DÉTERMINATION DE LA COMPOSITION EN GLUCIDES D'UNE CANNETTE DE SPRITE PAR SPECTROPHOTOMÉTRIE
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- Adélaïde Leboeuf
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1 1 DÉTERMINATIN DE LA CMPSITIN EN GLUCIDES D'UNE CANNETTE DE SPRITE PAR SPECTRPTMÉTRIE I) INTRDUCTIN TÉRIQUE Les objets de la vie courante paraissent colorés du fait qu'ils absorbent une partie des ondes qui composent la lumière blanche; contrairement à la lumière émise par les lampes spectrales les longueurs d'ondes correspondantes varient de façon continue. L'existence des arcs-en-ciel est une preuve de cette nature de la lumière blanche. Une substance colorée absorbe une partie des radiations qu'elle reçoit et les réémet dans toutes les directions, il en résulte une diminution de l'intensité de ces radiations perçues par l'oeil, ce qui provoque la coloration; dans certains cas simples on peut interpréter la couleur de l'objet à partir de l'étoile du peintre (un objet vert peut absorber seulement le rouge ou bien le violet et l'orange (vert = bleu + jaune) ou bien autre chose...). currentpoint JAUNE RANGE VERT RUGE BLEU VILET c Dans les manipulations qui vont suivre on introduira dans une cuve transparente l'échantillon d'une substance à étudier; comme cette substance va absorber une partie plus ou moins importante de la radiation qui va la traverser l'intensité transmise It qui reste après traversée de la cuve sera inférieure à l'intensité I0 reçue: Pour évaluer l'absorption de la radiation on peut utiliser la transmittance T = I t I 0 < 1 ou l'absorbance A = - log (T) ; l'expression théorique de A est donnée par la loi de BEER- LAMBERT(À CNNAÎTRE...) dont la démonstration est donnée en annexe et dont la vérification expérimentale est effectuée dans le V) 2) c):
2 2 A ( C,l ) = ( ).l.c avec l : épaisseur de la cuve traversée par la radiation (en cm) C: concentration de la substance (en mol.l -1 ) : longueur d'onde de la radiation T: température ( ): coefficient d'extinction molaire (en mol -1.L.cm -1 ) A est mesurée à l'aide d'un spectrophotomètre; lorsqu'on mesure les différentes valeurs de A en faisant varier à C et T constants on dit qu'on trace le spectre de la substance. n observe alors des bandes d absorption caractéristiques de la substance. Lorsque la cuve contient plusieurs substances qui n'interagissent pas entre elles l'absorbance du mélange est égale à la somme des absorbances dues à chacune des substances contenues dans le mélange: A ( ) = C i( 1 i p ) p i = 1 A ( Ci,l,T) = p i = 1 i ( ).l.ci Rq: la relation de BEER-LAMBERT n'est plus valable si la solution est trop concentrée (souvent à partir de A>3). Après détermination des valeurs des i ( ) la mesure de l absorbance d une solution à une longueur d onde donnée, permet d accéder aux concentrations d un mélange, si le nombre de manipulations complémentaires à effectuer est suffisant. Si les différentes espèces absorbent dans des régions suffisamment différentes, il est possible de se placer successivement dans chacune de ces régions pour déterminer toutes les concentrations II) PRINCIPE D'UN SPECTRPTMÈTRE MANUEL (À ALLUMER DÈS LE DÉPART) C'est un appareil qui permet, à partir d'une source de radiations poly chromatique, de déterminer l'absorbance (ou densité optique) A d'une solution. Pour pouvoir déterminer les variations de A avec la longueur d'onde de la radiation traversant la cuve cet appareil est muni d'un dispositif de dispersion des radiations émises par la source ; à l'aide d'un monochromateur on peut alors sélectionner la radiation qui va traverser la cuve contenant la substance currentpoint à analyser et mesurer simultanément la valeur de A à l'aide d'un récepteur: Source Monochromateur Cuve Récepteur c Les parois de la cuve ainsi que le solvant étant également susceptible d'absorber une partie des radiations, il est nécessaire avant toute mesure de régler la valeur de A à 0 pour une cuve ne contenant que le solvant (cette cuve est appelée cuve de référence); une fois le réglage effectué, la valeur de A, lue pour une cuve identique à la cuve de référence et contenant l'échantillon dissous (cuve échantillon) correspond réellement à l'absorbance de l'échantillon. III) SPECTRPTMÈTRE CMMANDÉ PAR RDINATEUR SUS WINDWS En général la mise en route a été faite avant le début du TP, il suffit de suivre les consignes du logiciel Secomam dont la notice se trouve à proximité.
