SPECTROPHOTOMÉTRIE OPTIQUE

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Instruments et applications

En spectrophotométrie stationnaire (d'absorption ou d'émission), il existe actuellement sur le marché différents types d'appareils dont les coûts sont proportionnels à leurs performances techniques. Ils se différencient principalement par : l'étendue du domaine spectral balayé ; la précision dans la mesure des maximums d'absorption ou d'émission (de 0,5 à 4-5 nm), liée au pouvoir de résolution et à la reproductibilité des longueurs d'onde ; la bonne reproductibilité des grandeurs mesurées, à savoir I0, It et Ie, qui dépendent des dérives potentielles de chacun des composants ; la gamme de lecture des signaux. Ainsi, pour un spectrophotomètre d'absorption (haut de gamme), les valeurs de D.O. (U.V.V.) peuvent s'étendre sur une plage de plusieurs unités (5 × 10—3 < D.O. < 3-3,5) avec une précision photométrique qui se situe entre 0,003 et 0,03 unité d'absorbance selon la longueur d'onde et les taux de lumière parasite et du bruit de fond.

La nouvelle génération des spectrophotomètres est entièrement automatisée. Ils permettent l'enregistrement rapide, routinier et répétitif des spectres d'absorption ou d'émission avec un nombre de manipulations considérablement réduit et, donc, un faible coût d'exploitation ; dans ce cadre, on peut citer l'emploi des supports multicuves, des dispositifs d'analyse par injection de flux continu, l'utilisation de « sonde crayon » (fibre optique) qui plonge directement dans la solution, quels que soient la forme et le matériau du récipient, et qui évite l'emploi des cuves traditionnelles.

Les nombreux avantages que présentent les spectrophotométries optiques d'absorption ou d'émission ont fait de ces techniques de puissants outils de la chimie analytique. Elles sont : sélectives, car seules les espèces absorbantes donnent lieu à un signal et, dans un mélange, la séparation des composants peut ainsi devenir inutile ; spécifiques, car la position des maximums d'absorption sont caractéristiques de la présence des groupements fonctionnels organiques (2,5 μm < λ < 15 μm) ou de certains chromophores (U.V.V.). De plus, la plupart des composés biologiques absorbent dans la région 200 < λ < 900 nm. Il est clair que la connaissance des groupements fonctionnels ou des chromophores présents dans une molécule est une condition nécessaire, mais non suffisante, pour l'identification complète de cette dernière. L'individualité du spectre d'absorption (I.R. moyen) est un atout majeur dans la différenciation de composés organiques voisins. Cette spécificité de l'absorption I.R. est appliquée, par exemple, dans l'analyse quotidienne des polluants atmosphériques.

Longueur d'onde d'absorption de chromophores et de groupements fonctionnels

Tableau : Longueur d'onde d'absorption de chromophores et de groupements fonctionnels

Longueur d'onde d'absorption caractéristique de quelques chromophores et de quelques groupements fonctionnels (M: métal, fer ou nickel). 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Ces techniques sont aussi adaptables, toutes les molécules n'ayant pas la propriété d'absorber ou d'émettre dans une région spectrale aisément accessible (cas de nombreux composés inorganiques ou organiques qui ne présentent pas de noyaux aromatiques). Pour les rendre observables, il suffit de les transformer chimiquement en un dérivé absorbant ou luminescent, après fixation d'un chromophore ou d'un fluorophore.

Analyse de quelques composés après réaction chimique avec un chromophore ou un fluorophore

Tableau : Analyse de quelques composés après réaction chimique avec un chromophore ou un fluorophore

Exemple de l'analyse de quelques composés après réaction chimique avec un chromophore ou un fluorophore. 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Enfin, ces techniques sont, d'une part, quantitatives et sensibles, l'exploitation des spectres d'absorption reposant sur la relation linéaire entre la concentration et la D.O. dans certaines conditions (loi de Beer-Lambert), et, d'autre part, faciles à mettre en œuvre à température ambiante et en présence d'air (si λ > 200 nm). C'est le cas des spectrophotométries d'absorption ou de fluorescence, la phosphorescence nécessitant l'usage des basses températures.

En résumé, pour l'identification et le dosage d'un très grand nombre de composés, les spectrophotométries d'absorption ou d'émission peuvent être utilisées seules ou en complémentarité l'une de l'autre. Leur mode de détection peut aussi être couplé à d'autres techniques d'analyse ; on peut citer, à titre d'exemple, l'application de la fluorimétrie à la chromatographie en phase liquide. Le domaine d'application de ces techniques est très vaste : il va de l'industrie (agro-alimentaire, biomédicale, pharmaceutique, pétrolière...) à la recherche fondamentale et appliquée.

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Classification de la spectrophotométrie optique d'absorption en fonction de la longueur d'onde et de l'énergie du faisceau incident

Classification de la spectrophotométrie optique d'absorption en fonction de la longueur d'onde et de l'énergie du faisceau incident
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Techniques de spectrophotométrie optique

Techniques de spectrophotométrie optique
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Schéma de principe d'un spectrophotomètre classique

Schéma de principe d'un spectrophotomètre classique
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Spectres de raies (atomes) ou de bandes (molécules)

Spectres de raies (atomes) ou de bandes (molécules)
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  • : docteur ès sciences, ingénieur de recherche

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Pour citer l’article

Dora GRAND, « SPECTROPHOTOMÉTRIE OPTIQUE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 04 décembre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/spectrophotometrie-optique/