CHM 1978 – Chimie AnalytiqueCHM 1978 – Chimie AnalytiqueAutomne 2001Automne 2001

Cours 10 – Spectrophotométrie

Par: Sébastien Sauvé, Dominic Rochefort et Thomas Ellis

SpectrophotométrieSpectrophotométrie La spectrophotométrie est l’utilisation de la lumière

pour mesurer la concentration d’une espèce chimique.

• La lumière peu se comporter soit comme une onde ou comme une particule. On parlera ainsi d’un photon d’une certaine longueur d’onde.

Longueur d’onde () : La distance du sommet d’une

oscillation au suivant. Habituellement en nm (10-9 m).

Fréquence () : c’est le nombre d’ondes complètes qui

passent à chaque seconde (les unités sont l’inverse de

secondes, s-1). Une oscillation par seconde est aussi

appelé un hertz (Hz), i.e., 106 s-1 égale 106 Hz ou 1 MHz.

LumièreLumière

Un photon est une particule de lumière qui possède une énergie.

Cette énergie dépend de sa longueur d’onde:

Ou de sa fréquence:

• E=Énergie du photon

• c=constante de Planck (6.62610-34 Js)

• c=vitesse de la lumière (2.99810-8 m/s) dans le vide

Selon son énergie, le photon peu interagir avec la matière et provoquer différents types d’excitation

λ

hcE

hνE

Spectre électromagnétiqueSpectre électromagnétique Le spectre électromagnétique donne les différentes régions et interactions en

fonction de l’énergie et de la longueur d’onde des photons.

Spectre (Harris 1999, page 513)

Interaction lumière-matièreInteraction lumière-matière

Quelque soit l’interaction mise en jeu, lorsqu’une espèce absorbe la lumière (un photon) elle passe dans un état excité.

Dans la spectrophotométrie ultraviolet visible, les interactions lumière-matière impliquent des excitations électroniques

Voir Figure 19-14 dans Harris 1999 page 528.

Excitation électroniqueExcitation électronique

Lorsqu’un photon rencontre un électron de l’état fondamental, il y aura excitation de l’électron si le photon à la bonne énergie:

Pour exciter l’électron, le photon doit donc avoir une énergie égale à E.

Én

erg

ie

État fondamental

États excités

E

Excitation électroniqueExcitation électronique

Cette énergie E correspond donc à une longueur d’onde () spécifique:

Les espèces chimiques vont absorber la lumière à une longueur d’onde qui leur est propre. La quantité de lumière absorbée dépend de la quantité d’espèces présentes (leur concentration).

λ

chE

Relation absorbance-concentrationRelation absorbance-concentration

Supposons que l’on a une solution qui absorbe la lumière. Le faisceau de lumière possède une intensité initiale avant de traverser la solution I0.

Le faisceau traverse la solution sur un trajet optique de longueur L et ressort de la solution avec une intensité I:

Io I

L (cm)

Transmittance et AbsorbanceTransmittance et Absorbance

Transmittance: C’est la fraction du faisceau qui ressort de

la solution (la fraction transmise):

Absorbance:

aussi appelée densité optique, l’absorbance est la valeur qui

est reliée directement à la concentration.

Io I

0I

IT

logTI

IlogA 0

Loi de Beer-LambertLoi de Beer-Lambert

Absorbance est reliée à la concentration selon la loi de Beer-Lambert:

• A = Absorbance (unités arbitraires)

= Absorptivité molaire (M-1 cm-1)

• L = Trajet optique (cm)

• c = concentration de l’analyte (M)

cLA

AbsorbanceAbsorbance

La longueur d’onde () est reliée à l’énergie à laquelle l’espèce absorbe la lumière et dépend de la nature même de l’espèce chimique.

L’absorbance est reliée à la concentration de l’espèce chimique qui absorbe la lumière.

Domaine linéaire

02468

1012

0 0.2 0.4 0.6 0.8

ConcentrationAb

sorb

ance

Linéarité de la loi Beer-LambertLinéarité de la loi Beer-Lambert

L’absorbance d’une solution varie

linéairement avec la concentration

jusqu’à une certaine concentration

limite. À des concentrations plus

élevées, la relation linéaire se

transforme en plateau.

Si les solutions au laboratoire se

trouvent à des absorbances

supérieures au domaine linéaire

(Amax), il faut les diluer.

Amax