La colorimétrie

Dosage par colorimétrie »…. Cette méthode de dosage est couramment utilisée pour quantifier par exemple les ions nitrite, nitrate, ammonium, phosphate, chlorure, chromate (dans le cas de l’analyse du carbone des sols).Présentation de ce grand classique des techniques de laboratoire.

Principe

Le dosage colorimétrique repose sur la quantification de produits colorés, issus d’une réaction chimique. Elle n’est possible que lorsque l’intensité de la coloration est proportionnelle à la concentration de l'élément à doser. Les dosages colorimétriques s'appuient sur la loi de Lambert-Beer, exprimée par la relation suivante :

• I / I0 est la transmittance de la solution (sans unité).
• A est l’absorbance ou densité optique à une longueur d'onde λ (sans unité).
• e est l'absorptivité molaire (aussi appelé coefficient d'extinction molaire), exprimée en L·mol-1·cm-1. Elle dépend de la longueur d'onde, la nature chimique de l'entité et la température.
• l est la longueur du trajet optique dans la solution traversée, elle correspond à l'épaisseur de la cuve utilisée
• C est la concentration molaire de la solution (en mol.L-1) et correspond à la valeur à déterminer.

Cette équation est très utile pour la chimie analytique. En effet, si l et e sont connus, la concentration d'une substance peut être déduite de la quantité de lumière transmise par elle.

Les exceptions à cette loi peuvent être liées soit à la nature du système chimique, soit aux performances de l’appareil de mesure. La lumière utilisée doit être monochromatique.

Matériel

D’une façon générale, un colorimètre se compose :

- d’une source de lumière d’intensité variable ;

- d’un dispositif optique pour focalisation et orientation de la lumière ;

- d’un dispositif permettant la séparation et l’isolement des différentes radiations extérieures

- d’un dispositif de mesure de l’énergie lumineuse à l’entrée ;

- d’un dispositif de mesure de l’énergie lumineuse à la sortie de la cuve

Solution examinée

Les réactions chimiques utilisées en colorimétrie sont souvent délicates ou instables ; des variations de coloration, des troubles, peuvent limiter la précision de la méthode. C’est pourquoi le dosage colorimétrique doit respecter certaines précautions :

- vérifier la stabilité de la substance colorée en fonction de la lumière et de l’oxydation à l’air ;

- maintenir une température constante dans la pièce ;

- lorsque la densité optique évolue en fonction du temps, opérer lorsque la coloration est stabilisée et avant son affaiblissement éventuel ;

- vérifier l’absence de substances donnant des colorations parasites, ou adapter la méthode dans ce cas. Par exemple : adaptation de la longueur d’onde et emploi d’ « essais à blanc » ;

- filtrer préalablement les solutions turbides ou contenant de fines particules ;

- éliminer les ions gênants pour qu’ils soient transparents dans la zone de la longueur d’onde. Par exemple : utilisation de l’oxydoréduction, modification du pH, formation de complexes ;

- attention aux réactions incomplètes ou réversibles qui conduisent à sous-estimer la concentration de l’élément.

La colorimétrie en flux continu

Les laboratoires utilisent aujourd’hui des colorimètres en flux continu. La cuve est remplacée par une cuve à circulation. Elle se présente comme un petit tube capillaire positionné devant le capteur optique. Une veine de liquide, segmentée par des bulles d’air et composée des produits et des réactifs, passe dans ce tube. Ce système rend automatiques les opérations manuelles de la colorimétrie classique. Le principal avantage de la méthode est qu’elle permet des cadences analytiques élevées dues à l’automatisation. A ceci s’ajoute un faible coût du consommable. En revanche, le flux est un process long à s’équilibrer. Il faut compter en général 30 à 45 minutes avant le début de l’analyse, pour un ion donné. Cette technique est donc réservée à des séries d’échantillons importantes, comportant la même demande analytique. Enfin on peut noter que la colorimétrie en flux continu est un peu moins sensible que la spectrocolorimétrie, qui a une bande passante plus faible.