SPECTROPHOTOMETRE CAPTEUR CCD

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1 MICRELEC 4 PLACE ABEL LEBLANC COULOMMIERS Tel : (16-1) Fax : (16-1) SPECTROPHOTOMETRE v a v CAPTEUR CCD VERSION ORPHY G.T.S.c LOGICIEL CCDORPHY Marque déposée de la société MICRELEC

2 SPECTROPHOTOMETRE MECACEL. TABLE DES MATIERES Principe 2 - Quelques définitions Installation du logiciel. 4 - Présentation du logiciel. 5 - Première utilisation 6 - Obtenir un spectre Loi de Béer Lambert Suivre une cinétique Annexe 10- Schéma de principe... SPECTROPHOTOMETRE Version ORPHY

3 DOCUMENTATION... SPECTROPHOTOMETRE à CAPTEUR CCD Version ORPHY Logiciel CCDORPHY EDITEUR MICRELEC

4 1 - Principe... Dans le spectrophotomètre MECACEL, l'élément dispersif est un réseau. Les deux spectres du premier ordre sont projetés, l'un sur une fenêtre translucide pour une observation visuelle, l'autre sur une barrette de capteurs CCD, pour la mesure. L'emploi d'une barrette CCD permet une mesure simultanée sur toute l'étendue du spectre. Couplé à un ordinateur, le spectrophotomètre MECACEL permet de tracer très rapidement des spectres d'absorption. Le logiciel gère le temps de pose du capteur CCD, et traite le tableau de nombres qui codent l'éclairement des capteurs CCD. Comme dans tout spectrophotomètre, la mesure de l'absorption d'une substance nécessite trois opérations: - réglage du zéro: on interpose un écran opaque dans le faisceau - réglage de la référence: on place la cuve contenant le solvant (dans le cas d'une substance colorée soluble) - courbe d'absorption: on place la cuve contenant la solution étudiée. 2 - Quelques définitions... Un spectrophotomètre est destiné à étudier l'absorption de la lumière par un échantillon transparent: solution colorée,,fîltre coloré. En notant lo l'intensité lumineuse du faisceau qui arrive sur l'échantillon et I l'intensité du faisceau transmis, sortant de l'échantillon, le rapport I / lo ne dépend que de la longueur d'onde pour un échantillon donné, transparent, limpide et non fluorescent. Habituellement on utilise les grandeurs photométriques définies de la manière suivante: Transmission: T( ) =!()/ Io() c'est un nombre inférieur à un. On exprime souvent la transmission en %: T% = 100 * T Absorbance (anciennement densité optique): A( ) = log.(1/t). Pour un échantillon opaque T = 0 et A est infini. Pour un échantillon idéalement transparent T = 1 et A = 0. Absorption: tous les auteurs ne semblent pas d'accord sur la définition de ce terme. Nous adopterons la définition suivante :a = (Io-I)/Io=l-T. C'est alors le rapport de l'intensité lumineuse absorbée à l'intensité incidente. 3 - Installation... Matériel. Ordinateur type 386 ou 486 Ecran VGA couleur Souris indispensable. Interface ORPHY +câble Spectrophotomètre + cuves + filtre Installation du logiciel Effectuer une copie de sauvegarde. Copier tous les fichiers suivants dans le même répertoire: CCDORPHY.EXE PAL 16.PAL (l'exécutable) (palette de couleurs) SPECTRE4.ICO (Fichier d'icônes) SOLUTION.ICO CONFIG.CCD (Fichier d'icônes) (Fichier de configuration) HELP.CCD (Fichier d'aide) CCDO.IMG (Image) SPECTROPHOTOMETRE Version ORPHY

