Classification et Principes de la Spectrophotométrie

Classification des méthodes d'optique

On distingue les techniques non spectroscopiques, telles que la réfractométrie et la polarimétrie, des techniques spectroscopiques. Les techniques spectroscopiques incluent la spectrophotométrie atomique, l'absorption UV et la photométrie de flamme.

Méthodes spectrophotométriques et rayonnement

Les méthodes spectrophotométriques se définissent par l'absorption ou l'émission de rayonnement. La méthode électromagnétique établit que la lumière possède un caractère corpusculaire et ondulatoire. La lumière se décompose en différentes longueurs d'onde disposées dans ce que l'on appelle le spectre électromagnétique.

Constitution de l'onde

Une onde se compose de deux champs, un électrique et un magnétique, se croisant à angle droit l'un par rapport à l'autre et par rapport au sens de propagation. La vitesse de propagation de l'onde dans le vide est de 3x10¹⁰ cm/sec. Cette vitesse reste constante et ne change pas, sauf lorsque l'onde se propage dans un milieu provoquant sa dispersion.

Un exemple de ce phénomène est la décomposition de la lumière visible en différentes couleurs lorsqu'un faisceau lumineux solaire traverse un prisme de verre, permettant d'observer le spectre de masse.

Les quanta et le processus d'émission

Qu'est-ce que les quanta ? Ce sont des unités de contenu énergétique fixes et définies de l'énergie rayonnante.

Le spectre d'émission : Les atomes ou les molécules peuvent être conduits à un niveau d'énergie supérieur par l'apport de quantités d'énergie de toute sorte. Dans cet état d'équilibre instable, ils tendent à libérer l'excès d'énergie sous forme de rayonnement. L'ensemble des rayonnements émis constitue le spectre d'émission de la substance.

Le spectre d'absorption et niveaux énergétiques

Le spectre d'absorption se manifeste si l'énergie communiquée à la substance est de l'énergie radiante. Lorsqu'une partie de l'énergie incidente (de certaines fréquences) disparaît pour faire passer les atomes ou molécules à un nouvel état stable, on obtient un spectre d'absorption.

Il existe différents niveaux énergétiques : électroniques, vibrationnels et de rotation. Pour provoquer des changements dans chacun de ces niveaux, il est nécessaire d'utiliser des quantités différentes d'énergie.

Chromophores et effets colorimétriques

• Chromophore : Groupe défini responsable de l'absorption de la lumière dans une molécule, conférant ainsi une couleur caractéristique.
• Effet bathochrome : Déplacement du maximum d'absorption vers le rouge (longueurs d'onde plus longues).
• Effet hyperchrome : Augmentation de l'intensité de l'absorption.
• Effet hypsochrome : Déplacement du maximum d'absorption vers le bleu.
• Effet hypochrome : Diminution de l'intensité d'absorption.
• Auxochromes : Groupes qui augmentent la puissance du chromophore en facilitant la mobilité des électrons, bien qu'ils ne puissent pas absorber la lumière par eux-mêmes.

La loi de Beer-Lambert

Lorsqu'un rayonnement frappe un corps transparent, une partie est réfléchie, une autre est absorbée et le reste traverse le corps (bien qu'il puisse y avoir dispersion ou fluorescence).

Principes de la loi de Beer

Elle établit une proportionnalité directe entre l'absorbance et la concentration d'une solution, en supposant une épaisseur de dilution constante traversée par le rayonnement.

Causes de non-respect de la loi de Beer

• Solvant : Le solvant ne doit pas absorber dans la même zone que le soluté. Les interactions soluté-solvant (polaires ou non polaires) peuvent influencer le résultat.
• Concentration : La loi cesse d'être respectée si l'on augmente trop la concentration.
• Facteurs physico-chimiques : La température, le pH et le potentiel redox modifient l'absorption des solutions.

Exigences fondamentales de la source de rayonnement

En spectrophotométrie du visible, toute source doit répondre à trois exigences :

1. Fournir une intensité suffisante pour une détection et une mesure précises.
2. Produire un rayonnement continu incluant toutes les longueurs d'onde de la région d'étude.
3. Émettre un courant constant dans le temps.