Spectromètre UV-Visible Laboratoire de recherche Génie des Procédés Spectromètre UV-Visible Présenté par : Dr. Ladjel segni

Qui dit spectroscopie dit onde, mais qu’est-ce qu’une onde ? La manifestation physique la plus connue de la propagation des ondes est matérialisée par le mouvement des vagues sur la mer ou les ondulations de l’eau sur un étang. Une onde est un ébranlement, une perturbation (donc une énergie) qui se propage dans un milieu matériel sans que ce milieu soit lui-même en mouvement. Une vague ne transporte pas de matière : les molécules d’eau se déplacent verticalement, c’est en quelque sorte la forme de la vague qui se déplace de place en place.

Onde transversale Onde longitudinale Les ondes sonores dans l’air diffèrent toutefois des vagues dans l’eau dans leur mode de transmission : Dans l’eau, l’ébranlement est transversal, c-à-d perpendiculaire à la direction de la propagation de l’onde. Dans l’air, l’ébranlement est longi-tudinal, les molécules d’air oscillent d’avant en arrière dans la même direction que l’onde.

La lumière, une onde électromagnétique Longueur d’onde : l longueur entre deux points de même position sur la perturbation Fréquence : n nombre de perturbations par seconde Dualisme onde-particule : Le fait que la lumière est à la fois une onde et une particule. Ceci provient de la théorie de la relativité d’Einstein (1905).

Relations entre énergie, fréquence et longueur d’onde L’énergie d’un photon (ou particule de lumière) ayant la fréquence n est : E = hn relation entre énergie et fréquence selon Planck (h = constante de Planck) Si on donne la longueur d’onde l du photon plutôt que sa fréquence n, son énergie est inversément proportionnelle à celle-ci : E = h c/l (avec c = vitesse de la lumière) Plus l’onde est grande, E augmente l augmente moins elle a d’énergie Ainsi les ondes radio qui sont grandes ont peu d’énergie

Interaction Rayonnement Matière Ceci dépend du type de radiation électromagnétique dont la lumière est composée, donc de la quantité d’énergie qu’elle contient. E augmente l augmente Longueur d’onde courte, beaucoup d’énergie Longueur d’onde grande, peu d’énergie spectroscopie RMN spectroscopie UV-Vis (visible) spectroscopie IR L’onde excite électrons des atomes L’onde fait vibrer les molécules L’onde fait tourner les molécules L’onde fait tourner les noyaux de certains atomes

La spectroscopie UV-Visible Les électrons des atomes possèdent des niveaux énergétiques discrets (quantifiés). spectroscopie UV-Vis (visible) Les écarts entre ces niveaux électroniques sont de l’ordre 200 et 1200 kJ/mol approximativement. Cette énergie correspond justement à l’énergie des ondes située dans le domaine ultra-violet, début du visible.

Comment les électrons absorbent-ils la radiation UV ? En absorbant l’énergie de l’onde UV-Vis, les électrons atteignent des niveaux énergétiques plus élevés, on dit qu ’ils sont dans un état excité. En redescendant de ces niveaux excités, ils peuvent perdre l’excès d’énergie sous forme de chaleur, le corps se réchauffe; ou sous forme de lumière pour les substances capables de fluorescer. Perte de l’énergie sous forme de chaleur ou de fluorescence L’électron redescend au niveau fondamental L’électron absorbe l’énergie pour monter sur un niveau plus élevé Excitation avec une onde UV

Transition électronique

Transition électronique

Transition électronique

contenant divers échantillons Appareillage Le spectrophomètre UV-Vis est un appareil muni d’une source de lumière UV-Vis et d’une cellule photoélectrique. Il permet de déterminer la proportion de lumière absorber par la cuvette contenant l’échantillon par rapport à la cuvette de référence contenant le solvant (généralement l’eau). Cuvettes de mesure contenant divers échantillons

Notions d’absorbance On mesure une absorbance pour une longueur d’onde  donnée.

Le spectre d’absorbance KMnO4 Absorbance A 400 nm 500 nm 600 nm longueur d’onde  On mesure une absorbance pour une longueur d’onde  donnée.

On voit les couleurs qui ne sont pas absorbées ! Une substance orange absorbe essentiellement le bleu ! Exemple : Spectres UV-Vis de différentes substances chimiques : anthracène naphtalène tétracène Le naphtalène et l’anthracène absorbent dans l’UV et reflète toutes les radiations du visible. Ils sont donc transparents. Le tétracène absorbe essentiel-lement dans le bleu, il est donc orange. On voit la couleur complémentaire ! Sur le spectre, on obtient des pics là où l’échantillon absorbe

Béta Carotène

Loi de Beer-Lambert L’absorbance est directement proportionnelle à la concentration. Plus c’est concentré, plus ça absorbe !

Loi de Beer-Lambert Pour une longueur d’onde fixe, on mesure les absorbances de différents standards (échantillons de concentration connue) A une absorbance donnée correspond une concentration. Il est donc possible de déterminer la concentration en mesurant l’absorbance !