3 3 IV) DSAGE DES SES RÉDUCTEURS PAR LE DNS ` Le dosage peut être effectué par spectrophotométrie, en utilisant l absorption dans le visible de l acide 3-amino-5-nitrosalicylique. En milieu alcalin et à chaud, l acide 3,5-dinitrosalicylique (3,5-DNS) jaune est réduit par les oses réducteurs en acide 3-amino-5-nitrosalicylique rouge-orangé qui sera noté ANS. L équation bilan résulte de la combinaison de deux 1/2 équations rédox : (1) N + N e - N N 2 Jaune-orangé rouge-orangé (2) Glucide réducteur Produits d'oxydation + n e La chimie de la réaction est complexe car le nombre d électrons échangés dépend de l ose réducteur. Dans le cas du glucose la 1/2 équation rédox s écrit : C e - C 2 C C 2 n aboutit donc à : 3 Glucose + DNS + 2 = ANS + 3 Acide gluconique V) GAMME d ÉTALNNAGE EN GLUCSE Avant de commencer l étalonnage, verser dans un bécher un fond de Sprite et le décarboniquer par agitation : Bécher h=1cm 1) Solutions d étalonnage Préparer par pesée de glucose une solution étalon à 10 mmol.l -1 (M glucose = 180,16 g.mol -1 ). Dans des tubes à essais préparer à partir de cette solution étalon une gamme d'étalonnage contenant de 0 à 10 mol de glucide et remplir le tableau suivant :
4 4 Tube Sol étalon de glucose (ml) 0 Eau Distillée q.s.p. 1 ml DNS (ml) Porter au bain-marie bouillant 5 min puis refroidir et ajouter à la burette Eau Distillée (ml) ) Détermination du coefficient d extinction molaire de l acide 3-amino-5-nitrosalicylique à 530 nm et à température ambiante ( ANS ( nm ambiante )) a) Lire les absorbances des tubes 1,2,3,4,5 à = 530 nm en utilisant le tube 0 comme solution de référence et en utilisant toujours la même cuve. (Veiller à ce que tous les tubes soient bien à la température ambiante, l absorbance variant avec la température). b) Tracer la courbe A = f(c ANS ) ; C ANS sera calculée pour les tubes 1,2,3,4,5 à partir de l équation bilan d oxydo-réduction qui se produit en milieu basique. Au p de travail seuls les acides carboxyliques pourront être considérés déprotonés. c) Déduire à partir d une régression linéaire de la courbe du b) (logiciel Régressi) la valeur de ANS ( nm ambiante ) VI) CMPSITIN EN GLUCIDES D UNE CANNETTE DE SPRITE L étiquette d une eau de Sprite indique la présence de sucre ; cette indication peut correspondre à du saccharose pur, à du glucose pur, à du fructose pur, à un mélange de deux des trois, ou à un mélange des trois ; on supposera qu on se trouve dans le dernier cas avec glucose et fructose en concentrations égales. 1) Quelques données : L équation bilan de l hydrolyse du saccharose (M saccharose = 342,30 g.mol -1 ) s écrit : Saccharose + 2 = Glucose + Fructose L oxydation du fructose donne également de l acide gluconique, avec les mêmes coefficients stœchiométriques que pour l oxydation du glucose (à compléter):. 2) Nature et concentration des sucres présents dans le Sprite Déterminer la dilution à effectuer (avec le matériel disponible) sur le Sprite en supposant que tout le saccharose à été transformé en mélange glucose + fructose, pour que A max 1. En fait une hydrolyse acide de 50 ml de la solution diluée obtenue est nécessaire: Verser la solution dans un erlenmeyer, ajouter 1 ml d Cl concentré (d = 1,18) à l aide d une pipette en polyéthylène Placer un réfrigérant à air sur l erlenmeyer, l introduire dans la bain thermostaté à 95 C, laisser chauffer pendant 30 min. En vous inspirant du protocole précédent et à l'aide de mesures d'absorbances obtenues à partir des deux solutions précédentes (non hydrolysée et hydrolysée) déterminer les concentrations de saccharose, glucose et fructose dans la cannette de Sprite. n utilisera convenablement les hypothèses et les bilans des réactions successives à expliciter. VI) ANNEXE: DEMNSTRATIN DE LA LI DE BEER-LAMBERT.
5 5 La loi de Beer-Lambert peut s'expliquer par une modélisation qui consiste à dire que la molécule se comporte comme un disque opaque absorbant de section efficace, cette section efficace dépend des niveaux énergétiques excités possibles pour la molécule; si l'énergie du photon ne permet pas d'accéder à un niveau excité possible cette section est voisine de 0, par contre si l'énergie du photon permet d'accéder à un niveau excité possible cette section est maximale. Prenons une tranche de solution d'échantillon d'épaisseur dz: I0 étant l'intensité entrante dans l'échantillon à z=0, Iz est l'intensité entrant dans la tranche d'épaisseur dz se trouvant à l'abscisse z, diz est l'intensité perdue dans cette tranche, et I est l'intensité de la radiation sortante. Avec ces conventions l'aire opaque totale équivalente aux molécules contenues dans la tranche vaut x N x S x dz (N: nombre de molécules par unité de volume). n peut en déduire que:
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A chaque couleur dans l'air correspond une longueur d'onde.
CC4 LA SPECTROPHOTOMÉTRIE I) POURQUOI UNE SUBSTANCE EST -ELLE COLORÉE? 1 ) La lumière blanche 2 ) Solutions colorées II)LE SPECTROPHOTOMÈTRE 1 ) Le spectrophotomètre 2 ) Facteurs dont dépend l'absorbance
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