lu-mière qu'à certaines longueurs d'onde. Il s'agit d'un spectre d'émission

Spectre d’émission de l’hydrogène. Les atomes d’hy-drogène excites emettent une série de fines lignes ap-

pelées series de Balmer.

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Regarder la lumière du soleil à travers le spectromètre nous renseignera beaucoup sur la façon dont il fonc-tionne. Si vous avez un spectroscope de poche, vous pouvez comparer ce que vous voyer à travers le spec-troscope traditionnel avec ce qu'affiche le logiciel d'analyse du spectrophotomètre USB quantum. La lumière du soleil pénètre dans le spectromètre à travers une fente de 50µ de large. Cela est très étroit; 5/100e de millimètre. Dans un spectroscope classiques, vous verrez un spec-tre et chaque ligne d'absorbance est représentées pas un trait noir. Elles correspondent aux zones de faible intensité sur le graphique quantum. La lumière passe à travers un système optique permettant la focalisation et la réflexion de la lumière incidente qui tombe sur un réseau linéaire CCD avec des centaines de minuscules capteurs dans une ligne de sorte que chaque capteur (souvent appelé un pixel) dans le tableau correspond à une longueur d'onde. Le nombre de photons frappant chaque pixel est convertie en une tension qui est elle même convertie en une valeur ordonnée sur le graphique. L'axe des x est adaptées au nombre de pixels qui indique la lon-gueur d'onde. Limites Optiques Résolution, 2nm (séparation entre deux longueurs d’onde) qui elle même est limitée par différents fac-teurs: • La largeur de la fente • Les spécifications et qualités du réseau • Le nombre de pixels du graphique • La taille du système. Cela entraîne une dispersion apparente des raies d'émissions et d'absorption dans l'affichage qui appa-raissent sous forme de pics. Dans les applications de chimie il n'est pas rare que les pics d'absorption fassent une centaines de nanomètres de large. En fait, il sera nécessaire de lisser le spectre. Toujours en chimie, c'est la sensibilité qui est impor-tante. Cette sensibilité permet au spectromètre de dé-tecter de petits changements dans l'absorption sur l'axe des y.

Ici, un spectre d’émission. De l’hydrogène, avec observation des Lignes de Balmer.

Optical spectroscope view

Intensité

Longueur d’onde

Optical spectroscope view

Les lignes d’émissions ressemblent à des pics très aigues. Il est possible d’identifier l’élément en fonc-tion de ses pics d’émission.

CCD array

50µm slit

Principe.

Quantum view

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Signification des Icones

Nouvelle fenètre

Ouvrir un spectre enregistré

Sauvegarder un spectre

Imprimer le graphique

Concentration

Cinétique

Capture d’écran

Zoom Numérique

Zoom +

Zoom - Graphe d’émission de référence

Couleurs

Faire le zéro

Faire le noir

Intensité

Mode Absorbance

Mode Transmission

Copier les données

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Le Mode INTENSITÉ est le mode par défaut L'axe des y lit l'intensité, qui correspond au nombre de photons qui ont frappé chaque pixel du réseau au cours de un temps d'intégration. Il s'agit d'une mesure rela-tive. L'intensité est le mode idéal pour la plupart des applications de physique, utilisant simplement la fibre optique.

Spectre de référence

Avant de pouvoir faire quelques manipulations que ce soient, il va falloir indiquer au spectro le ZÉRO. Le Zéro s’obtient en bouchant tout simplement l’en-trée de lumière dans l’appareil et en cliquant sur l’i-cone du NOIR. Cette opération ne changera rien au spectre obtenu, mais l’appareil aura un zéro enregistré pour chaque longueur d’onde.

Noir

Mode Intensité

Temps d’intégration

Le Temps d'Intégration est le temps d'exposition pour chaque pixel de la matrice. Chacun des pixels est lu à son tour et le temps entre les chaque lecture contrôles la quantité de charge dans chaque capteur CCD. La charge diminue a chaque photon, donc si il n'y a pas beaucoup de photons le capteur prendra beaucoup de temps pour réduire sa charge. S'il y a de trop nombreux photons la décharge com-plète du capteur se fera en peu de temps. S'il ya trop de photons, les capteurs saturent. Ceci n'endommage pas le capteur, mais les données recueillies n'auront au-cune valeur. Pour les sources très faible un plus long temps d'inté-gration est nécessaires, ce qui entraîne plus de bruit (parasite) pour moins signal. Le temps d'intégration par défaut est 100 ms. Le temps de l'intégration est définie dans le bas de la fenêtre.

Cuve d’échantillon et cuve de reference.

