TP - Etude de spectres


Fichiers joints

La santé
Les médicaments

Pratiquer une démarche expérimentale pour déterminer la concentration d’une espèce. L’Univers – Les étoiles

Les spectres d’émission et d’absorption : spectres continus d’origine thermique, spectres de raies.
Raies d’émission ou d’absorption d’un atome ou d’un ion.


Observer
Couleurs et images

Couleur, vision et image Pratiquer une démarche expérimentale permettant d’illustrer et comprendre les notions de couleurs des objets.
Distinguer couleur perçue et couleur spectrale.

Sources de lumière colorée
Différentes sources de lumière : étoiles, lampes variées, laser, DEL, etc.
Distinguer une source polychromatique d’une source monochromatique.

Matières colorées
Pratiquer une démarche expérimentale pour déterminer la concentration d'une espèce colorée à partir d'une courbe d'étalonnage en utilisant la loi de Beer-Lambert.


Tronc commun
Habitat

L’éclairage
Sources lumineuses.
Longueur d’onde, couleur et spectre.


- SPCL
Module Image -

Image et vision
Spectroscopie : prisme et réseaux.
Spectres visibles.
Perception des couleurs.
Couleur des objets.
Synthèses additive et soustractive des couleurs.
Systèmes chromatiques.
Filtres.

Module Chimie et développement durable

- Analyses physico-chimiques Spectrophotométrie.


Observer - Analyse spectrale

Spectres

Comprendre- Temps, mouvement et évolution

Temps et évolution chimique : cinétique


- SPCL
Ondes - Mesurer

Absorption ; spectrophotométrie.
- Exploiter des spectres d'absorption dans différents domaines de longueurs d'onde.
- Déterminer la concentration d'un soluté par spectrophotométrie.

Trucs et astuces

Le spectromètre SOFI est disponible en différents packs vous permettant de vous équiper selon vos besoins et vos budgets.
Vous pouvez choisir de réaliser uniquement les manipulations de physique avec le spectromètre SOFI (réf. 20285684) et compléter ultérieurement votre matériel avec le porte-cuve et filtre (réf. 20285784) ou opter immédiatement pour un Pack complet physique-chimie (réf 20285884) à prix plus avantageux.

Pour aller plus loin :

La liste des manipulations présentées n’est pas exhaustive : fluorescence, filtres interférentiels, spectres cannelés, atténuation d’une fibre optique, couleurs des corps chauffés… et bien d’autres thèmes encore peuvent être étudiés avec les spectromètres à fibre optique.






Introduction

La nouvelle génération de spectromètres à détecteur CCD permet de réaliser n’importe quel spectre en temps réel sur toute la gamme de longueurs d’ondes.
La fibre optique donne une grande souplesse d’utilisation pour capter n’importe quelle source de lumière.
Le porte cuve et filtre, amovible sans outillage, ouvre le champ des manipulations vers l’étude des filtres et de la chimie.

Toutes ces avancées techniques, alliées à une grande simplicité d’emploi, en font des outils incontournables et très polyvalents pour la réalisation de nombreuses manipulations de la 2de à la Tle.
Schémas de principe de fonctionnement d'un spectromètre CCD


Pendant le TP

Pour réaliser un spectre, il suffit d’ouvrir le logiciel et de pointer la fibre optique vers la source souhaitée.
La sensibilité du spectromètre permet de capter très rapidement le spectre.
Une fois le résultat affiché, il est possible de figer la courbe (fonction "snap shot") et de le visualiser sous forme : de courbe (graphique), de spectre coloré (fonction "spectrographe") ou de spectre de raies (fonction "voir spectre").
Les résultats peuvent être enregistrés pour être conservés et ré-exploités ultérieurement.
Il est possible de superposer jusqu’à 7 spectres afin de les comparer simplement (uniquement en fonction "graphique").
Les fonctions zoom et curseur permettent de déterminer les points d’intérêt et d’obtenir les longueurs d’ondes correspondantes.


Exemples de manipulations

1- Comparaison de différentes sources lumineuses de type "éclairage"

Comparaison rapide des spectres obtenus pour 4 types d’ampoules utilisées pour l’éclairage. On constate que les ampoules à incandescence et halogène ont des spectres continus alors que les ampoules fluo-compactes et LED, des spectres discontinus.

L’oeil perçoit pourtant un éclairage "blanc" quelle que soit l’ampoule.



2- Spectre d’émission d’une lampe spectrale


Etude d'une lampe spectrale.
Il est particulièrement intéressant pour ce type de spectre d’observer le résultat sous forme de spectre de raies et de le comparer aux tables de données.

La précision du spectrophotomètre permet de distinguer le doublet du mercure ayant des valeurs de longueur d’ondes très proches.

Les raies caractéristiques d’un élément (ici le mercure) permettent de le repérer lors de l’observation d’un spectre. Ainsi, on peut par exemple repérer le mercure dans le spectre d’une lampe fluo-compacte.


3- Spectres d’émission d’un ion

L’un des tests de caractérisation les plus courants pour les ions est le test de couleur de flamme.
Grâce au spectromètre, il est possible d’obtenir le spectre d’émission de ces ions dont les raies sont caractéristiques.
Á partir d’une table de spectre, il est alors par exemple possible de retrouver un ion dans une solution inconnue.


Spectre obtenu avec un mélange inconnu :
on identifie l’ion cuivre (bande dans le vert),
l'ion sodium (raie jaune vers 590 nm),
l'ion potassium (raie rouge sombre vers 770 nm).


4- Étude des couleurs

Analyse des couleurs à l'aide d'un pectromètre à fibre.
La maquette Pixel permet de reconstituer les couleurs à l’aide de 3 LED RVB réglables par potentiomètre (synthèse additive).
L’étude des spectres obtenus met en évidence la distinction entre couleur perçue et couleur spectrale.



5- Étude de filtres

Pour réaliser une étude de filtres, il est possible d’utiliser le porte-cuve et filtre disposant d’une source lumineuse intégrée.
Dans ce cas, on peut par exemple réaliser un blanc pour observer les spectres en absorbance ou en transmittance.


6- Spectre de chimie / loi de Beer-Lambert / cinétique

La réalisation de spectres de produits chimiques nécessite de disposer du porte cuve et filtre.
Il se connecte simplement et rapidement au spectromètre directement avec la fibre optique et dispose d’une source lumineuse basse consommation.
Une fois le blanc effectué vous pouvez choisir de voir vos spectres en absorbance ou en transmission (un simple clic permet de passer de l’un à l’autre).
L’avantage de ce type d’appareil est de pouvoir visualiser immédiatement l’intégralité du spectre et de repérer les maximums de longueur d’onde à l’aide des curseurs.
Articles concernés
Banc test 4 systèmes d'éclairage (28203384)275,77 € TTC
Alimentation spectrale JLN01 + ampoule Hg (21306984)473,08 € TTC
Maquette pixel (20104084)175,38 € TTC
Spectromètre à fibre optique Physique SOFI (20285684)1136,54 € TTC
Porte-cuve et filtre pour spectromètre à fibre SOFI (20285784)450,00 € TTC
Spectrophotomètre à fibre optique Physique-Chimie SOFI (20285884)1569,23 € TTC