Seconde MPI TP10 fiche de TP
Etude d’une chaîne colorimétrique
On se propose de montrer comment l’ordinateur peut évaluer la concentration d’une solution en utilisant un capteur. Ce capteur est une photodiode BPW34.
1. Le colorimètre
a. Principe
Dans le colorimètre, il y a une diode électroluminescente (LED). Elle éclaire une cuve contenant une solution colorée.
Le flux lumineux qui traverse la solution éclaire une photodiode BPW34.
Dans le schéma ci-dessous, le contenu du colorimètre est représenté dans le cadre bleu pointillé
Légender le schéma:
Comment la photodiode est-elle montée ? en inverse
b. Expérience
Brancher la source de tension +15V .
Brancher le générateur de tension continue réglable comme indiqué sur le schéma..
Faire varier la tension du générateur ; observer l’éclairement de la DEL et la tension UB1. (Faire vérifier par le professeur !)
Compléter : .
470kΩ colorimètre
i
UB1
LED
photodiode
Résistance de protection de la photodiode
15 V
Cuve contenant la solution colorée
BPW34 0 - 10 V
330Ω
A la différence d’une simple diode une photodiode est passante même en sens inverse
Plus la photodiode est éclairée plus l’intensité du courant qui la traverse est importante
c. Fonctionnement du capteur colorimétrique.
La tension UB1 sera envoyée dans l’ordinateur par l’intermédiaire de Cassy.
L’intensité du courant qui traverse la photodiode est de l’ordre du µA.
Si la résistance de protection avait pour valeur 1 k, quelle serait la valeur de UB1 ?
UB1= Ri 1000 10-6 10-3 V de l’ordre de 1 mV
Cassy peut-il mesurer cette tension ? non elle est trop faible
Justifier le choix d’une résistance aussi grande ( R = 470k ) cela permet d’avoir des tensions de l’ordre du volt (UB1= Ri 470.103 10-6 5.10-1 V) Une telle tension est mesurable par Cassy
2. Étalonnage du colorimètre
Une solution aqueuse de menthe est de couleur vert pâle à faible concentration et vert soutenu pour des concentrations plus élevées.
Il existe donc un lien entre la teinte d'une solution aqueuse colorée et sa concentration.
a. Préparation des solutions
Sur la paillasse du professeur se trouve une solution aqueuse de menthe S0, appelée « solution mère », de concentration C0.
A partir de cette « solution mère », vous allez préparer des « solutions filles » en la diluant.
Diluer n fois une solution mère de concentration C0, c’est obtenir une solution de concentration C0 / n.
Pour cela, il faut prélever un volume de la solution mère égal à V/n, V étant le volume de la solution à préparer.
Exemple : on veut obtenir 50 mL de solution diluée 20 fois, c’est à dire une solution de concentration C0/20.
Pour cela, on prélève 50
202,5mL de solution mère et on complète avec de l’eau distillée.
Chaque binôme prépare ( avec le plus grand soin !!) 50 mL d’une des
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prélever de la solution mère
Ces solutions sont ensuite apportées au bureau et classées.
b. Étude qualitative
Durant une mesure le colorimètre est fermé pour éviter les lumières parasites.
On versera un peu de solution dans des cuves pour colorimétrie.
b.1. Relation entre la concentration et la tension Relier Cassy pour mesurer UB1. ( calibre 0V ; 5 V)
Placer successivement dans la cuve du colorimètre deux solutions de concentrations différentes :
Compléter : plus la solution est colorée, plus la tension aux bornes du conducteur ohmique R = 470 kest faible
Est-ce logique ? oui
Pourquoi ? quand une solution est très colorée, la lumière la traverse difficilement. La photodiode est moins éclairée, donc i est moins important. UB1 est donc plus faible
Placer uniquement le solvant (eau) dans le colorimètre ; la tension UB1 est alors maximale.
b.2. Réglage du blanc
Placer dans le colorimètre la cuve contenant le solvant (eau).
Faire varier la tension continue réglable afin d’obtenir alors UB1 = 5,0V.
(Ce réglage correspond au « réglage du blanc » ; pour UB1 = 5,0V, la concentration de la solution est nulle.) (Faire vérifier par le professeur !)
c. Étude quantitative
Calculer les différentes concentrations si C0 = 130 g/L
Placer une cuve contenant une solution de concentration C dans le colorimètre et mesurer la tension UB1 (V) obtenue.
concentration C 0 C0 / 10 C0 / 5 C0 / 3,33 C0 / 2,5 C0 / 2 C0 / 1,67 C0 / 1,43 C0 / 1,25 concentration C
(g/L) 0 13 26 39 52 65 78 91 104
U1 (V) 5.0 4.25 3.6 3.0 2.7 2.4 2.0 1.8 1.6
Tracer sur Excel la courbe C = f(UB1) .
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Quelle est la nature de cette courbe ?
Pour les faibles valeurs de c ( quand la solution n’est pas trop concentrée, la lumière pénètre facilement !) la courbe est une droite….….
3. Réalisation de la chaîne de mesure et détermination d’une concentration inconnue :
a. Paramétrage de Cassy
Paramétrer le logiciel Cassy pour que l’ordinateur affiche directement à l’écran la valeur de la concentration ( nouvelle grandeur, rentrer la formule…)
Placer dans le colorimètre une solution de menthe de concentration connue ; vérifier la cohérence de la mesure. (Faire vérifier par le professeur !)
b. Détermination d’une concentration inconnue
Placer dans le colorimètre la solution de menthe de concentration inconnue.
Valeur affichée : C = Valeur théorique : C =
Discuter des causes d’erreur possibles sur la valeur de la mesure obtenue.
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 1 2 0
0 1 2 3 4 5
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Matériel nécessaire :
Générateur tension continue réglable 0 /12 V
Colorimètre
Générateur +15 V –15 V
1 multimètre
Cassy
1 fiole jaugée 50 mL
1 pipette 20 mL
1 pipette graduée 5 mL
pipeteur
solution de sirop de menthe 65 g/L
