Thierry CHAUVET Terminale S - Page 1/3 Sciences Physiques au Lycée
NOTIONS DE PHOTOMETRIE
1) Introduction
● Quand un rayonnement traverse un milieu matériel, la probabilité d’absorption des photons associés à ce rayonnement dépend:
- Du nombre de photons incidents, donc du flux énergétique (on appelle flux énergétique Φ d’un faisceau de rayonnement la quantité d’énergie transportée par unité de temps).
- Du nombre de molécules du milieu excitées par le rayonnement.
2) Transmittance
● Un rayonnement monochromatique possède un flux énergétique incident Φi.
● Après avoir traversé un milieu absorbant, le flux transmis du rayonnement vaut Φt.
● On appelle transmittance le rapport:
T = Φt
Φi
● C’est un nombre sans unité compris entre 0 et 1.
3) Absorbance
● Dans la pratique, on utilise pour les mesures l’absorbance (anciennement appelée densité optique) qui est exprimée par:
A = - log T = - log Φt
Φi
● L’absorbance est un nombre (sans unité) compris entre 0 et l’infini.
4) Loi de Beer-Lambert
● Pour une radiation monochromatique donnée, l’absorbance A d’une substance en solution est proportionnelle à sa concentration molaire c et à l’épaisseur l de la solution traversée.
A = ε(λ).c.l l: Epaisseur de la substance absorbante (m) c: Concentration molaire (mol.m-3)
ε(λ): Coefficient d'extinction moléculaire (mol-1.m2)
● ε(λ) est un facteur, peu sensible à la température, caractérisant la substance qui dépend de la longueur d’onde du rayonnement reçu par la substance.
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5) Conditions de validité de la loi de Beer-Lambert
● La lumière utilisée doit être monochromatique. Cette condition est difficile à satisfaire, car une source lumineuse n’est jamais rigoureusement monochromatique, mais émet une bande de radiations situées autour de la longueur d’onde centrale λ.
● Les filtres utilisés au laboratoire ont une bande passante de 20nm.
● Pour déterminer la longueur d’onde de travail, il faut étudier les variations du coefficient d’extinction en fonction de la longueur d’onde. La longueur d’onde choisie pour les mesures est celle qui donne le maximum d’absorption.
● La concentration de la solution doit être faible. Si la solution se rapproche de cet état idéal, les interactions entre les molécules sont négligeables.
● L'absorbance est proportionnelle au nombre de molécules, donc à la concentration. Au delà d'une certaine valeur, cette propriété cesse; la loi de Beer-Lambert n'est plus applicable.
● La solution ne doit pas contenir de précipité. Elle doit être limpide, afin d'exclure tout phénomène parasite.
6) Additivité des absorbances
● Soient deux substances absorbantes 1 et 2 dissoutes respectivement aux concentrations c1 et c2 dans une même solution. Les coefficients d’extinction sont respectivement ε(λ)1 pour la substance 1, ε(λ)2 pour la substance 2. L’épaisseur de la solution (c’est-à-dire celle de la cuve qui contient la solution) est l.
● Pour une radiation monochromatique λ, il n’y a pas d’interaction entre les substances mélangées, l’absorbance totale vaut:
A = ε(λ)
1. c
1. l + ε(λ)
2. c
2. l = (ε(λ)
1. c
1+ ε(λ)
2. c
2) . l
● C’est la loi d’additivité des absorbances qui s’applique quel que soit le nombre de substances mélangées pourvu qu’il n’y ait pas d’interaction entre elles.
● Cette propriété est mise à profit dans les méthodes d’analyse pour déterminer l’absorbance d’un composé.
● On prépare deux cuves:
- Une cuve 1 contenant le solvant, la substance à doser et les réactifs si nécessaire.
- Une autre cuve 2, appelée le "blanc" qui contient tous les composés de la cuve 1 à l’exception de la substance à doser.
● L’absorbance de la substance à doser As est obtenue en faisant la différence entre l’absorbance Aa de la cuve 1 et l'absorbance Ab de la cuve 2 (absorbance du "blanc"). On aura alors:
A
s= A
a– A
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7) Domaine d’application
● La méthode d’analyse utilisant la loi de Beer-Lambert s’appelle absorptiométrie ou spectrophotométrie par absorption. