Note d'application | ABSOR.B™
MESURE DES VITESSES DE RÉACTION CHIMIQUE PAR ABSORBANCE
par Dimitria Camasão et Noémie Deloire(CEP),
Application Chercheurs, Rheolution Inc.
Résumé
- Les réactions chimiques impliquant des réactifs ou des produits colorés peuvent être analysées en observant l’évolution de leur capacité d’absorption au fil du temps à des longueurs d’onde spécifiques.
- ABSOR.B™ a mesuré avec précision la cinétique d’absorbance d’un mélange composé d’un colorant alimentaire bleu et d’eau de Javel.
- L’équation de vitesse de la réaction chimique entre le colorant bleu et l’eau de Javel a été déterminée à l’aide de la cinétique d’absorbance.
INTRODUCTION À LA MESURE DE L'ABSORBANCE DANS L'ANALYSE DES RÉACTIONS CHIMIQUES
Introduction
Les réactions chimiques dans lesquelles l’un des réactifs ou des produits est coloré peuvent être suivies à l’aide de mesures d’absorbance au fil du temps. Par exemple, les molécules de colorant peuvent réagir avec des substances spécifiques, ce qui modifie leur structure chimique et, par conséquent, leur capacité à absorber ou à réfléchir la lumière. De même, l’activité des enzymes peut être suivie lorsque la réaction entre l’enzyme et le substrat donne lieu à la formation d’un produit coloré. Dans ces deux exemples, la vitesse de la réaction chimique peut être représentée respectivement par la disparition des réactifs ou l’apparition des produits.
Ces mesures (absorbance en fonction du temps) fournissent des informations sur la vitesse de réaction et l’activité des réactifs. La vitesse de réaction (ou loi de vitesse) est une description mathématique de la manière dont la vitesse d’une réaction chimique dépend de la concentration molaire de ses réactifs. La détermination des lois de vitesse est fondamentale pour approfondir la compréhension des réactions chimiques, optimiser les conditions de réaction et garantir une production efficace et maîtrisée des produits souhaités dans divers domaines scientifiques et industriels.
Dans cette optique, le système ABSOR.B™ a été utilisé dans le cadre de la présente étude pour analyser la cinétique de la réaction entre un colorant alimentaire (colorant bleu) et l’hypochlorite de sodium (eau de Javel). L’ion hypochlorite (ClO⁻) est un agent oxydant qui enlève un ou plusieurs électrons aux molécules de colorant, modifiant ainsi leur structure chimique, ce qui les rend incapables d’absorber la lumière dans le spectre visible. La diminution de l’absorbance au cours de la réaction a été mesurée à deux concentrations différentes d’eau de Javel. Les données obtenues ont ensuite été utilisées pour déterminer l’équation chimique décrivant la vitesse de réaction.
APPROCHE EXPÉRIMENTALE DE LA MESURE DE L'ABSORBANCE EN CHIMIE
Matériel et méthodes
Un colorant alimentaire (bleu) a été mélangé à de l’hypochlorite de sodium (eau de Javel, NaClO) dans des flacons de 10 ml à deux concentrations différentes (0,134 M et 0,269 M de ClO). Les flacons ont été immédiatement placés dans l’ABSOR.B™ Les essais ont été réalisés à température ambiante à l’aide de la cartouche Emitt.635, la cartouche optique d’émission qui émet de la lumière à la longueur d’onde de 635 nm (les composants bleus présentent leur pic d’absorbance aux alentours de cette longueur d’onde). Les valeurs d’absorbance en fonction du temps ont été relevées pour chaque échantillon (n = 3 pour chaque condition). La loi de vitesse a été calculée à partir de la cinétique d’absorbance (1, 2).
