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CHAPITRE I LA SPECTROPHOTOMETRIE INTRODUCTION Une technique d’analyse est l’ana

CHAPITRE I LA SPECTROPHOTOMETRIE INTRODUCTION Une technique d’analyse est l’analyse des matières à un état donné. Les types de technique d’analyse sont : les méthodes d’analyse simples (classiques) et les méthodes d’analyse instrumentales. I. OBJECTIF L’objectif d’une technique d’analyse est la caractérisation de la matière (situer un état initial et un état final). Deux techniques d’analyse existent : - Analyse qualitative. - Analyse quantitative. II. LA SPECTROSCOPIE La spectroscopie est l’ensemble des techniques d’analyse qui permettent d’analyser : - La lumière émise par une source lumineuse. - La lumière transmise ou réfléchie par un corps absorbant (analyte). La source d’énergie peut être la lumière, la chaleur, … III. SPECTROSCOPIE D’ABSORPTION DANS L’UV-VISIBLE La spectroscopie d’absorption dans l’UV et le visible est une méthode connue dans les laboratoires. Elle est basée sur la propriété des molécules d’absorber des radiations lumineuses de longueur d’onde déterminée. Mlle C. MAMMASSE Page 2 Stimule Analyte Réponse I0 I Source d’énergie / Source lumineuse Information enregistrée Intensité transmise CHAPITRE I LA SPECTROPHOTOMETRIE III.1. Domaine spectral Le domaine de l’UV-Visible s’étend environ de 800 nm à 10 nm, tel que : - Visible : de 800nm à 400nm. - Proche UV : de 400nm à 200nm. - L’UV lointain : de 200nm à 10nm. III.2. Appareillage L’étude des absorptions nécessite l’utilisation d’un appareil appelé spectromètre. La figure suivante représente le schéma de principe d'un spectromètre d'absorption UV- visible monofaisceau. Il existe aussi des spectrophotomètres à double faisceaux : Mlle C. MAMMASSE Page 3 Exploitable CHAPITRE I LA SPECTROPHOTOMETRIE Ainsi, un spectrophotomètre comporte : Une source : de lumière blanche. Le rôle de la source est de fournir la radiation lumineuse. Un monochromateur : Le monochromateur a pour rôle de disperser le rayonnement polychromatique provenant de la source et d’obtenir des radiations monochromatiques. Les monochromateurs les plus utilisés sont composés en général d'une fente d'entrée, d'un dispositif de dispersion comme un prisme ou un réseau et d'une fente de sortie. L'échantillon et le détecteur, placés juste derrière le monochromateur, ne seront donc traversés que par un domaine étroit de longueurs d'onde. Une cuve : qui contient l’échantillon. Ce sont généralement des tubes parallélépipèdiques de 1x1 cm de côté et 4 à 5 cm de hauteur. Elles sont en quartz pour le domaine UV-visible. Le verre est réservé aux mesures dans le domaine visible uniquement Un diviseur de faisceau ou photomètre : La lumière monochromatique qui émerge du monochromateur est séparée en deux faisceaux qui traversent les compartiments de l’échantillon et de la référence. Un détecteur : qui mesure l’intensité de la lumière après la traversée de la cuve. III.3. La notion d’absorbance et la loi de Beer-Lambert Le détecteur du spectrophotomètre est relié à un circuit électrique qui détermine l’intensité lumineuse transmise I et l’intensité incidente I0. Soit une lumière monochromatique traversant une solution absorbante de concentration C contenue dans une cuve d’épaisseur l. Mlle C. MAMMASSE Page 4 CHAPITRE I LA SPECTROPHOTOMETRIE Une partie de ce rayonnement sera absorbée par l’échantillon et une partie sera transmise. Bouguer, Lambert et Beer ont étudié les relations qui existent entre I0 et I et ont défini la loi d’absorption suivante (Loi de Beer-Lambert) : A =  l C Tel que : A : Absorbance (sans unité).  : Coefficient d’extinction molaire en L/ mol.cm l : Epaisseur de la cuve en cm (trajet optique, généralement égal à 1cm). C : Concentration de la solution en mol/L. NB : Le coefficient d’extinction molaire  varie en fonction de la température T°, de la longueur d’onde  et du solvant. L’absorbance étudiée ne doit dépendre que de l’espèce colorée à analyser ; il faut donc éliminer toutes les autres causes d’absorption, liées à la cuve, au solvant, aux autres espèces en solution, etc.… En pratique, on procède à un réglage à zéro à l’aide d’une cuve contenant le solvant et les espèces autres que celle à étudier ; cette solution s’appelle le blanc. Le blanc doit être fait chaque fois que la longueur d’onde d’étude est changée. III.4. Condition d’application de la loi de Beer-Lambert La loi de Beer-Lambert est applicable dans les conditions suivantes : - La lumière utilisée doit être monochromatique. - Les concertations doivent être faibles. - La solution ne doit pas être ni fluorescente ni hétérogène. - La solution ne doit pas donner lieu à des réactions photochimiques. III.5. Dosage à l’aide d’un spectrophotomètre On peut utiliser un spectrophotomètre pour doser une espèce colorée en solution. Cette méthode nécessite un étalonnage. III.5.1. Recherche du maximum d’absorption On se place à la longueur d’onde max correspondant au maximun d’absorption afin d’obtenir la plus grande précision pour le dosage. Pour cela, on trace le spectre d’absorption d’une solution contenant le soluté à étudier (un balayage) et on détermine graphiquement max. Mlle C. MAMMASSE Page 5 CHAPITRE I LA SPECTROPHOTOMETRIE III.5.2. Droite d’étalonnage On prépare ensuite une série de solutions (contenant le soluté à étudier) à différentes concentrations c. en se plaçant à max , on fait le zéro et on relève l’absorbance mesuré pour chaque solution. III.5.3. concentration de la solution à doser On mesure l’absorbance Ae de la solution ou de l’échantillon à analyser à la longueur d’onde maximale. A l’aide de la droite d’étalonnage, on peut déterminer graphiquement la concentration Ce de la solution. Cette mesure peut aussi être déterminée directement à l’aide du spectrophotomètre qui nous affiche la valeur de la concentration. III.6. Applications de la spectroscopie UV-Visible III.6.1. Analyse qualitative Les spectres UV fournissent généralement peu de renseignements sur la structure moléculaire des composés comparés aux spectres IR. Néanmoins, on les utilise soit pour une confirmation soit pour une identification grâce aux règles empiriques. III.6.2. Analyse quantitative L’analyse quantitative par la spectrométrie UV-visible est très employée (beaucoup plus que l’analyse qualitative) grâce à l’utilisation de la loi de Beer-Lambert. Comme applications, on peut citer : - Dosage du fer dans l’eau ou dans un médicament. - Dosage des molécules actives dans une préparation pharmaceutique. - Dosage du benzène dans le cyclohexane III.6.3. Autres applications D’autres applications sont connues pour le Contrôle Qualité ou le suivi de la cinétique d’une réaction, la détermination des constantes de dissociation des acides ou des constantes de complexation, la détermination des masses molaires… Mlle C. MAMMASSE Page 6 uploads/Management/ ii-chapitre-i-la-spectrophotometie.pdf