Le luminol

Introduction

Le luminol, ou 5-Amino-2,3-dihydro-1,4-phthalazinedione est une molécule chimiluminescente, c'est-à-dire qu'au terme d'une réaction chimique, le produit de cette réaction est dans un état électronique excitée et va retourner au niveau fondamental en émettant une onde électromagnétique.

La réaction est une réaction d'oxydation qui s'effectue en présence d'un oxydant et d'un catalyseur.

Le luminol est surtout connu pour son utilisation en criminalistique : le fer de l'hémoglobine du sang peut servir de catalyseur, on peut ainsi détecter des traces de sang, même après un rinçage a l'eau.

Je me suis demandé si on ne pouvait pas se servir de la réaction du luminol pour un test plus quantitatif comme par exemple un dosage : le dosage du catalyseur.

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Partie 1: Luminol et Chimiluminescence

Le luminol, de forme brute C8H7N3O2, se présente sous la forme de cristaux de couleur jaune, blanc ou verdâtre. Sa masse molaire est de 177,16 g/mol et sa température de fusion de 319-320°C.

La réaction de chimiluminescence à laquelle il prend part est une réaction d'oxydoréduction, catalysée par de nombreux cations métalliques. Le luminol réagit avec du peroxyde d'hydrogène en présence d'ions métalliques ou d'un co-oxydant pour donner la forme excitée de l'ion aminophtalate.

C'est cet ion qui est à l'origine de la luminescence : il se désexcite selon un phénomène de phosphorescence.

Le diagramme de Jablonski montre certains des moyens que possède une molécule pour se désexciter. Si le retour au fondamental se fait par l'émission d'un photon, il y a deux possibilités:la fluorescence si l'espèce est dans un état singulet ( 2 électrons d'une même orbitale moléculaire ont des spins antiparallèles, spin total nul) et la fluorescence qui a lieu si l’espèce est dans un état triplet ( 2 électrons d'une même orbitale moléculaire ont des spins parallèles, le spin n'est pas nul, par exemple l'oxygène).

Ici pas d'absorption, l'excitation se fait grâce à la réaction chimique. L'ion aminophtalate est dans un état triplet et après d’éventuelles reconversions énergétiques internes (relaxations vibrationnelles : collisions...), il se désexcite donc par phosphorescence.

Pour l'oxydant et le catalyseur, mon choix s'est porté sur ceux classiquement utilisés au laboratoire, à savoir l'eau oxygénée et les ions hexacyanoferrate (III) [Fe(CN)6]3-.

Ici, les ions hexacyanoferrates servent plutôt de co-oxydant que de catalyseur, ils sont consommés par la réaction. En effet, l'eau oxygénée est insuffisante pour déclencher l'oxydation du luminol même si la réaction est thermodynamiquement possible.

L'oxydant réel est l'anion superoxyde O2.-.

Oxydation de l’eau oxygénée en anion superoxyde par les ions

hexacyanoferrate (III) en milieu basique

H2O2 + Fe(CN)63- + 2OH- = O2.- + 2H2O+ Fe(CN)64-

Ce mécanisme est encore incertain de nos jours.

Partie 2 : dispositif experimental

J'ai tout d'abord effectué la synthèse du luminol, cette synthèse consiste en 2 étapes, la première est l'addition d'hydrazine sur l'acide-3-nitrophtalique, la deuxième est la réduction du groupe nitro en un groupe amine. Le réducteur utilisé est le dithionite de sodium.

Le protocole a été trouvé dans l'exemplaire numéro 778 du Bulletin de l’Union des Physiciens.

protocole expérimental du dosage

montage :

solution ''A'' :

m(luminol) = 0,9g

40 mL de soude à 10% en masse

460 mL d'eau distillée

solution ''B'' :

25 mL de A + 20 mL d'H2O2

solution ''C'' :

solution d'hexacyanoferrate de potassium à 3% en masse

J'ai fait 2 séries de mesure cependant, ayant sensiblement amélioré le protocole entre les deux séries, je ne vais présenter que la dernière série.

Pour l'acquisition j'ai utilisé le logiciel Ocean Optics spectrosuite. Je l'ai règle pour qu'il affiche l'intensité des longueurs d'ondes comprises entre 400 et 600 nm en fonction du temps. J'ai utilisé une fonction qui multiplié l'intensité par 10 pour accentuer les pics.

Le capteur se nomme Red Tide 650 et se compose d'une boite d'acquisition et d'une fibre optique (en bleu sur la photo).

J'ai travaillé avec une agitation magnétique pour avoir des solutions homogènes.

Pour chaque mesure, je verse le contenu du bêcher 2, au travers l'entonnoir, dans le

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