Ensuite, il faut indiquer la source de comparaison. C'est la référence. Généralement, ce serait une cuve contenant le solvant incolore sans trace échantillon. Configurez votre échantillon de référence de sorte que le point le plus élevé sur l'axe Ysoit d'environ 85% de la pleine échelle. Cliquez sur l'icône du spectre de ré-férence. Vous verrez Pas de changement, mais votre spectre de référence est maintenant stockées. Soyez prudent. Si vous changer quelque chose a votre référence, vous devez mémoriser une nouvelle réfé-rence. Vous pouvez cliquez sur l'icône pour mettre à jour la référence autant de fois que vous le souhaitez. Si vous modifiez le temps d'intégration, vous aurez besoin de stocker nouvelle référence. Une fois le noir et la référence enregistrée, les mesures sont réalisable et les modes transmission et Absor-bance sont disponibles.

Cette icône permet de superposer les couleurs de la lumière visible au spectre obtenu. L'écran couleur cou-vre toute la gamme visible de 380nm à 780nm. En de-hors de cette gamme les UV et NIR (proche infra-rouge) ne sont pas visibles. .

Affichage en couleur

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L’ Absorbance est la quantité de lumière absorbée par l’échantillon en comparaison de la référence. L’Absorbance est l’inverse de la transmission sur une échelle logarithmique. En sélectionnant le mode Absorbance, l’axe des Y se transforme en échelle log. De cette manière, une ab-sorbance de 1 indique qu’il y a 10 fois moins de lu-mière qui traverse l’échantillon que lé référence, et une Absorbance de 2, 100 x moins. L’Absorbance se mesure normalement à la longueur d’onde d’absorption maximale “Lambda Max”, notée λmax

L’échelle d’absorbance va jusqu’à 3, au delà, la solu-tion est tellement opaque. Qu’il n’y a plus de mesure possible. 2.5 correspond à l’absorbance maximale pour des résultats raisonnables.

Mode Absorbance

Mode Transmission

Eλ - Nλ

Rλ - Nλ ) ( Absorbance = - log10

Les Modes Transmission et Absorbance ne sont accessibles qu’une fois que le Noir et la reference

aient été enregistrés. La transmission est la quantité de lumière transmise à travers l'échantillon en pourcentage de la lumière transmise au travers de la référence. Lorsque vous sé-lectionnez Transmission mode, les unités de l'axe y sont des pourcentages. Avec : Eλ = Intensité de l’échantillon (E) à la longueur d’onde λ

Nλ = Intensité du noir (N) à la longueur d’onde λ

Rλ = Intensité de la référence (R) à la longueur d’onde λ Sans une mesure de référence Rλ et de noir Nλ , le clacul est impossible

Eλ - Nλ

Rλ - Nλ ) ( x 100 Transmission % =

Lissage

MOYENNE DES ENREGISTREMENTS Cette méthode est utile pour de faible émission de lu-mière, de manière à niveler les bruit de fond. Pour des intensité lumineuses important, cette techni-que na aucune incidence.

LISSAGE DES PIXELS Cette technique consiste en une moyenne des points adjacent à la mesure. Pour une valeur de 6 pixels, la mesure va être faite sur 3 points avant le mesure et 3 points après la mesure. Cette moyenne est faite pour chaque point du graphique tout le long du balayage. Plus cette valeur est grande, plus le graphique sera lisse. Pour les manip de chimie, la valeur par défaut est 5, mais elle peut être change. Pour les mesure en ab-sorbance, la haute résolution n’est pas utile. Le lissage

Copier dans le presse papier

Copier les données dans le presse papier L'outil de co-pie de données prend un instantané des données spec-trales pour l'exportation dans un fichier CSV dans Ex-cel ou tout application Office. Les données sont expor-tées dans deux colonnes intitulées. La première co-lonne est la longueur d'onde et la seconde, mode. Ceci pour les trois modes.

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Capture d’écran

La capture d’écran vous permet de prendre un photo de votre spectre pour une comparaison ultérieure. Les information sont enregistrée sous forme d’image et non sous forme de données.

Nouvelle Fenêtre graphe

Il est possible d’ouvrir simultanément deux graphi-ques, de manière à comparer, par exemple l’A et le T en parallèle.

Cliquer à n’importe quel endroit du graphe, fait appa-raître le curseur en forme de croix. Les coordonnées du curseur s’affichent dans la barre de statuts en bas à droite de l’écran. Appuyer sur ESC pour supprimer le curseur.

Curseur

Zoom

Zoom + amène le plus grand pic, à la plus grande va-leur de l’échelle de l’axe des y. Le zoom– annule cette action. Le zoom numérique quant à lui, jouera sur les deux axes. Il est intéressant de mètre la longueur d’onde minimale à 400nm en mode absorbance et transmission de ma-nière à éliminer le bruit du signal, qui n’est en général visible aux faibles longueurs d’onde. Le zoom numérique peut être utilise dans toutes les configurations.

