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.
(Il
faut pour cela que l’énergie du photon soit STRICTEMENT EGALE A
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 :
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
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 loi de Beer-Lambert
donne :
|
A = ε l C |
avec |
|
A: absorbance de la
solution (sans unité) |
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