LE SPECTROPHOTOMETRE

 

 

         Nous voyons que certaines espèces sont colorées. Nous allons donc vous présenter une technique de dosage utilisant cette propriété.

        

Dans un premier temps nous verrons pourquoi certaines espèces sont colorées, puis comment mesurer et évaluer l’intensité lumineuse émise par ces espèces, avant de comprendre de quels paramètres dépend l’absorption de lumière.

 

I POURQUOI CERTAINES ESPECES SONT ELLES COLOREES ?

 

Quand la lumière traverse un échantillon de matière, elle interagit avec les électrons des atomes, molécules ou ions de l’échantillon.

Si la différence entre deux niveaux électroniques correspond EXACTEMENT à l’énergie des photons envoyés, il y a absorption des photons et passage d’un état fondamental a un état excité de l’entité chimique.

         La lumière qui émerge donc de l’échantillon (après relaxation de celui-ci) est donc amputée des photons qui ont été absorbés.

 

Lorsqu’on envoie sur une molécule ou un ion un photon d’énergie hc/λ telle que sa longueur d’onde λ appartienne au domaine de l’UV VISIBLE, l’entité chimique absorbe le photon reçu si le changement d’énergie lui permet de passer de son état fondamental à un état excité de plus haute énergie électronique.

 

 (Il faut pour cela que l’énergie du photon soit STRICTEMENT EGALE A LA DIFFERENCE ENTRE DEUX NIVEAUX D ENERGIE !!!) .

 

Une fois excitée, l’entité revient à son état fondamental SANS EMETTRE DE RADIATIONS autour d’une longueur d’onde λmax appelée maximum d’absorption;

Les spectres qui résultent de l’absorption moléculaire présentent donc des bandes larges centrées sur la longueur d’onde d’absorption λmax appelé maximum d’absorption.

Ainsi Une solution colorée présente une absorption maximale pour une longueur d’onde λmax caractéristique de l’espèce colorée qu’elle contient.

 

La couleur observée est donc d’une façon générale la couleur complémentaire de celle qui est absorbée.

 

(SPECTRE EN EXEMPLE)

(PLACER ETOILE DES COULEURS)

II COMMENT MESURER ET EVALUER L’INTENSITE DE L’ONDE LUMINEUSE ABSORBEE ET TRANSMISE ?

 

         Lorsqu’un faisceau monochromatique de longueur d’onde λ et d’intensité lumineuse Io traverse une épaisseur de solution l, il y a ABSORPTION par l’entité chimique présente en solution si l’intensité transmise I est inférieure à Io.

 

         On définit :

La transmittance T telle que T=I/Io

Et l’Absorbance A=log (1/T) soit A=log (Io/I).

 

Ainsi, à une longueur d’onde donnée, plus une substance absorbe et plus A est grand (donc plus I est faible devant Io)

 En pratique, on  mesure  des absorbances  A≤ 2 car cela correspond « déjà » à des transmitances de l’ordre de 0.01…

 

 

         Pour réaliser ces mesures, on a construit un appareil qui permet d’évaluer I et Io et de calculer l’absorbance d’une solution a λ voulue : c’est le SPECTROPHOTOMETRE.

 

 

Constitution : Source UV-VISIBLE fente, monochromateur (prisme ou réseau) miroir orienteur, fente, solution a analyser, photorécepteur.

 

Schéma sur transparents.

 

 

Il est impératif, si l’on veux une mesure sur 1 espèce donnée de SUPPRIMER L INFLUENCE DES AUTRES ESPECES : tel est le rôle du blanc !

Ce blanc se fait soit par réglage préalable avant la mesure dans le cas d’un spectrophotomètre mono faisceau, soit automatiquement dans le cas d’un spectre double faisceau, cas ou le blanc et la solution sont sur deux trajets lumineux différents.

         Il faut par conséquent travailler avec des cuves propres, sans bulles d’air et ne pas laisser de traces de doigts sur les cuves afin de ne pas fausser la mesure.

 III DE QUOI DEPEND L’ABSORBANCE D’UNE SOLUTION ?

 

Connaissant le spectre d'absorption d'une espèce chimique, on peut mesurer, à l'une de ces longueurs d'onde, les variations de l'intensité I d'un faisceau lumineux traversant une même épaisseur L de solution en fonction de la concentration. Ceci permet d'établir expérimentalement la courbe A = f (C) reliant l'absorbance et la concentration de la substance étudiée (à L et l constantes), en effectuant les mesures de A pour diverses concentrations.

       Cette courbe est une courbe d'étalonnage.

       La courbe expérimentale d'étalonnage permet de déterminer la concentration inconnue d'une solution de cette substance par mesure de son absorbance et report sur la courbe A = f (C)

      La loi de Beer-Lambert donne :

 

A = ε l C

avec

 

A: absorbance de la solution (sans unité)
 l: longueur de la solution traversée par la lumière (en cm)
C: concentration de la solution (en mol.L-1)
e: coefficient d'extinction molaire (en L.mol-1.cm-1)

     ε  dépend de la nature de la solution et de la longueur d'onde

       Les grandeurs influençant l’absorbance sont la longueur d’onde, épaisseur de solution, concentration de la solution

    Ainsi, expérimentalement,  on recherche le maximum d'absorption pour une 'espèce chimique donnée. On trace la courbe d'étalonnage A=f(C) à l'aide de solutions de concentrations connues. On place la cuve contenant la solution à titrer dans le spectrophotomètre et on mesure AS. On lit alors graphiquement CS sur la courbe d'étalonnage

 

 

 

CONCLUSION

 

      La spectrophotométrie sera utilisée dans le cas du dosage d'une espèce et afin de suivre la cinétique d'une réaction dans laquelle intervient une espèce colorés. Cette méthode est très  intéressante car c'est une méthode physique (évaluation d’une propriété physique du système sans atteinte au système) qui permet de travailler sur de faibles quantités et ce sans destruction de l'échantillon.

 

 

Quelques plus relatifs a l’exposé…

 

DIFFERENTS EFFETS