5 4 - Présentation du logiciel... Un spectrophotomètre est utilisé suivant deux modes principaux: - Spectre d'absorption. On étudie l'absorption de la lumière en fonction de la longueur d'onde, pour un échantillon donné. - Variation de l'absorption à longueur d'onde fixe. Cette absorption qui dépend de la concentration et de l'épaisseur de l'échantillon permet d'établir la loi de Beer-Lambert. Le logiciel peut fonctionner suivant ces deux modes et offre des options spécifiques à l'étude des diverses lois physiques: loi de Beer-Lambert, cinétique chimique, dosages colorimétriques Le logiciel propose un menu à 5 choix : Menu Bureau Menu Fichier Bureau : Options "Information Spectro...", "Sauver la configuration...", "Quitter..." Fichier : Options "Information Fichiers...", "Répertoire Actif..."/'Charger un Fichier...", "Sauver dans un fichier...", "Edition...". Interface: Options "ORPHY sur COM1?...", " ORPHY sur COM2?...". Acquisition : Options "Etalonner le spectro...", "Relever un spectre...", "Loi de Béer Lambert...", "Suivre une cinétique...", "Information étalonnage Tests : Options "Test utilitaire...", "Test Imprimante... ", "Charger utilitaire...". -Information Spectro : Information sur la version -Sauver la configuration : Permet de sauver la position d'une raie spectrale sur le capteur CCD pour un spectrophotomètre donné après étalonnage. -Quitter : Quitte le logiciel. -Information Fichiers : Information sur les trois types de fichiers sauvés par le logiciel. *. RRR Fichier spectre au format Regressi dans lequel on sauve 1 point sur 3 après une acquisition. *.SPB Fichier Béer Lambert contenant les couples concentration, absorbance (C, A) ainsi que la longueur d'onde sélectionnée. *.SPC Fichier Cinétique contenant plusieurs pages (6 au maximum) correspondant aux couples (temps, concentration ), (temps, transmission), ou (temps, absorption) ainsi que la longueur d'onde sélectionnée. -Répertoire actif : Permet de choisir un répertoire pour charger ou sauver un fichier. -Charger un fichier : Permet de charger un fichier "RRR", "SPB", "SPC" par l'intermédiaire d'une fenêtre de dialogue. -Sauver dans un fichier : Permet la sauvegarde d'une acquisition avec un commentaire. -Edition : Cette option est active après avoir effectué une acquisition ou chargé un fichier. Les données peuvent alors être imprimées. Le logiciel permet une impression entre autre sur une imprimante matricielle EPSON ou à jet d'encre EPSON STYLUS 800 correctement configurée. SPECTROPHOTOMETRE Version ORPHY

6 Menu Interface -Orphy sur COM1? : Teste la présence d'orphy sur le port série COM1 et vérifie la présence de l'utilitaire. -Orphy sur COM2? : Teste la présence d'orphy sur le port série COM2 et vérifie la présence de l'utilitaire. Remarque: Si la souris est connectée sur COM1 l'option COM1 est désactivée de même pour COM2. Si l'ordinateur utilise une souris type BUS ( connecteur spécifique), les 2 options sont actives. Menu Acquisition Menu Tests -Etalonner le spectro : Cette option n'est active que si le logiciel a été lancé avec le paramètre /E (Exemple CCDORPHY /E). La largeur du spectre sur le CCD est une constante pour tout spectrophotomètre MECACEL. Par contre la position du spectre sur le CCD varie entre 2 spectrophotomètres d'une même série. L'étalonnage, effectué à partir d'un filtre sélectif connu, permet de localiser une longueur d'onde sur le CCD. -Relever un spectre: permet de relever un spectre de transmission (T=f( ) ) ou d'absorption (a=f( )). -Loi de Béer Lambert : Permet d'étudier l'absorbance A d'une solution après avoir déterminé une longueur d'absorption sur le spectre du soluté. -Suivre une cinétique : Permet de suivre l'évolution de la concentration d'un soluté ou l'évolution de la transmission de la solution en fonction du temps après avoir déterminé une longueur d'absorption sur le spectre du soluté. On peut suivre plusieurs cinétiques sur un même écran. -Information étalonnage : Information sur les conditions d'accès à un étalonnage. -Test utilitaire : Orphy prend en charge le cycle "pose, transfert, conversion" avec le CCD. Pour cela un utilitaire doit être chargé dans la RAM d'orphy. Ce test permet de vérifier la présence de cet utilitaire. -Test imprimante : Vérifie qu'une imprimante est accessible -Charger Utilitaire : Pour recharger l'utilitaire si ce dernier s'avérait non fonctionnel. 5 - Première Utilisation... Lancer le logiciel avec le paramètre /E afin d'avoir accès à l'étalonnage. Le logiciel doit avoir accès au fichiers cités dans le paragraphe "Installer le logiciel" Procéder à l'étalonnage Menu "Acquisition... Étalonner le spectro..." Suivre les indications du logiciel en validant l'icône "SOLVANT" Placer le filtre vert fourni dans la fente du spectro et valider l'icône "LAMBDA" Sélectionner "Oui" dans la fenêtre "Etalonner sur ce spectre?" Placer la mire sur le pic de transmission du spectre. Quitter par un Clic droit de la souris et saisir la longueur d'onde du filtre (525 nm) Activer l'icône "FIN" Sauver l'étalonnage Menu "Bureau.. Sauver la configuration" Ce réglage est alors pris en compte et le sera à nouveau à chaque lancement du logiciel. Un spectre coloré est également affiché sur l'écran de l'ordinateur. Ses couleurs sont obtenues par synthèse additive et ne peuvent rivaliser avec celles d'un vrai spectre. Toutefois la correspondance entre la sensation visuelle et la couleur des radiations monochromatiques du SPECTROPHOTOMETRE Version ORPHY

