Dosage spectrophotométrique d'une solution d'ions fer (II) complexés par l'orthophénanthroline

L'objectif est de doser une solution de sel de Mohr (M(sel de Mohr) = 392,14 g.mol-1) dont l'ordre de grandeur de concentration est : r(Mohr, à doser) = 31 g.L-1 ; C(Mohr, à doser) = 80 mmol.L-1. 
On utilise pour ceci une solution étalon de sel de Mohr de concentration r(Mohr, étalon) = 7,021 g.L-1; C(Mohr, étalon) = 0,0179 mol.L-1.

  • Afin d'éviter toute présence parasite d'ions fer (III) parasite, on place en solution de l'hydroxylamine qui réduit ces ions fer (III). 
    Il est impératif d'avoir un excès d'hydroxylamine.
    Chlorure d'hydroxylamine : r = 100 g.L-1, M = 69,45 g.mol-1 ; C = 1,44 mol.L-1.
  • La faible absorption de la solution de sel de Mohr implique l'utilisation d'un colorant, l'orthophénanthroline.
    La stœchiométrie du complexe coloré étant [Fe(o-phen)3]2+ il est impératif d'avoir un excès : n(o-phen)  > 3.n(fer II).
    Chlorure d'orthophénanthroline : r = 5 g.L-1,  M = 216,46 g.mol-1, C = 23 mmol.L-1.
  • Afin d'assurer la stabilité du complexe, il faut travailler à pH ~ 4-5. On utilise de l'acétate de sodium : r = 200 g.mol-1, M = 82 g.mol-1, C = 2,44 mol.L-1.
Voici le tableau dans lequel apparaissent les volumes nécessaires à la préparation des fioles de 50 mL, ainsi que les calculs de quantités de matière dans les différents fioles. 
Solution fer II

Solution étalon
V(fer II) / mL 0 1 2 3 4 5
n(fer II) / mmol 0 0,0179 0,0358 0,05371 0,0716 0,0895
V(NH2OH) / mL 2 2 2 2 2 2
n(NH2OH) / mmol 2,88 2,88 2,88 2,88 2,88 2,88
V(o-phen) / mL 2 2 2 2 2 2
n(o-phen) / mmol 0,0462 0,0462 0,0462 0,0462 0,0462 0,0462
V(NaCH3COO) / mL 20 20 20 20 20 20
n(NaCH3COO) / mmol 48,78 48,78 48,78 48,78 48,78 48,78
n(ophen)/n(fer II) - 0,129 0,0645 0,043 0,0323 0,0258
On constate que : n(o-phen)  < 3 . n(fer II). Il est donc indispensable de diluer la solution étalon.

En diluant la solution mère d'un facteur 25, en passant le volume V(o-phen) de 2 à 10 mL dans chaque fiole, on obtient :

 

Le facteur trois est ici toujours respecté.
Solution fer II

Solution étalon
V(fer II) / mL 0 1 2 3 4 5
n(fer II) / µmol 0 0,7 1,4 2,1 2,9 3,6
C(fer II) / µmol.L-1 0 14,3 28,6 43 57,3 71,6
V(NH2OH) / mL 2 2 2 2 2 2
n(NH2OH) / mmol 2,88 2,88 2,88 2,88 2,88 2,88
V(o-phen) / mL 10 10 10 10 10 10
n(o-phen) / mmol 0,231 0,231 0,231 0,231 0,231 0,231
V(NaCH3COO) / mL 20 20 20 20 20 20
n(NaCH3COO) / mmol 48,78 48,78 48,78 48,78 48,78 48,78
n(o-phen)/n(fer II) - 16,127 8,0637 5,3758 4,0319 3,2255
Afin de déterminer la longueur d'onde de travail, on trace le spectre de la fiole la plus concentrée (fiole 5) contre le blanc (fiole 0).

L'ordinateur donne 510 nm comme longueur d'onde d'absorption maximale : ce sera la longueur d'onde de travail.

ltravail = lmax = 510 nm.
La mesure des absorbances de chaque solution contre le blanc (fiole 0) donne :
C / µmol.L-1 A
0 0
14,3234559 0,210
28,6469118 0,418
42,9703677 0,631
57,2938236 0,841
71,6172795 1,070

Dans ces conditions, le courbe d'étalonnage obtenue est :

La modélisation sous forme de régression linéaire de type : 

A = a.C + b donne :

r = 0,9998874 ; r² = 0,9997749 ; 
a = 14,872708 ; b = -0,004238095

On constate que r² > 0,999, la régression est validée.
On peut écrire A = 14,87.C - 0,004

 
Afin de préparer les deux solutions EX et EY, il faut que ces fioles soient centrées sur la gamme d'étalonnage, donc de concentration de l'ordre de 40 µmol.L-1.
Ce que l'on réalise si on dilue 100 fois la solution à doser et que l'on en prélève 3 et 4 mL pour préparer les fioles de 50 mL :

La mesure des absorbances de ces solutions est : AX = 0, 567 ; AY = 0, 766.

La modélisation nous permet de calculer :

C'x = 38,41 µmol.L-1 ; C'y = 51,79 µmol.L-1.

Soit en revenant à la concentration de la solution à doser :

Ci = 100.C'i.50/Ei

Cx = 64,01 mmol.L-1 et Cy = 64,74 mmol.L-1.
<C> = 64,38 mmol.L-1.

DC/2.<C> = 0,56056948 % ; 
Incertitude : 1,5 %.
Les résultats sont concordants : DC = 0,97 mmol.L-1. arrondit à 1 mmol.L-1.
Solution fer II Solution à doser
V(fer II) / mL 3 4
n(fer II) / mmol 0,0024 0,0032
C(fer II) / mmol.L-1 0,048 0,064
r(fer II) / mg.L-1 18,823 25,097
V(NH2OH) / mL 2 2
n(NH2OH) / mmol 2,88 2,88
V(o-phen) / mL 10 10
n(o-phen) / mmol 0,231 0,231
V(NaCH3COO) / mL 20 20
n(NaCH3COO) / mmol 48,78 48,78
pH 6,02 6,02
n(ophen)/n(fer II) 4,8125 3,6094

Expression des résultats

CFe2+ = (64 ± 1) mmol.L-1 .
r(Sel de Mohr) = (25 ± 1) g.L-1 .
r(fer) = (3,6 ± 0,1) g.L-1 .

Remarque 1

Lorsque l'on réalise une gamme, l'ensemble des fioles doit présenter un dégradé de couleurs.

 
Fiole 0 Fiole 1 Fiole 2 Fiole 3 Fiole 4 Fiole 5 Fiole 6 Fiole 7
 

Remarque 2

Si les fioles sont trop concentrées, l'absorption est trop importante et l'on sature le spectrophotomètre.

 

 

 

© Copyright, Paris 2002, tous droits réservés pour tous pays.