Mini spectro, un spectrophotomètre pour les lycéens
Projet réalisé par Stéphane LAURENT professeur de physique-chimie et Sylvie BERNARD-VILLAIN technicienne de laboratoire au lycée Valin de La Rochelle.
Présentation
Mini Spectro, est un spectrophotomètre fabriqué à partir d'un microcontrôleur Arduino Nano, d'un capteur de spectre AS7341, d'une DEL et d'un écran LCD. Le boitier est imprimé à l'aide d'une imprimante 3D.
L'utilisation de ce mini spectro est proche des spectrophotomètres que l’on trouve habituellement dans les lycées. Il permet à nos élèves une première approche, très pédagogique, de la spectrophotométrie.
Une interface graphique permet t'interagir avec ce mini spectro. Elle est très intuitive et permet ainsi une prise en main rapide par nos élèves.
Les principales fonctions
Tracer un spectre d’absorption en couleur ;
Mesurer l’absorbance de solutions colorées ;
D’étudier la loi de Beer-Lambert avec un tracé « en direct » de la représentation graphique de l’absorbance en fonction de la concentration et de sa modélisation.
Réaliser un suivi cinétique.
Toutes les mesures peuvent être exportées dans le presse-papiers ou vers Excel.
Historique
Ce mini spectro a été initialement conçu par trois étudiants de l’Ecole CentraleSupelec. Ce projet a été repris et amélioré dans un but pédagogique pour nos lycéens.
Nous avons remplacé le capteur d'origine
AS7262 par un capteur
AS7341. Le boitier d'origine a été modifié pour s'adapter à ce nouveau capteur.
Le script Arduino a subi d'importantes modifications et une interface graphique a été réalisée en Python.
L'interface graphique
Version de démonstration
Pour tester l'interface graphique sans disposer d'un
mini spectro, vous pouvez télécharger une
version de démonstration (≈ 54 Mo, mise à jour du
07/11/2021).
Attention, certains
antivirus déclarent comme
faux positif le fichier principal de cette application !
Vous devez alors intervenir sur l'antivirus pour éviter son effacement.
Branchement du Mini spectro
Lors de l’initialisation du mini spectro, il faut absolument retirer la cuve.
Réglage du zéro
Le réglage du zéro se fait automatiquement pour les 8 longueurs d'onde que le mini spectro est capable d'utiliser.
Spectre d’absorption
Ce mini spectro ne peut mesurer l’absorbance que pour 8 longueurs d’onde : 415, 445, 480, 515, 555, 590, 630 et 680 nm. Les 8 points sur le spectre correspondent aux mesures réellement effectuées. Le reste du spectre est interpolé.
- d'exporter les mesures vers le presse-papiers ou vers Excel ;
- d'enregistrer le spectre d'absorption au format, png, jpg ou svg ;
- d'afficher un cercle chromatique.
Exemple : Spectre d'une solution de permanganate de potassium.
Cliquez ici pour afficher d'autres exemples de spectres d'absorption
Cliquez ici pour masquer les spectres d'absorption
Spectre d’absorption du bleu patenté
Spectre d’absorption de la tartrazine (jaune)
Spectre d’absorption de la menthe
Choisir la longueur d'onde
Mesure de l'absorbance
Loi de Beer-Lambert
- Saisir la concentration de la solution ;
- Insérer la cuve puis cliquer sur le bouton correspondant à son numéro ;
- L’absorbance est mesurée et ajoutée automatiquement dans le tableau.
La notation scientifique peut être utilisée pour saisir les concentrations : 2 x 10-5 sera saisie 2e-5 ;
Les valeurs décimales seront saisies avec un point .
et non une virgule : 0.002 et non 0,002.
Pour effacer une mesure, il suffit d’effacer la valeur de sa concentration et de valider en appuyant sur la touche “Entrée” du clavier.
Affichage du graphique et de la modélisation
En cliquant sur le graphique, il s'affiche en plein écran.
Un appui sur la touche “v” du clavier affiche ou masque l'annotation sur le graphique.
Déterminer la concentration inconnue d'une solution X
Placer dans le mini spectro, une cuve contenant la solution X. Cliquer sur le bouton Cuve X. La valeur de l'absorbance s'affiche dans le tableau.
En cliquant sur Afficher la modélisation, la concentration X est déterminée et s'affiche à la fois dans le tableau et sur le graphique.
Les valeurs de la solution X peuvent être effacées : clic droit sur le bouton de la cuve X → menu contextuel Effacer.
La dernière mesure est alors supprimée.
L’éventuel numéro entre parenthèse correspond au nombre d'essais réalisés.
Réaliser un suivi cinétique
- le délai avant la première mesure ;
- la durée entre deux mesures ;
- la durée totale de la cinétique.
Exporter les mesures
Attention, dans le fichier Excel, le spectre, la loi de Beer-Lambert et la cinétique sont affichés dans 3 onglets différents :
Fabriquer un mini spectro
NOUS NE FABRIQUONS PAS ET NOUS NE VENDONS PAS DE MINI SPECTRO !
Si vous souhaitez fabriquer un mini spectro, nous vous conseillons de suivre les instructions de montage sur le site d'Onbios. Attention nous avons changé le capteur utilisé.
Les principaux composants
Les prix indiqués sont à titre indicatif et sont susceptibles de varier selon le fournisseur.
Les composants électroniques proviennent principalement de chez
Go Tronic, un fournisseur de confiance assurant une livraison très rapide.
Le prix de ce minispectro est donc inférieur à 100 €. Ce prix pourrait être diminué en utilisant des clones Arduino nano (≈ 6 €) et/ou en réalisant soit même l'impression 3d du boitier.
Nos boitiers ont été imprimés par
Nove 3D basé à La Rochelle.
Schéma du montage
Pour faciliter le branchement du capteur AS7341, vous devez utiliser un cordon
Qwiic / Stemma QT. Une fois coupé en deux, ce cordon peut être utilisé sur deux capteurs.
Le boitier ouvert
Téléchargements
L'interface graphique est disponible ici. (MAJ du 21/12/2021)
Elle fonctionne aussi bien avec le capteur AS7262 (projet initial) qu'avec le capteur AS7341 (projet actuel).
Attention, certains antivirus déclarent comme faux positif le fichier principal de cette application !
Vous devez alors intervenir sur l'antivirus pour éviter son effacement.

Les fichiers pour l'impression 3d du boitier sont disponibles ici.
Le nouveau script Arduino pour le capteur AS7341 est disponible ici.
Si vous possédez un mini spectro avec le capteur AS7262 du projet initial, vous pouvez quand même utiliser l'interface graphique mais vous devez téléverser un script Arduino spécifique à ce capteur.
Pour fonctionner correctement, les scripts Arduino nécessitent la bibliothèque LiquidCrystal_I2C pour l'écran LCD (voir l'installation sur la page Utiliser un écran LCD) ainsi que la bibliothèque :
Wilfrid Grossin professeur de Biochimie avec ses étudiants du
BTS Bioanalyses et Contrôles du lycée Valin de La Rochelle ont construit deux Mini Spectros en 2018 et ont vérifié la fiabilité de ces appareils pour quelques dosages biochimiques courants. Les objectifs pédagogiques étaient donc l’assemblage, la compréhension de la chaîne de mesurage, la validation métrologique et enfin des applications biotechnologiques sur de vrais produits.
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Stéphane LAURENT