Capture d’écran de spectre de LED montre le lien en tre longueur d’onde et couleur.

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Bibliothèque de spectre

Les spectres standard sont issus de lla NIST (National Institute for Standards and Technology). La hauteur des lignes est proportionnelle à leur probabilité de ren-contre. Seules les lignes d’émission les plus importan-tes sont représentées. Sélectionner les spectres désirés en les faisant passer dans le cadres de droite.

La fine ligne verte correspond au pic de référence de l’He. La première chose à vérifier est que le spectro-mètre est bien calibré. Les lignes correspondent aux pics. La ligne de référence est très fine, alors que le pic ob-tenu l’est un peu moins. La raison de cet ”élargissement” est directement liée aux limites de ré-solution de l’appareil.

Helium emission lines

Spectre de lampe à fluorescences et lignes de référence du mercure., Les lampes contiennent des vapeurs de mercure..

Neon emission lines

Les lignes d’émission du néon sont très étroitement concentres dans le jaune et le rouge. Différents gaz produisent différentes couleurs, une lu-mière bleue n’est pas du néon.

Les étudiants peuvent utiliser les spectres de référence pour identifier certains éléments comme le mercure présent dans les lampes ou les éléments métalliques lors de test de flamme.

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Unité d’échantillonage

NE PERDEZ PAS CE PETIT ACCESSOIRE! Le Miroir en forme de L maximise la lumière pour le fluorescence, mais il doit toujours être utilise, il per-met de maintenir la cuvette en place quelque soit le type de mesures. Tourner le miroir de 90° permet de faire la mesure du noir.

Pour démonter l’enceinte, utiliser la clé Allen fournie.

La fibre optique pour la fluorescence se connecte sur l’entrée latérale. Elle a un Ø de 400µ de manière à per-mettre un captage plus important de la fluorescence émise. Le miroir permet d’amplifier l’effet de la fluo-rescence en réfléchissant la lumière dans l’échantillon.

Pour les application de chimie, le bloc support de la cuve est indispensable pour éclairer durablement l’é-chantillon et éviter toute lumière parasite potentielle.. L’unité d’échantillonnage comprend une lampe tung-stène de manière à donner une lumière de référence la plus lisse régulière possible. L’entrée optique située dans l’axe est faite pour les mesures d’absorbance. L’entrée latérale pour les mesures de fluorescence.

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Concentration wizard

L'assistant concentration vous guide au travers du pro-cessus de mesure de l'absorbance pour différentes concentrations et vous permet de tracer une courbe de calibration. Il suffit alors d’utiliser la loi de Beer-Lambert pour mesurer des concentrations inconnues.

Le spectromètre peut détecter de très petites variations de concentration. L’axe des ordonnées, représentant l’absorbance, varie entre 0 et 3. La plage idéale de travail se situant entre 0,5 et 2,5.

ÉTAPE 1 Définir les paramètres d’intégration et de lissage

Déposez la cuve de référence au niveau de la source lumineuse. Réglez le temps d'intégration de sorte que le pic soit à environ 85% du maximum. Le Bouton « Set Automatically » règle cette valeur de manière automatique, notamment si le signal est trop au-dessus ou trop en dessous de la valeur maximale recommandée.

ÉTAPE 2 Enregistrer le spectre du Zéro

ÉTAPE 3 Enregistrer le spectre de référence

Mettez la cuve de référence au niveau de la source lu-mineuse. Cliquez sur l'icône « ampoule allumée ». Le spectre de référence est maintenant enregistré. La cuve de référence doit contenir uniquement le sol-vant, généralement de l'eau ou un solvant tel que l'al-cool. Si vous utilisez un composé en solution le pic l'absor-bance sera moins important. Si vous modifiez le temps d'intégration ou quoi que ce soit dans le dispositif expérimental, vous aurez besoin de refaire un étalonnage en enregistrant de nouveaux le zéro et la référence.

Bloquer la lumière incidente en tournant le miroir. Le spectre sera plat et proche de l’axe des abscisses. Cliquez sur l'icône « ampoule Noir ». Le spectre du Zéro est enregistré.

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ÉTAPE 4 Choisir Beer Lamber ou Étalonnage

Pour utiliser l'option liée à la loi de Beer-Lambert, vous devez connaître le coefficient d'absorption mo-

laire, ε, de l’échantillon utilisé. Si vous ne connaissait pas l’absorption moléculaire ε, vous devrez choisir l'option "Calibrer à partir de solu-tions de concentration connues."

