Spectrophotometrie Cours 1a4m2t

Département d’Alger

Spectrophotométrie d’absorption de l’ultraviolet et visible

I/Généralités • De nombreuses méthodes analytiques sont fondées sur les interactions entre la matière et les radiations électromagnétiques. • Les propriétés optiques sont les structures atomiques moléculaires. • Les radiations électromagnétiques sont émises, transmises et absorbées sous forme de corpuscules appelés quanta de lumière ou photon.

• Spectre: image obtenue par décomposition d’une lumière en une suite de radiations monochromatiques

Rappel sur les radiations électromagnétiques

Représentation d’une onde électromagnétique

  C. T  : Longueur d’onde en : m, µm, nm. 1 Å = 10-10 m ,1 nm=10-9m ,1 µm =10-6m C: Célérité de la lumière dans le vide est de 3108 m/s T: Période; temps au bout duquel le phénomène se reproduit identique à lui même

1 C    T   : fréquence ( s-1 ou Hertz « Hz »)

E  h.  h. E : Energie du photon en Joules (J) h : constante de Planck = 6.62 . 10-34 J.s

C



Énergie d’une molécule(suite) • Lorsque la molécule absorbe dans l’ultra violet et le visible son énergie est augmenté en tant qu’énergie électronique • Dans l’ultra violet et le visible modification électronique des molécules

Phénomènes d’absorption

DE = En - En-1 = hn avec h = cste de Planck = 6.6262 * 10-34 Js

Aspect quantitatif Intensité lumineuse L’intensité est liée au nombre de photons de même énergie on exprime cette intensité incidente I0 Il s’agit d’une lumière monochromatique Une radiation possédant une énergie:

E=hν=h.c/λ est émise par une source de lumière et traverse un milieu donné Au cours du trajet cette lumière peut subir une absorption partielle par les molécules absorbantes

solution

I0

I

constant

Avec I < I0

L

Trajet optique (longueur de la solution)

LOI DE BEER-LAMBERT La loi de Beer-Lambert, aussi connue comme la loi de Beer-Lambert-Bouguer et chez les francophones parfois même simplement comme la loi de Bouguer, est une relation empirique reliant l'absorption de la lumière aux propriétés des milieux dans lesquels elle e.

LOI DE BEER-LAMBERT La loi de Beer-Lambert établit une proportionnalité entre la concentration d'une entité chimique en solution, et l'absorbance de celle-ci et la longueur du trajet parcouru par la lumière dans la solution.

Lorsqu’une lumière d’intensité I0 e à travers une solution, une partie de celle ci est absorbée par le(s) soluté(s). L’intensité de la lumière transmise est donc inférieure à I0 . On définit l’absorbance de la solution comme :

I0 DO  log10 I

• On parle aussi de transmittance définit par la relation : I T I0

DO   Log 10T

• L’absorbance est une valeur positive, sans unité. Elle est d’autant plus grande que l’intensité transmise est faible.

• La relation de Beer-Lambert décrit que, à une longueur d’onde λ donnée, l’absorbance d’une solution est proportionnelle à la concentration des espèces de la solution, et à la longueur du trajet optique (distance sur laquelle la lumière traverse la solution).

Alors, pour une solution limpide contenant une seule espèce absorbante :

DO   .l.C • DO est l’absorbance ou la densité optique de la solution pour une longueur d'onde λ ; 1. C (en mol.L-1) est la concentration de l’espèce absorbante ; 2. L (en cm) est la longueur du trajet optique ; 3. ε (en mol-1.L.cm-1) est le coefficient d’extinction molaire de l’espèce absorbante en solution. Il rend compte de la capacité de cette espèce à absorber la lumière, à la longueur d’onde λ.

I0 1 D.O  log  log  K  .C. l I T K : constante qui dépend de  , de la nature de la molécule et du mode d’expression de C. Si C en moles/l : K  = ε : coefficient d’absorption molaire.(moles/l)-1..cm-1 Si C en g/100ml : K  = E1%1cm : coefficient d’extinction spécifique. (le « E » 1% ) (g/100ml)-1..cm-1 • •

•

La loi de Beer Lambert est linéaire pour 0 < DO ≤ 1 . La loi de Beer Lambert est additive pour l’absorbance; mains non pour la transmittance.

I0

A

I

B C..

I0 D.O  log   a .Ca . l   b .Cb . l   c .Cc . l  .... I

Conditions de validité de la loi de Beer Lambert : 1/ Lumière monochromatique 2/ Faibles concentrations 3/ La solution ne doit être ni fluorescente, ni hétérogène (bulles, précipité…) 4/ La solution n’est pas le siège d’une réaction photochimique.

SPECTROPHOTOMETRE

source lumineuse Elle est constituée par : Une lampe à décharge au deutérium utilisée dans le domaine de 190 à 400 nm avec un maximum d'émission à 652,1nm.

Une lampe à filament de tungstène pour la région allant de 350 à 800 nm.

Monochromateur L'élément de base est un prisme, un réseau ou un filtre coloré. Le rôle du monochromateur est d'isoler le rayonnement sur lequel on fait la mesure. Il est composé principalement d'un système dispersif, d'une fente d'entrée et d'une fente de sortie.

Cuve • Elle contient soit l'échantillon soit la référence. La longueur de la cuve est définie (1, 2, 4 ou 5cm de trajet optique). Elle doit être transparente aux radiations d'étude. Par exemple en UV, les cuves sont en quartz, elles ne peuvent être ni en verre ni en plastique.

Détecteur • Cellule photoelectrique qui transforme l’energie lumineuse en courant electrique qui est amplifié

Applications:

Détermination de la concentration d’une solution X en utilisant une courbe d’étalonnage

SPECTRE D’ABSORPTION

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