CHM 1978 – Chimie Analytique Automne 2001 Cours 10 – Spectrophotométrie Par: Sébastien Sauvé, Dominic Rochefort et Thomas Ellis

Spectrophotométrie 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.

Lumière 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 (6.62610-34 Js) c=vitesse de la lumière (2.99810-8 m/s) dans le vide Selon son énergie, le photon peu interagir avec la matière et provoquer différents types d’excitation

Spectre 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-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 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. États excités Énergie E État fondamental

Excitation 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).

Relation 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 Absorbance Io I 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.

Loi 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)

Absorbance 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.

Linéarité 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