STEP 6 Créer une courbe de calibration

Prendre au moins trois échantillons de concentration connue. Vous pouvez soit entrer l'absorbance au clavier soit la faire déterminer par l’appareil en appuyant sur le bou-ton « Scan Now ». Lorsque vous renseignez le troisième échantillon, une courbe de régression apparait

ÉTAPE 7 Mesure de la concentration

Vous pouvez maintenant placer n'importe quelle solu-tion de concentration inconnue dans le support de cuve. Le logiciel Quantum vous donnera une lecture instantanée de la concentration et vous indiquera où elle se situe que la courbe d’étalonnage. Cette position sera repérée par un marqueur rouge en forme de lo-sange. Aucune unité n’apparait sur cet écran car vous devez savoir avec lesquelles vous travaillez. Vous pouvez prendre des notes à l'étape 6 et noter l’u-nité utilisée sur le graphique.

La droite de régression peut être d'ordre 1 ou 2 et il est possible de forcer son passage par l'origine. Les va-

leurs ε et R2 sont calculés .

ÉTAPE 5 Sélection de la gamme de Longueur d’onde

Le logiciel Quantum a besoin de connaître la longueur d'onde utilisée pour la mesure de l'absorbance. Sélectionnez une longueur d’onde (λ max) ou une plage proche de λmax. Vous pouvez constater que le spectre d'absorbance ap-paraît derrière la boîte de dialogue.

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Assistant Cinétique

L'assistant « cinétique » vous guide pour la réalisation de mesures de l'absorbance en fonction temps. Avant de commencer, vous devez effectuer des essais pour déterminer :

1. Combien de temps prendra la réaction. 2. Quelle est la longueur d’onde maximale d'ab-

sorption

ÉTAPE 1 Définir le temps d’intégration pour la référence

À partir de la cuve de référence, que vous aurez placée au niveau de la source lumineuse, cliquez sur le bou-ton « Set Automatically » pour déterminer la valeur optimale du temps d'intégration. Si le signal est en dehors de la plage de réglage, il vous sera demandé de renseigner le temps d'intégra-tion manuellement. Réglez le lissage sur 3 ou 4.

ÉTAPE 2 Enregistrer le spectre du noir

ÉTAPE 4 Règlage de la cinétique

L’affichage de la courbe de l’absorbance en fonction du temps est actualisé régulièrement. Pour la plupart des réactions, une actualisation de l’af-fichage toute les secondes suffit largement. Réglez la valeur de l’actualisation de l’affichage et la plage de longueurs d’onde que vous souhaitez suivre pour les absorbances. La plage des longueurs d’onde est celle autour de la longueur d’onde maximale.

ÉTAPE 3 Enregistrer les spectre de référence

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ÉTAPE 5 Arrèter l’enregistrement lorsque la réaction est finie

ÉTAPE 5 Démarrage

Par défaut L'écran cinétique se compose de deux fenê-tres. Le graphique de l'absorbance en fonction du temps en haut et le spectre d’absorbance au bas. Défi-nir l'échelle de temps de l’axe X dans la liste dérou-lante en fonction de votre temps de réaction attendue. Débuter la réaction avec le bouton de démarrage vert.

Astuces pour réussir une Cinétique

• Manipuler les produits chimiques à distance du spectro.

• Vérifier l’absorbance de votre échantillon avant de lancer l’expérience, si la valeur de l’absorbance est supérieure à 2.5, diluer l’échantillon.

• Faites un essai de la réaction pour déterminer sa vitesse, ceci vous permettra de bien calibrer votre manipulation.

• Si vous désirez refaire une expérience rapidement, dans la même configuration, fermer la fenêtre gra-phique et cliquer sur l’icône “CINÉTIQUE”; ceci vous évitera de refaire les lecture du noir et de la référence.

• Essayer de faire le même graphique manuellement avec un chronomètre, en relevant les valeurs d’ab-sorbance toute les x secondes. Vous aurez une vi-sion plus réaliste de la manière dont se déroule la réaction.

• Utiliser le zoom numérique pour définir l’échelle idéale de l’axe de Y. Si votre absorbance est par exemple de 1.5, mètre 1.5 comme valeur d’échelle pour avoir un bon rendu de la courbe.

Agrandir le graphique du haut pour avoir une meil-leure vue de l’ensemble. Utiliser la command imprimer pour imprimer le graphique.

Finished. The absorbance peak at lambda max has flattened as the reac-tion progressed

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Fluorescence

La mesure de la fluorescence se fera par une fibre opti-que placée à 90° par rapport à la lumière incidente.. Lumière provenant de l'échantillon à 90 degrés a soit été dispersée soit elle résulte de la fluorescence émise par l’échantillon. L'intensité de fluorescence la lumière est beaucoup plus faible que la lumière directe utilisés pour l'absorbance ou la transmission. En conséquence vous avez besoin fibre optique d’un plus grand diamè-tre pour collecter plus de lumière. Le miroir permet également à la lumière d’être redirigée dans l'échantil-lon et d’augmenter la fluorescence. La fibre optique pour mesure de la fluorescence, est la réf. P400-2-VIS/NIR. Elle peut être obtenue auprès de votre fournis-seur

Ce spectre a été obtenu à partir d’un colorant utilisé dans un produit d’entretien des sols.