7 spectre est satisfaisante. Pour s'en rendre compte il suffit de déplacer un filtre coloré devant le "spectre" dessiné sur l'écran. Remarque: Cette option est destinée "à corriger, par logiciel, les petites variations qui peuvent intervenir au cours de la fabrication du spectrophotomètre. Un affichage précis de la longueur d'onde sur l'écran de l'ordinateur nécessite la connaissance de la position d'une longueur d'onde dans le spectre éclairant le capteur. La largeur du spectre d'ordre 1 sur le capteur CCD est déterminée par le pas du réseau utilisé ainsi que par la distance réseau capteur. A cet effet un filtre sélectif est livré avec le spectrophotomètre = 525 nm. 6 - Obtenir un spectre... Soit à relever le spectre d'une solution de permanganate de potassium. Préparer une solution de permanganate environ mol.1-1 Menu "Acquisition...Relever un spectre " Sélectionner "Spectre de transmission.. " dans la fenêtre apparente. Placer un écran opaque dans la fente du spectro et activer l'icône "ZERO..." Placer la cuve contenant le solvant eau dans la fente réservée. Valider l'icône "SOLVANT..." Placer la cuve contenant la solution de permanganate dans la fente réservée. Valider l'icône "SOLUTE..." Le spectre apparaît. On peut obtenir un nouveau spectre en activant l'icône "SOLUTE...'" et choisir ou non de le superposer. En activant l'icône "IMPRIMANTE..." on déclenche une copie d'écran après que celui ci ait été réaffiché. Activer l'icône "FIN..." pour revenir au menu principal. Remarque : L'obtention d'un nouveau spectre ne nécessite plus le relevé du "ZERO.. " ni celui de la référence solvant. Aussi le dialogue suivant tiendra t'il compte de cette modification. Ce spectre peut être sauvé Menu "FICHIER... SAUVER DANS UN FICHIER" Ce spectre peut être édité Menu "FICHIER... EDITION...". On imprime alors 1 point sur Etude de la loi de Béer Lanibert... Soit à relever la loi A=f(C) pour le soluté KMnO4. Préparer des solutions échantillon à partir d'une solution de concentration maximale mol.1-1. En effet le logiciel n'acceptera pas la mesure de l'absorbance si celle-ci dépasse 1.9. Menu "Acquisition...Loi de Béer Lambert..." Suivre les indications du logiciel et relever ou éventuellement conserver le spectre précédent. Valider l'icône "BANDE..." et pointer la longueur d'onde choisie pour cette étude à l'aide de la mire (Choisir ici un pic d'absorption situé aux environs de 530 nm). Quitter ce choix par un clic droit. Activer l'icône "FIN..." Saisir la concentration maximale de la solution étudiée ( 0.01 mol.1-1 par défaut). Activer l'icône "SOLUTE..." Introduire la solution n l et saisir sa concentration. Procéder de même pour les autres solutions et éventuellement activer l'icône "MODIF..." SPECTROPHOTOMETRE Version ORPHY

