CHM 1978 cours 10

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  hν
hc
E
λ
• 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:

E
Énergie
États excités
État fondamental
Pour exciter l’électron, le photon doit donc avoir une
énergie égale à E.
Excitation électronique

Cette énergie E correspond donc à une longueur
d’onde () spécifique:
h c
E 
λ

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):
I
T
 Absorbance:
I0
 I0 
A  log    logT
 I
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    Lc
• 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
Domaine linéaire
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.
Absorbance
jusqu’à une certaine concentration
12
10A
max
8
6
4
2
0
0
0.2
0.4
Concentration
0.6
0.8