En mode transmission même courbe, le pic s’est trans-formé en puit. Nous savons que l'énergie . lumineuse va être absorbé dans la région de 450nm.

En mode Absorbance, un pic à 450nm

En mode Transmission un puit équivalent à 450nm

The signal from the side port in Intensity mode show light with a sharp peak at about 510nm—a Stokes shift of 60 nm.

Le spectre ci-dessous est enregistré à partir de la sortie latérale du support de cuve, avec la fibre à fluores-cence, il montre un pic à 520nm . Il existe donc un décalage de 70nm entre le pic de fluorescence et le spectre classique d’absorbance. Le colorant ré émet de la lumière à une longueur d’onde supérieure.

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Applications physiques

Le soleil Le spectrophotomètre permet de mètre en évidence les principales raies de Fraunhofer, et ce, quelque soient les conditions météorologiques.

Filtres, solutions et verres Spectre d’absorption des proches UV à travers des lu-nettes de soleil, des filtres optiques ou des filtres inter-férentiels

Raies observées nm

Raies connues nm

Élément

382 382.5891 Fe I 393 393.0308 Fe I 393 393.3682 Ca II2

404 404.5825 Fe I 486 486.1342 H 590 588.9973 Na I(D2)

590 589.594 Na I(D1)

656 656.2808 H 761 761 O

La plupart de ces raies sont issue de la chromosphère solaire, mais la plus intense est cause par l’oxygène de notre atmosphère. Voir les annexes pour les autres raies. Comparez les raies de Balmer avec les raies d’émis-sion de l’hydrogène disponibles dans la bibliothèque. Lampes à Fluorescence Les lampes à fluorescence montrent les raies d’émis-sion du mercure ainsi que une fluorescence. Se référer à la bibliothèque pour repérer les raies spé-cifiques au mercure.

761nm

These snapshot lines were taken by rotating a thin film interference filter through 20 degrees and viewing the transmission of a collimated beam of white light at 5 degree intervals. The optical path through the thin film

coating gets longer as the incident angle increases and the thin film inter-ference maximum changes wavelength.

La ligne rouge correspond au spectre de la lumière du jour. Le spectre coloré celui de cette même lumière à travers de lunette de soleil. Remar-quez la transmission nulle en dessous de 400nm, d’où la qualité UV400 de

certains verres solaires.

Effet de coupure d’un filter polymère sur un feu arrière d’auromobile.

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Réflexion de la lumière à partir des surfaces de cou-leur L'émission spectrale de la lumière diffusée à partir des surfaces montre comment la couleur de surface dépend de la lumière absorbée et réfléchie. Éclairage de la surface à 90 degrés et inclinaison de la sonde à 45 degrés ou vice versa. Gaz ionisé et vapeurs métalliques Tubes et lampes produisent du spectre de raies. Les raies peuvent être utilisées avec la constante de Planck pour étudier les énergies de transition. Les phares à décharge haute-intensité (HID ou High Intensity Dis-charge ) donnent un spectre d'émission du Xénon. Raies spectrales de l'hydrogène – Raies de Balmer Calcul de la constante de Rydberg à partir de la série de Balmer. Correspondance avec les raies de Fraunho-fer.

Raies de Balmer d’une lampe spectrale à Hydrogène

Le spectrophotomètre peut aussi être utilisé lors des tests de flamme et mettre en évidence que tout les élé-ments ont un spectre spécifique. La question de contamination des différent spectre par le sodium ne se pose pas, la raie du sodium est très bien repérée et n’interfère pas avec les autres. Même si vous avez l’impression que la lumière jaune de la flamme est largement parasitante, Le spectropho-tomètre, fera la différence, entre les différentes émis-sions. Lasers possède une raie quasiment monochromatique. Plus le pic sera fin, plus la lumière d’origine sera mo-nochromatique.

Comparaison entre diode LASER et DEL Quelle lumière est la plus monochromatique?

Émission de Flamme Chauffer de la nourriture qui contient du sodium ou du potassium, avec un bec bunsen produit des spectre de raie. Essayer avec de la banane ou des chips. Beau-coup de préparation culinaire contiennent du potas-sium, maintenant, il vous est possible de déterminer lesquels par analyse du spectre.

