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Spectres de la curcumine
P.42-43

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ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE
120 minutes

3
Spectres de la curcumine





La curcumine est une molécule présente dans le curcuma, une racine qui est l’ingrédient principal du curry. La curcumine est utilisée comme colorant alimentaire sous le nom E100.

➜ Quelles informations peut-on obtenir grâce aux spectres UV-visible et infrarouge de la curcumine ?


Objectifs

  • Exploiter la loi de Beer-Lambert et citer son domaine de validité.
  • Exploiter un spectre d’absorption IR ou UV-visible.


Doc. 1
Principe de la spectroscopie UV-visible

Lorsqu’ils reçoivent un rayonnement d’énergie adéquat, les électrons d’un atome peuvent absorber ce rayonnement et changer ainsi de niveau d’énergie.

Au sein d’une molécule, les électrons participant aux liaisons, appelés électrons de valence, ont des niveaux d’énergie différents de ceux d’un atome isolé, qui dépendent de la configuration électronique de la molécule. Certaines molécules présentent une bande d’absorption pour des rayonnements situés dans le domaine du visible : elles nous apparaissent colorées.

Doc. 2
Principe de la spectroscopie IR

Au sein d’une molécule, les liaisons entre atomes sont susceptibles de vibrer, c’est-à-dire de s’allonger ou de se déformer légèrement, si on leur apporte l’énergie nécessaire.

C’est ce que permet le rayonnement infrarouge utilisé en spectroscopie IR. Chaque type de liaison (O  -  H\text{O\;-\;H} ; C  =  O\text{C\;=\; O}, etc.) vibre dans une gamme de fréquence bien particulière.
➜ Fiche méthode 16, p. 590

Doc. 3
Formule de la curcumine

Formule de la curcumine
Rhizome de curcuma.

Doc. 4
Spectre infrarouge de la curcumine

Spectre infrarouge de la curcumine

Doc. 5
Spectre UV-visible de la curcumine

Spectre UV-visible de la curcumine

Doc. 6
Énergie d’un rayonnement

L’énergie EE d’un photon associé à un rayonnement de longueur d’onde λ\lambda vaut :
E=hcλE=\dfrac{h \cdot c}{\lambda}
EE : énergie du photon (J)
hh : constante de Planck égale à h=6,63×1034h = 6{,}63 × 10^{-34} J·s
cc : vitesse de la lumière égale à c=3,00×108c = 3{,}00 × 10^8 m·s-1
λ\lambda : longueur d’onde associée (m)
On définit le nombre d’onde νˉ\bar{\nu} , autre grandeur caractéristique d’un rayonnement, selon :
νˉ=1λ\bar{\nu}=\dfrac{1}{\lambda}
νˉ\bar{\nu} : nombre d'onde (m-1)
λ\lambda : longueur d'onde (m)

Doc. 7
Protocole d’extraction de la curcumine

Pour extraire la curcumine de la poudre de curcuma, on propose le protocole suivant :
  • peser 0,30 g de poudre de curcuma ;
  • verser la poudre dans un erlenmeyer ;
  • ajouter environ 20 mL d’éthanol et agiter quelques minutes ;
  • filtrer le mélange obtenu à l’aide d’un Büchner ;
  • rincer le solide à l’éthanol ;
  • verser le contenu de l’erlenmeyer du Büchner dans une fiole jaugée de 50,0 mL ;
  • ajouter 2 mL environ d’acide éthanoïque pur ;
  • remplir d’éthanol jusqu’au trait de jauge.

L’ajout d’acide éthanoïque pur permet de fixer la coloration de la curcumine.

Doc. 8
Concentrations de la gamme étalon

Pour réaliser la gamme étalon, on se sert de la solution S0 de concentration en masse γ0=10,0\gamma_0 = 10,0 mg·L-1 avec les prélèvements suivants à effectuer :

Solutions S1 S2 S3 S4
Volume à prélever V0\boldsymbol{V_0} (mL) 10,010{,}0 20,020{,}0 30,030{,}0 40,040{,}0

Chaque prélèvement doit être versé dans une fiole jaugée de 50,0 mL. On complétera à chaque fois avec de l’éthanol jusqu’au trait de jauge.

Doc. 9
Matériel nécessaire

  • Spectrophotomètre
  • Filtre Büchner
  • Quelques papiers filtres
  • Flacon d’éthanol
  • Flacon d’acide éthanoïque
  • Fiole jaugée de 50,050{,}0 mL
  • Erlenmeyer de 100100 mL
  • Solution étalon S0 de curcumine à 10,010{,}0 mg·L-1 dissoute dans l’éthanol
  • Solution pour le blanc

Compétences

RAI/ANA : Lier modèles microscopiques et grandeurs macroscopiques

REA : Mettre en œuvre un protocole

REA : Effectuer des mesures avec des capteurs

Questions

I. Absorption des rayonnements

1. Identifier la spectroscopie qui utilise le rayonnement de plus grande énergie.


2. À l’aide des doc. 1 et 4, proposer une explication à la présence de bandes sur le spectre d’absorption de la curcumine.


3. Justifier la couleur de la curcumine à partir du spectre UV-visible et du cercle chromatique.
➔ Cercle chromatique en rabat de fin


4. En utilisant l'outil de dessin, entourer et nommer les groupes caractéristiques présents dans la molécule de curcumine. Retrouver et indiquer les bandes caractéristiques sur le spectre IR.
➔ Fiche méthode 16, p. 590


II. Spectrophotométrie

1. D’après le spectre d’absorption UV-visible de la curcumine, proposer une longueur d’onde de travail pour calibrer le spectrophotomètre.


2. Réaliser la série de solutions S1 à S4 et calculer leur concentration en masse.


3. Mesurer l’absorbance des solutions S0 à S4 et tracer la courbe d’étalonnage.
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4. Mesurer l’absorbance de la solution de curcumine obtenue après extraction. En déduire la concentration et le pourcentage massique de curcumine dans le curcuma.
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Synthèse de l'activité

Proposer un protocole permettant de déterminer, à l’aide d’un spectrophotomètre et d’une gamme de solutions étalons, la concentration d’une boisson colorée à la curcumine.

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