ANALYSE DES VITESSES DE RÉACTION PAR LA MESURE DE L'ABSORBANCE
Résultats et discussion
Suivi expérimental de la réaction chimique
La figure 1 présente les résultats obtenus pour chaque concentration d’hypochlorite de sodium mélangée au colorant bleu, en trois réplicats (n = 3). Comme prévu, la réaction s’est produite plus rapidement pour l’échantillon présentant la concentration la plus élevée en hypochlorite de sodium, comme le montre la diminution plus rapide de l’absorbance. On constate également une excellente répétabilité des résultats entre les réplicats pour chaque condition. L’intra-variabilité inhérente aux tissus animaux et le faible nombre d’échantillons (n = 3) viennent renforcer la répétabilité et la sensibilité élevées des résultats.
Figure 1 : Absorbance (Abs) d’un colorant bleu de qualité alimentaire en fonction du temps, après mélange avec de l’hypochlorite de sodium à 0,269 M (orange) et à 0,134 M (turquoise).
Modélisation théorique de la réaction chimique
Cette réaction chimique et ses coefficients stœchiométriques (m et n) peut être représentée comme suit :
L’équation de vitesse de cette réaction, en fonction de la concentration molaire de ses réactifs, peut s’écrire comme suit :
Où k est la constante de vitesse (propre à une réaction et à une température données), et m et n sont des exposants qui définissent l’ordre de la réaction.
Dans cette expérience, l’hypochlorite de sodium était en très grand excès par rapport au colorant bleu. Par conséquent, sa concentration n’a pas varié de manière significative au cours de cette réaction chimique ; on peut donc la considérer comme constante.
Pour déterminer dans un premier temps l’exposant m, et étant donné que la concentration en hypochlorite peut être considérée comme constante dans cette expérience, la pseudo-constante de vitesse (k’) peut alors être calculée comme suit :
Par conséquent, la loi de vitesse peut s’écrire comme suit :
En représentant graphiquement Abs en fonction du temps, ln(Abs) en fonction du temps et 1/Abs en fonction du temps, il est possible de déterminer l’ordre de réaction du colorant bleu. Si :
– La relation entre l’Abs et le temps est linéaire : réaction d’ordre zéro (m = 0)
– La courbe ln(Abs) en fonction du temps est linéaire : réaction du premier ordre (m = 1)
– 1/La relation entre l’Abs et le temps est linéaire : réaction du second ordre (m = 2)
Figure 2 montre que la valeur de R² la plus élevée a été obtenue pour les courbes ln(Abs) en fonction du temps (R² > 0,99) ; il s’agit donc d’une réaction de premier ordre en ce qui concerne le colorant bleu (m = 1). De plus, la pseudo-constante (k’) est égale à la pente de la droite de régression linéaire, prise en signe négatif. Grâce à ces informations, il est possible de calculer la constante de la loi de vitesse ( k), comme suit :
La constante de vitesse (k) de cette réaction est donc de 0,29 (M·s)⁻¹ et, d’après l’équation 2, n est également égal à 1. Par conséquent, la loi de vitesse de cette réaction chimique s’écrit comme suit :
Figure 2 : Valeurs moyennes de l’absorbance (Abs), de ln Abs et de 1/Abs en fonction du temps pour un colorant bleu de qualité alimentaire avec les deux concentrations d’hypochlorite de sodium (n = 3), accompagnées de leurs régressions linéaires respectives.
Conclusions et perspectives
ABSOR.B™ a été utilisé avec succès pour mesurer les variations d’absorbance en fonction du temps à 635 nm au cours de la réaction entre un colorant bleu de qualité alimentaire et de l’eau de Javel en solution. La loi de vitesse de cette réaction chimique a été calculée à partir de la cinétique d’absorbance.
Dans l’ensemble, le instrument ABSOR.B™ facilite :
- Collecte de mesures d’absorbance en continu dans son application pour tablette, afin de faciliter l’analyse de la cinétique des réactions chimiques.
- Personnalisation de la plateforme d’essai en fonction de la longueur d’onde requise pour l’application (grâce aux différentes cartouches optiques d’émission lumineuse), des porte-échantillons les mieux adaptés à l’expérience (parmi les flacons, les cuvettes et les microtubes), ainsi que de la capacité d’essai grâce au contrôle de plusieurs unités ABSOR.B™ à partir d’une seule tablette de commande sans fil.
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RÉFÉRENCES
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