Doublet spécifique au potassium après chauffage de la banane

Une flamme créée un point chaud rouge sur la banane. Le spectro y détecte une raie intense du potassium

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Vous trouverez ci-dessous quelques expériences parmi toutes celles réalisables avec le spectrophoto-mètre. Signatures spectrales La Chlorophylle ainsi que les colorants alimentaires en solution, peuvent être identifies par leur empreinte spectrale. Les huiles d’olive de différente qualité présentent des spectres d’absorption très différents, en fonction de la quantité de chlorophylle qu’elles contiennent. Tests de flamme Le spectrophotomètre, détecte de très fin pic d’émis-sion, même s’il sont invisibles par l’oeil. Beaucoup d’éléments peuvent être étudiés de cette ma-nière. Les aliments communs permettent aussi de réaliser de très beaux spectres d’émission. Avec la banana, on obtiens un très beau spectre d’émission du potassium. Les gâteaux apéritifs, le spectre du sodium, certains à teneur réduite en sel montre une raie du potassium très importante, le NaCl étant remplacé dans ces aliments par du KCl Le problème des contamination au Na n’existe pas, la spectro est poly chromatique et peut distinguer toutes les longueurs d’onde dans une même raie. Transmission Transmission % = (Eλ – Nλ / Rλ – Nλ) x 100 Absorbance = - log10 (Eλ – Nλ / Rλ – Nλ)

Chimie en bref Loi de Beer avec du KMnO4

Détermination du pKa du vert de bromocrésol Détermination du point isosbestique en utilisant les captures d’écran. Cinétique de la réduction du bleu de méthylène par l’acide ascorbique Détermination de l’ordre de la réaction en utilisant le graphique de la cinétique en fonction du temps. Cinétique d’une réaction de décoloration Détermination de l’ordre et du rendement d’une réac-tion de décoloration d’un colorant alimentaire par un blanchisseur commercial. Analyse du graphique Absorbance en fonction du temps pour l’ordre, calculer le rendement. Analyse d’aspirine commerciale. L’ion complexe de l’acide acétyle salicylique, est ob-tenu par hydrolyse de l’aspirine dans une solution de soude, et complexation avec les ions La Fe3+ en solu-tion acide. Le composé obtenu présente une absorption maximale à la longueur d’onde de 530nm. Détermination d’une constante d’équilibre. Étude de la réaction entre une solution aqueuse de Ni-trate de Fer (III) Fe(NO3)3 et du thiocyanate de potas-sium KSCN. La réaction engendre un complexe rouge sang FeSC-N2+. La réaction s’équilibre et permet d’obtenir la constante d’équilibre après plusieurs essais à différentes concen-trations.

Détermination de la qualité de l’eau par indicateur colorés Les phosphates et les nitrates peuvent facilement être évaluer de cette manière.

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Notes 1 - Loi de Beer, analyse du KMnO4

Vous avez Besoin : Spectro USB Ocean Optic Support de cuve. Équipement nécessaire à la réalisation des différen-tes solutions de KMnO4 Cuves à faces parallèles. Objectif Utiliser la loi de Beer Lambert pour calibrer la courbe et trouver le coefficient d’absorption molaire (ε) du potassium permanganate, potassium manganate(VII). Détermination de la concentration d’une solution in-connue.

Spectre d’absorption du KMnO4, montrant un l max à 534 nm.

Notez le double pic caractéristique.

Régler le spectromètre en mode A (absorbance). Cli-quez sur l'icône de l'assistant de concentration avant d’effectuer les calibrations (ref et noir). L'assistant va vous aider à définir le temps d'intégration correcte. À partir d'une solution de [C] connue en mol/L consti-tuez, avec précision, une gamme de dilutions d'au moins trois solutions . Utiliser des solutions qui ont des absorbances entre 0,5 et 2,5. Tester les. Le permanganate de Potassium ayant un coefficient d’extinction molaire très élevée (ε) les solutions doivent être très diluées. Si la valeur de l'ab-sorbance atteint 3, La loi de Beers commence à deve-nir moins fiable. Trouver λmax. Pour le permanganate de potassium il devrait être d'environ 534nm (vous pourrez voir deux pics à 524 et 544nm)

Dans l'Assistant de concentration. Sélectionnez "Calibrer des solutions de concentration connue ". Dans la sélection de plage définir la longueur d'onde à λmax ou a défaut, faire une moyenne autour de la λmax. Entrez au moins trois valeurs de concentration et de effectuez les mesures d'absorbance pour chacune. À la troisième mesure, l’assistant va tracer une ligne de régression. Ajouter plus d'échantillons si vous en avez. En cliquant sur Terminer votre spectromètre va vous permettre de mesurer les concentrations directement, l'appareil s'appuie sur la courbe de régression pour me-sure la concentration. Vous pouvez maintenant connaître la concentration de toute solution. Autres expériences :

• Évaluer la concentration de colorants dans les produits alimentaires. Par exemple érythrosine B dans les cerises au sirop.

• Utiliser les indicateurs colorés pour évaluer les concentrations de nitrates dans l'eau.

