CHM 1978 – Chimie Analytique Automne 2001

1. CHM 1978 – Chimie AnalytiqueAutomne 2001 Cours 10 – Spectrophotométrie Par: Sébastien Sauvé, Dominic Rochefort et Thomas Ellis

2. 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.

3. 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=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

4. 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)

5. 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.

6. 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: • Pour exciter l’électron, le photon doit donc avoir une énergie égale à E. États excités Énergie E État fondamental

7. Excitation électronique • Cette énergie E correspond donc à une longueur d’onde () spécifique: • 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).

8. 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)

9. Transmittance et Absorbance Io I • Transmittance: C’est la fraction du faisceau qui ressort de la solution (la fraction transmise): • Absorbance: aussi appelée densité optique, l’absorbance est la valeur qui est reliée directement à la concentration.

10. Loi de Beer-Lambert • Absorbance est reliée à la concentration selon la loi de Beer-Lambert: • A = Absorbance (unités arbitraires) •  = Absorptivité molaire (M-1 cm-1) • L = Trajet optique (cm) • c = concentration de l’analyte (M)

11. 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.

12. Linéarité de la loi Beer-Lambert • L’absorbance d’une solution varie linéairement avec la concentration jusqu’à une certaine concentration 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. Amax