Comment calculer la concentration à partir de la loi de Beer-Lambert ?

Déterminer une concentration inconnue avec la loi de Beer-Lambert

La loi de Beer-Lambert est un outil fondamental en chimie analytique qui permet de relier l’absorbance d’une solution à la concentration d’une espèce chimique absorbante présente dans celle-ci. Cette loi stipule que l’absorbance est directement proportionnelle à la concentration de l’analyte et à la longueur du trajet optique du faisceau lumineux traversant la solution.

La formule magique : A = εlC

Décortiquons cette formule simple mais puissante :

• A représente l’absorbance, une grandeur sans unité mesurée par un spectrophotomètre. Elle reflète la quantité de lumière absorbée par la solution à une longueur d’onde spécifique.
• ε est l’absorptivité molaire, une constante propre à chaque espèce chimique à une longueur d’onde donnée. Elle s’exprime en L·mol⁻¹·cm⁻¹ et représente la capacité intrinsèque d’une substance à absorber la lumière.
• l correspond à la longueur du trajet optique, c’est-à-dire la distance parcourue par la lumière à travers la solution. Elle est généralement exprimée en centimètres (cm).
• C est la concentration de l’analyte en solution, exprimée en mol·L⁻¹. C’est la valeur que l’on cherche généralement à déterminer.

Établir une courbe d’étalonnage : la clé du succès

Pour utiliser la loi de Beer-Lambert afin de déterminer une concentration inconnue, il est nécessaire de construire au préalable une courbe d’étalonnage. Cette étape cruciale consiste à :

1. Préparer une série de solutions standards de l’analyte à des concentrations connues et croissantes.
2. Mesurer l’absorbance de chaque solution standard au spectrophotomètre à la longueur d’onde d’absorption maximale de l’analyte.
3. Tracer un graphique en portant les valeurs d’absorbance en fonction des concentrations correspondantes.

Le graphique obtenu devrait idéalement présenter une droite passant par l’origine. La pente de cette droite correspond au produit εl, ce qui permet de déterminer la valeur de ε si la longueur du trajet optique est connue.

Déterminer la concentration inconnue : l’aboutissement

Une fois la courbe d’étalonnage établie, la détermination de la concentration d’une solution inconnue devient un jeu d’enfant :

1. Mesurer l’absorbance de la solution inconnue au spectrophotomètre dans les mêmes conditions que celles utilisées pour établir la courbe d’étalonnage.
2. Reporter la valeur d’absorbance obtenue sur la courbe d’étalonnage.
3. Déterminer la concentration correspondante à partir de l’axe des abscisses.

Limites et applications

La loi de Beer-Lambert est un outil puissant, mais son application est soumise à certaines limitations :

• Linéarité: La loi n’est valable que pour des solutions diluées. À des concentrations élevées, des interactions entre les molécules d’analyte peuvent entraîner des déviations par rapport à la linéarité.
• Spécificité: La présence d’autres espèces absorbant à la même longueur d’onde que l’analyte peut fausser les résultats.

Malgré ces limitations, la loi de Beer-Lambert reste un outil précieux dans de nombreux domaines, tels que:

• Chimie analytique: Détermination de la concentration de substances dans des échantillons divers (aliments, médicaments, eaux usées…).
• Biochimie: Étude de la cinétique enzymatique, dosage de protéines.
• Environnement: Surveillance de la qualité de l’eau et de l’air.

En conclusion, la loi de Beer-Lambert offre une méthode simple et efficace pour déterminer la concentration d’une substance en solution à partir de la mesure de son absorbance. L’établissement d’une courbe d’étalonnage précise est la clé pour obtenir des résultats fiables et exploitables.