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Notes 2 - Cinétique d’une réaction de décoloration

Vous aurez besoin de:

• spectromètre avec lampe/unité de support de cuvette.

• colorant alimentaire et l'eau de Javel domesti-que

• Cuves Flacons, gobelets et pipettes pour la pré-paration.

Objectifs : Le colorant alimentaire réagit avec l'eau de Javel au fil du temps et perd de sa couleur. En affichant un graphique de l'absorbance en fonction du temps on obtiendra la vitesse de réaction. Sur le graphique l'ordre de réaction peut être trouvée.

Cliquez sur l'icône de l'assistant cinétique avant d’éta-lonner l’appareil (ref et Noir). L'assistant cinétique vous aidera à définir le temps d'intégration correct. Réglez la Référence avec de l'eau. Mettre en place des solutions diluées de colorant ali-mentaire avec une absorbance <2,5 Trouver λmax pour la coloration. Exécuter un essai en utilisant l'eau de Javel à différen-tes concentrations de savoir quelle concentration don-nera une réaction complète en 1 ou 2 minutes. Si la réaction est trop rapide, vous n'aurez pas le temps de mettre les réactifs dans un cuvette . Mélanger les réactifs dans la verrerie et le transfert dans la cuvette avec une micropipette. TOUJOURS MANIPULER LES PRODUITS CHI-MIQUES LOIN DU SPECTROPHOTOMÈTRE Remplir la cuve, la placer dans son support et appuyez sur START.

Courbe typique d’une réaction de décoloration de colorants alimentaires

λmax est à 629,7 nm et l'axe du temps est fixé à 500 s. Le spectro est prêt à être utilisé

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Notes 3 - La chlorophylle dans différentes huiles d'olive

Vous aurez besoin de: • spectromètre avec lampe/unité de support de

cuvette; • Trois huiles d'olive différentes; • Cuves Flacons, gobelets et pipettes pour la prépa-

ration.

Objectifs : Les huiles d'olive contiennent des quanti-tés variables de chlorophylle, en fonction de leur qua-lité : vierge extra, standard et légère. Cette expérience montre qualitativement comment les différentes quali-té d'huiles sont définies, et par extension, faire la comparaison avec l'extraction de la chlorophylle des feuilles avec de l'isopropanol.

Pour un spectre de référence, l'eau peut être utilisée. Normalement, la référence correspond au solvant utili-sé, dans le cas d'analyse d'huile, il n'y a pas de solvant de référence. Étalonner votre appareil. Si nécessaire, utilisez le zoom numériques pour supprimer le bruit parasite en dessous de 400 nm. Les pics d'absorbance de la chlorophylle sont visibles à: 413, 454, et 482nm, 631 et 669 nm. Voyez combien de vous pouvez détecter.

pics d'absorbance de la chlorophylle. Source:Wikipedia

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Application Notes 4 - Flame tests

Vous aurez besoin de: Spectromètre, fibres optiques de 400µ Pince, support statif, fil en öse et flamme Banane ou de chips de banane séchée Sels: LiCl, NaCl, SrCl2, CuCl2, BaCl2, CaCl2 HCl 1M pour le nettoyage du fil en öse Objectifs: Pour montrer que les test d'émissions de flammes donne des raies spectrales facilement identi-fiables.

Préparer le spectromètre en mode d'intensité. Utilisez une fibre optique ou 400 microns enlever la fibre opti-que de 50µ. AVERTISSEMENT Si vous utilisez le spectromètre sans câble à fibres optiques vous devez prendre des mesures pour empêcher les produits chimiques d'entre dans le spectro. Utiliser un petit morceau de film ali-mentaire pour couvrir l'orifice. Maintenez la fibre dans une pince de laboratoire envi-ron 30 cm du la flamme. Faites attention de ne pas avoir de lampes à fluorescence parasite dans la pièce ou du moins dans l'axe de la fibre un spectre du mer-cure apparaîtrait comme parasite. Utilisez les spectres de référence du Mercury pour le vérifier . Utilisez l'outil de capture instantanée de figer les raies spectra-les. Puis superposer les lignes de référence pour identi-fier les éléments métalliques dans les sels contamination par le sodium sera affiché comme une ligne à 589nm. Vous pouvez essayer de nettoyer le fil en öse de test HCl pour l'éliminer, ou tout simplement savoir que la contamination est présente. contamina-tion de sodium est un problème lors de la recherche sur des flammes par les yeux parce que le jaune est si brillante qu'elle couleurs pâles d'autres masques. Le spectro ne rencontre pas ce problème car chaque longueur d'onde est analysée séparément.

.

