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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