1S TP.7 (B) : Analyse de pigments et de colorants par spectrophotométrie Citation de Goethe : << Les hommes éprouvent une grande joie à la vue de couleur, l œil en a besoin comme il a besoin de lumière >> Objectifs : Prise en main et utilisation d un spectrophotomètre. Utiliser ses connaissances pour expliquer des résultats expérimentaux. Observer Matériel : Ordinateur + Logiciel LatisPro. Spectrophotomètre + cuves + filtres. Solutions de chlorophylle + Eau distillée. Sirop de menthe, colorants en tube (Bleu patenté, jaune tartrazine, vert) et pipettes pasteur, au bureau. 3 fioles jaugées de 50 ml, au bureau. 50 ml de solution de sulfate de cuivre à 10-3 mol.l -1. 50 ml de solution de permanganate de potassium ( K + + MnO 4 - ) à 10-4 mol.l -1. I. Le spectrophotomètre : voir diaporama C est un appareil qui permet de mesurer l intensité de la lumière transmise par une solution transparente. Il permet de tracer des courbes d analyses spectrales utilisées pour étudier la composition de solutions, de déterminer leurs concentrations ou de suivre l apparition d une espèce chimique colorée au cours du temps. Le spectrophotomètre mesure l intensité lumineuse I 0 du faisceau de lumière incident et celle du faisceau de lumière transmise I t. Le spectrophotomètre calcule alors l absorbance A de la solution. L absorbance A est une grandeur sans unité qui dépend du rapport I t I 0. I 0 I t Cuve contenant la solution L étude de l absorbance de solutions de colorants alimentaires, pour des lumières de différente longueur d onde, permet de tracer les courbes d analyse spectrale de ces solutions représentant l absorbance en fonction de la longueur d onde A = f( ). Questions : 1. Rappeler les définitions d une lumière monochromatique et d une lumière polychromatique. 2. La lumière, ou domaine du visible, correspond aux radiations visibles par l œil humain. Ces radiations ont des longueurs d onde comprises entre 400 et 800 nm. Compléter les différentes zones sur le schéma ci-dessous avec les couleurs correspondantes aux longueurs d onde indiquées. 400 500 550 600 700 800 (nm) 3. On étudie maintenant cette lumière après qu elle a traversé une solution colorée. Cette solution est une solution bleue de sulfate de cuivre. Comment est modifié le spectre? Comment appelle-t-on ce type de spectre? 1/5
4. Si la solution est une solution violette de permanganate de potassium, que devient le spectre? 5. Expliquer brièvement comment on peut relier la couleur d une solution au spectre de la lumière que transmet cette solution. II. Analyse spectrale de colorants alimentaires 1. Dilution des colorants alimentaires : Les colorants alimentaires vendus dans le commerce sont très concentrés. Il est nécessaire de les diluer pour pouvoir les étudier. Au bureau : On prélève quelques gouttes de colorants alimentaires, à la pique pasteur, que l on dilue à l eau distillée dans une fiole jaugée de 50 ml. 2. Etalonnage du spectrophotomètre : Lancer le logiciel accompagnant le spectrophomètre. Dans la cuve, introduire de l eau distillé. Réaliser le <<Blanc>> en plaçant la cuve dans son emplacement et choisir <<Référence>>. 3. Obtention de la courbe spectrale A = f( ) : Placer la solution diluée du bleu patenté à étudier dans la cuve. Cliquer sur <<Mode>> suivi de <<Spectre>>. Lancer l acqusition. Le spectre A B = f( ) apparaît. Enregistrer la courbe. Refaire de même pour les deux solutions diluées du jaune de tartazine et du colorant vert. Enregister les deux courbes A J = f( ) et A V = f( ). 4. Exploitation des courbes : 4.1 : Commenter la courbe A B = f( ), en précisant pour quelles longueurs d onde l absorption est importante et à quelle couleurs correspondent ces radiations. 5.1 : Mêmes questions pour les courbes A J = f( ) et A V = f( ). 5.3 : Superposer les trois courbes et les commenter. 5.4 : Conclure quant à la composition du colorant vert. Comparer avec l indication de son étiquette. 2/5
5.5 : Proposer un protocole expérimental permettant d identifier les composants du sirop de menthe. Le proposer au professeur et le réaliser après son accord. Noter vos résultats. 5.6 : La formule semi-développée du bleu de patenté V est représentée ci-contre. Justifier que cette espèce chimique est colorée. 5.7 : Sa formule brute est C 27 H 31 N 2 O 7 S 2, elle est du type R SO 3 H, mais on la trouve plutôt sous forme ionique R SO 3 -, Na +. Quelle type de liaison peut établir cette espèce avec une fibre de laine? 5.8 : La formule développée de la tartrazine est représentée ci-contre. Comment peu-on expliquer la différence de couleur entre la tartrazine et le bleu patenté V? 5.9 : Interpréter la couleur du sirop de menthe en termes de synthèse soustractive. III. Analyse spectrale de la solution de chlorophylle brute Réaliser, en suivant le même protocole que précédemment, le spectre s absorption A = f( ) de la solution de chlorophylle brute. Interpréter les différences observées au niveau de ce spectre. Expliquer la couleur verte de la chlorophylle. 3/5
Le spectre d absorption de chacun des pigments de la chlorophylle brute est représenté ci-dessous. Repasser chacune des trois courbes avec une couleur différente, et les identifier. IV. Couleur et structure chimique On place deux plantes vertes A et B sous deux cloches colorées. La plante A est sous une cloche rouge et la plante B est sous une cloche verte. Quelle plante se développera le mieux? Justifier. Les structures chimiques des différents pigments (différentes chlorophylles) présents dans une feuille d épinard sont représentées ci-dessous, ainsi que celles des carotènes. Quels points communs et quelles différences observe-t-on entre les structures de la chlorophylle et du carotène? 4/5
Relation entre couleur et structure chimique des pigments et colorants organiques. D après le document ci-dessous, quel est le facteur qui influence la longueur d onde abs, au maximum d absorption? Pourquoi le composé qui absorbe à abs = 416 nm est-il orange? Vos réponses sont-elles en accord avec les couleurs des chlorophylles et carotènes? Orange Violet Bleu Vert Structures chimiques et couleurs des cyanines D après un TP de M. Landel /Lycée Chérioux/Créteil 5/5