Potassium K doublet from a hot flame applied to a banana

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Entretien de la fibre

La fibre optique est composée d’une Cœur en verre, il ne faut jamais la plier à un rayon de courbure inférieur à 10cm. Si la fibre est sale, utiliser un chiffon ou papier optique et de l’alcool pour la nettoyer délicatement. Toujours remettre le capuchon de protection quand vous ne l’utilisez pas..

Analyse d'une solution tampon Point isosbestique

Mesurer et analyser le spectre d'absorption de la lu-mière visible d'une solution tampon d'acétate conte-nant du vert de bromocrésol. Comparer les spectres d'un échantillon de tampon acé-tate qui a été traitée à l'acide à un échantillon du tam-pon traités avec la base. Calculer le pH de la solution tampon

Fluorescence En utilisant l'entrée latérale de l'unité d'échantillon-nage le déplacement de Stokes des composés fluores-cents peut être mesurée. En utilisant la fibre optique et une lampe UV, vous pouvez détecter la fluorescence sur le coté de la cuve. La fluorescence d'une solution de fluorescéine excitée par une DEL UV, peut être mesurée directement. Ce phénomène est utilisé par les opticiens pour voir les plaies sur la cornée et est à la base de la microscopie confocale qui permet de visualiser des échantillons biologiques.

>10cm

Entretien du spectro

Le spectrophotometer portable Ocean Optics est un instrument de précision.

• Éviter les chocs et les éclaboussures; • Éviter les temperatures extremes; • Si l’appareil est soumis à des temperature

inférieures à 0, laisser le à temperature ambiante une heure avant de l’utiliser;

• Évitre les exposition prolongées au soleil; • Toujours remettre en place les capuchon de

protection lorsque le spectro n’est pas utilisé.

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Comment obtenir une mise à jour du logiciel ? Elles sont disponibles chez votre distributeur. Elles sont gratuites et sont aussi téléchargeable sur : oceanoptics.eu/quantum Quelle est la résistance de la fibre optique ? La fibre optique est composée d’une Cœur en verre, il ne faut jamais la plier à un rayon de courbure inférieur à 10cm. Puis-je utiliser le spectro en extérieur ? Oui, mais seulement si les conditions météo sont clé-mentes et qu’il ne pleut pas. Ne pas exposer le spectro directement au soleil, le spectro est un instrument de laboratoire et n’est pas fait pour être utilisé dans un environnement hostile. J’ai renversé des produits chimiques dans le sup-port pour cuve? Démonter le module lampe avec la clé 6 pans fournie, nettoyer l’ampoule avec un chiffon doux, rincer le support de cuve avec de l’eau déminéralisée, sécher l’ensemble. Remonter le tout. Où puis-je me procurer fibre optique de 400µ pour la fluorescence? Chez votre distributeur. Comment augmenter la puissance de la lumière in-cidente ? Utilisez la fibre optique de 400µ. Elle laisse passer 10 x plus de lumière que celle de 50µ. Il est aussi possible d’utiliser le spectro sans fibre, mais prenez soin à remettre systématiquement les ca-puchons lorsque le spectro n’est pas utilisé, pour éviter que la poussière ne pénètre . Comment calibrer mon spectrophotomètre? Les spectrophotomètre amadeus sont calibré en usine. Dans le cadre d’une utilisation normale, aucune recali-bration n’est nécessaire. Vous pouvez vérifier sa cali-bration en comparant un spectre obtenu pas expérience avec les spectre présents en bibliothèque. Contacter votre distributeur en cas de problème.

Problèmes rencontrés

Les Icônes sont grisées. Fermer le Logiciel Vérifiez la connexion USB Redémarrer le logiciel La courbe est très basse. Augmentez le temps d’intégration. Essayer le Zoom+ ou le zoom numérique sur l’axe des y. Modifier la position de la fibre pour qu’elle récupère plus de lumière.. La trace sort de l’échelle d’intensité. Il y a trop de lumière ou Zoom+ est activé. Diminuer le temps d’intégration Cliquez sur zoom - Modifier la position de la fibre pour récupérer moins de lumière. La courbe d’absorbance dans les faibles l sont irré-gulières. En dessous de 400nm l’intensité est trop faible pour l’échantillonneur .le signal est trop perturbé par les parasites. Utilisez le zoom numérique pour démarrer l’axe des x à 450 nm Il y a dans le spectre des pics non attendus. Vérifiez qu’il n’y a pas de lampe fluorescente dans la pièce, celle-ci émettent les raies spécifiques du mer-cure. Le signal fluorescent est très faible. Assurez vous que la fibre connectée sur la sortie laté-rale est bien le modèle P-400-2-VIS-NIR 400. Les courbes de cinétiques sont très plates. Utilisez le zoom numérique sur l’axe des x pour affi-cher l’absorbance de la zone dans laquelle vous tra-vaillez.

FAQs

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