Spectrophotométrie

Rappels sur la lumière

La lumière est l’ensemble des ondes électromagnétiques (radiations) visibles par l’œil humain.

Une onde électromagnétique est caractérisée par sa longueur d’onde λ, exprimée en m.

La lumière visible est l’ensemble des radiations dont la longueur d’onde est comprise entre 400 et 800 nm (4.10-7 et 8.10-7 m) :

UV IR

λ (nm)750400200 1000

Une lumière est dite monochromatique lorsqu’elle est constituée d’une seule radiation lumineuse (donc d’une seule longueur d’onde).

Une lumière est dite polychromatique lorsqu’elle est constituée de plusieurs radiations lumineuses (donc de plusieurs longueurs d’ondes).

1 – Absorbance d’une solution

L’absorbance d’une solution est une grandeur qui caractérise la capacité d’une solution à absorber la lumière.

On la note A et elle n’a pas d’unité.

Lorsqu’on envoie une lumière monochromatique à travers une solution, l’absorbance est définie par :

I

IlogA 0

Les appareils de mesures usuels mesurent des absorbances comprises entre 0 et 2.

Avec I0 l’intensité lumineuse incidente et I l’intensité lumineuse transmise.

2 – Spectres UV-visible

La plupart des ions ou des molécules que l’on trouve en solution absorbent des plages de longueurs d’ondes comprises entre le proche UV et le proche IR :

Par exemple les ions MnO que l’on trouve dans les solutions de permanganate de potassium absorbent toutes les longueurs d’onde entre 450 et 600 nm :

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Spectre de la lumière blanche

Spectre de la lumière blanche après qu’elle ait traversé une solution de permanganate de potassium

Mais chaque radiation n’est pas absorbée de la même façon par les ions permanganate. Pour avoir une idée plus précise, on peut tracer le spectre UV-visible de la solution.

Spectre UV-visible d’une solution de permanganate de potassium :

Toutes les radiations situées entre 450 et 600 nm ne sont pas absorbées autant.

Le maximum d’absorption se situe à 540 nm.

Autre exemple :

Les ions Ni2+ absorbent les radiations de longueurs d’onde comprises entre 380 et 450 nm et entre 620 et 800 nm.

Le spectre UV-visible d’une solution contenant des ions Ni2+ est :

Remarque :

Si une espèce absorbe dans le domaine visible, alors cette espèce est colorée et sa couleur correspond à la couleur complémentaire de celle qui est absorbée au maximum.

Maximum d’absorption des ions permanganate

Couleur des ions permanganate

3 – De quels paramètres dépend A ?

• L’absorbance d’une solution dépend de la nature des espèces chimiques présentes dans la solution :

Nous avons vu précédemment que les plages de longueurs d’onde absorbées par les ions permanganate ne sont pas les mêmes que celles absorbées par les ions nickel.

• L’absorbance d’une solution dépend de la longueur d’onde de la radiation qui traverse la solution :

Nous avons vu précédemment sur les spectres UV-visible que l’absorbance d’une espèce chimique dépend de la longueur d’onde de la radiation qui traverse la solution contenant cette espèce.

• L’absorbance d’une solution dépend du diamètre du récipient contenant la solution :

L 1 L 2

A est d’autant plus grande que le diamètre du récipient est grand

La même solution dans deux récipients différents

• L’absorbance d’une solution dépend de la concentration de l’espèce qui absorbe dans la solution :

Deux solutions contenant la même espèce absorbante mais de concentrations différentes, dans des récipients de même diamètre

A est d’autant plus grande que la concentration de l’espèce absorbante est grande

4 – Loi de Beer-Lambert

A ( ) . L . c

Avec :

• ε : coefficient d’absorption molaire, en L.cm-1.mol-1 (dépend de la nature de l’espèce absorbante et de la longueur d’onde de la radiation qui le traverse) • L : diamètre de la cuve contenant la solution, en cm• c : concentration molaire de l’espèce absorbante dans la solution étudiée, en mol.L-1

Pour une espèce et une longueur d’onde donnée, ε et l sont des constantes, donc l’absorbance est proportionnelle à la concentration de la solution :

A

C (mol.L-1)

Le graphe A = f(C) est donc une droite qui passe par l’origine