EMISSION ET ABSORPTION DES REM. NOTIONS DE SPECTROMÉTRIE I – STRUCTURE DE LA MATIERE ET SPECTRE D’EMISSION OU D’ABSORPTION 1- Introduction : loi de Kirchhoff 2 - Spectres atomiques 3 - Spectres moléculaires II - PRINCIPE DES DOSAGES SPECTROMÉTRIQUES 1 - Dispositif expérimental : spectroscope 2 - Loi de Beer - Lambert 3 - Application aux dosages III -OXYMETRIE DE POULS EMISSION ET ABSORPTION DES REM. NOTIONS DE SPECTROMÉTRIE

h =  Wn’ - Wn W W Wn’ Wn’ h h Wn Wn absorption émission Les fréquences d’absorption sont les mêmes que celles d’émission : loi de Kirchhoff

SPECTRE D’EMISSION/D’ABORPTION l1, l2, l3 SPECTRE D’ABSORPTION ABSORPTION

SPECTRE ATOMIQUE (raies) Hydrogène : 1 s1

DW = DWél + DWvib + DWrot SPECTRE MOLECULAIRE (Bandes) Energie électronique (eV) : Wél Energie de vibration (10-1eV) : Wvib Energie de rotation (10-2eV) : Wrot DW = DWél + DWvib + DWrot

à un même état vibrationnel correspondent plusieurs états rotationnels à un même état électronique correspondent plusieurs états vibrationnels à un même état vibrationnel correspondent plusieurs états rotationnels Diagramme de Jablonski

Dwél => DWvib + Dwrot : spectre électronique (UV) Dwvib => Dwrot : spectre de vibration-rotation (IR) Dwrot : spectre de rotation pure (IR lointain) Spectre de bandes

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LA SPECTROMÉTRIE REPRÉSENTE L’ENSEMBLE DES MESURES ET L’INTERPRÉTATION RELATIVES À L’ABSORPTION OU À L’ÉMISSION DE RADIATIONS ÉLECTROMAGNÉTIQUES ÉMISES PAR LES ATOMES OU LES MOLÉCULES LORS DE TRANSITIONS D’UN NIVEAU D’ÉNERGIE À UN AUTRE DANS DES CONDITIONS PARFAITEMENT DÉFINIES.

objectif ou collecteur rayonnement complexe SPECTROSCOPE D’EMISSION système dispersif objectif ou collecteur collimateur 1 (E) F 1, 2, … 2 F1 rayonnement complexe F2 f

Matériaux utilisés : Visible (400-800 nm) : verre, flint UV : quartz IR : CsI, CaF2, NaCl Principaux modes d’émission : Spectres de flammes (photomètre de flamme) Spectre d’arc Spectres d’étincelles Spectres de décharge dans les gaz Dispositifs d’observation : Ecrans, plaques photographiques, cellule photoélectrique… Inconvénient : difficulté de contrôler l’énergie

SPECTROSCOPE D’ABSORPTION solution étudiée objectif ou collecteur système dispersif collimateur 1 (E) F F1 1, 2, 3,… 1, 3,… 3 spectre continu 2 absorbée F3 f

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dx x Io Ix Ix - dIx I < Io i c c c l

dIx = -kc Ix dx c (g/L), kcoef. massique d’extinction c (mole/L), k = coef. molaire d’extinction dIx = -kc Ix dx L B-L

T (%) : Transmission (transmittance , % de transmission)

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Groupes chromophores Doubles liaisons conjuguées : H-(CH=CH)n-H Groupes auxochromes -H, -OH , -OCH3…

 du maximum d’absorption Amax  max

Solution de morphine, max = 270 nm DO 1 T 100% 10%  max

Application de la loi de Beer-Lambert i = max cx ? Ax I I I I C1 cx C2 C3 C4 c Courbe d’étalonnage

cuve mesure de l’absorbance lumière complexe Io I < Io max 1, 2, 3,… cellule photoélectrique filtre interférentiel

fente sélectrice système dispersif mesure de l’absorbance lumière complexe Io I < Io max 1, 2, 3,… prisme ou réseau cuve cellule photoélectrique

Spectromètres d’absorption

EMISSION ET ABSORPTION DES REM. NOTIONS DE SPECTROMÉTRIE I – STRUCTURE DE LA MATIERE ET SPECTRE D’EMISSION OU D’ABSORPTION 1- Introduction : loi de Kirchhoff 2 - Spectres atomiques 3 - Spectres moléculaires II - PRINCIPE DES DOSAGES SPECTROMÉTRIQUES 1 - Dispositif expérimental : spectroscope 2 - Loi de Beer - Lambert 3 - Application aux dosages III -OXYMETRIE DE POULS EMISSION ET ABSORPTION DES REM. NOTIONS DE SPECTROMÉTRIE

Oxymétrie de pouls = saturation pulsée en oxygène = SpO2 (%, >90%) Oxyhémoglobine absorbe dans IR, déoxyhémoglobine dans le rouge

Fonctionnement de l’oxymètre de pouls.

QCM QCM 1 : A propos de la spectrométrie d’absorption F - 1 : L’énergie mise en jeu dans les spectres de rotation pure est de l’ordre de quelques eV. F - 2 : Les spectres d’absorption moléculaires sont dits de « bandes » car les échanges d’énergie sont continus. V - 3 : Les spectres d’absorption atomiques sont dits de « raies » car les échanges d’énergie sont discontinus. V - 4 : Dans une molécule, pour un même niveau d’énergie électronique, il existe plusieurs niveaux d’énergie vibrationnelles. F - 5 : Dans un atome, pour un même niveau d’énergie vibrationnelle, il existe plusieurs niveaux d’énergie rotationnelles. QCM 2 : On se propose de doser par spectrométrie d’absorption UV une solution aqueuse d’un médicament (PM = 500). F -1 : on détermine, dans un premier temps, la longueur d’onde de l’absorption maximale λmax entre 700 et 800 nm. F -2 : 90% de l’énergie lumineuse incidente sont absorbés par la solution : la DO sera égale à 10. F -3 : Dans ces mêmes conditions, la transmittance sera égale à 1%. V -4 : On réalise une gamme d’étalonnage entre 0,1 et 10 mg/mL. Cette gamme ne permettrait pas de déterminer précisément la concentration d’une solution à 10M. F -5 : Avec cette même gamme, on pourrait précisément mesurer la concentration d’une solution à 10-6 M (1μM) QCM 3 : l’oxymétrie de pouls : F -1 : Permet de mesurer la quantité d’oxygène dissout dans le sang. F -2 : Permet de mettre en évidence une intoxication au monoxyde de carbone (CO). F -3 : Utilise l’absorption différentielle d’un rayon lumineux entre l’oxyhémoglobine et la carbhémoglobine. V -4 : Permet un monitorage permanent de la fonction respiratoire. F -5 : Est interprétable quelque soit sa valeur.