8 pour modifier une mesure en indiquant le n du point. Activer l'icône "FIN..." Le logiciel affiche le résultat d'une régression linéaire si le nombre de points est suffisant En activant l'icône "IMPRIMANTES.." une copie d'écran peut être effectuée. Activer l'icône "FIN..." pour revenir au menu principal. Ce spectre peut être sauvé Menu "FICHIER... SAUVER DANS UN FICHIER" Ce spectre peut être édité Menu "FICHIER... EDITION...". Remarque : Le capteur CCD étant peu sensible aux extrémités du spectre visible, il est conseillé de mesurer l'absorbance pour une longueur d'onde comprise entre 450 nm et 680 nm. 8 - Etude d'une cinétique... Mise en oeuvre d'une cinétique: KMnO4 + H2C2O4 en milieu H2SO4 Dans ces expériences on observe en général la disparition d'un composé coloré dans une solution. Le logiciel permet de suivre la transmission T, l'absorption a ou la concentration en fonction du temps. Dans ce cas le logiciel effectue préalablement la mesure de l'absorbance d'une solution de concentration connue. Comme précédemment il est recommandé de travailler dans une zone correspondant au maximum d'absorption tout en respectant la zone de sensibilité du spectrophotomètre mentionnée auparavant. Menu "Acquisition... Suivre une cinétique..." Suivre les indications du logiciel et relever ou éventuellement conserver le spectre précédent. Valider l'icône "BANDE..." et pointer la longueur d'onde choisie pour cette étude à l'aide de la mire (Choisir ici un pic d'absorption situé aux environs de 530 nm). Quitter ce choix par un clic droit. Activer l'icône "FIN..." Choisir "La concentration..." dans la fenêtre "Vous souhaitez grapher..." Activer l'icône "DUREE CINETIQUE..." et choisir la durée (200 s par défaut) Les mesures seront alors périodiquement effectuées au cours de cette durée. Activer l'icône "LANCER LA CINETIQUE La cinétique démarre lorsque la fenêtre "ATTENTION..." est fermée. Il convient de bien homogénéiser le milieu réactionnel après addition du dernier réactif ici l'acide oxalique. Pour stopper les acquisitions attendre que la durée soit écoulée ou PLACER la souris sur l'icône "STOP..." sans clicquer. Après une acquisition le logiciel détecte la présence de la souris et stoppe l'es mesures. Une autre cinétique peut alors être lancée icône "AUTRE CINETIQUE. 9 - Annexes... Barrette de capteurs CCD. Une barrette CCD est un alignement de photodiodes de petites dimensions (14 um * 14 um)qui fonctionnent en intégrateur de lumière. La charge qui apparaît dans une photodiode est proportionnelle à l'exposition, c'est à dire au produit de l'éclairement par le temps de pose, et elle dépend de la longueur d'onde. SPECTROPHOTOMETRE Version ORPHY

9 A la fin de la pose, le contenu des capteurs est transféré dans un registre analogique à décalage et- une nouvelle pose commence. Ce registre transmet les données qu'il amémorisées en mode série, c'est à dire l'une après l'autre, a un rythme fixé par l'électroniqueclê commande de la barrette CCD. Ces données apparaissent sous forme de tensions. Dans le spectrophotomètre MECACEL, ces tensions sont converties en un tableau de nombres par l'interface qui relie le spectrophotomètre à l'ordinateur. Le logiciel traite ce tableau de valeurs. Remarque: Les barrettes de capteurs CCD sont utilisées dans les scanners, télécopieurs... Une lentille projette sur la barrière la ligne du document en cours d'analyse. Cette ligne est numérisée et transmise à l'équipement destinataire. Les caméras vidéo utilisent des matrices de capteurs Schéma de principe... alitientation / \/ 1 "f II ttr fl 1 K^ H> ^ / \ x - \ tr ansfert pose entrée analogique sorties binaires INTERFACE.' S 'v,' /^ ORDINATEUR électronique de comhtande du CCD SPECTROPHOTOMETRE MECACEL SPECTROPHOTOMETRE Version ORPHY

10 Copie d'écran : "ACQUISITION... SPECTRE..." SPECTRG MICRSLEC utilisant un capteur CCD <C'Uer 1.O! S T-ransnis <>: 1OO 8O 6O 4O s» -*.,.*. 20 O T < nn ) Copie d'écran : "ACQUISITION... LOI DE BEER LAMBERT..." :. ' " ' :!..: ' ' '. - '. : ; ': : :..",: l f if fit : : i jaiiip;;<-j;;- ::::li:i à H OCMQl/l > A A=loQ<l/T) a o > ûo?a Q, ÛOOO 1.. :S3 Û, Û3 3 Û,OQ18 O, 33 4 s s 7 O, OO26 O > ÛÛ52 û, ooas Û.ÛIQO O. 47 Q, 89.1, 53.1, O c< trio 1/1 ;':.' : ' ;.!';.:':;, :,,';. : :

11 Copie d'écran : "ACQUISITION... ETALONNAGE ; ' :. :, '.. ' ',..'..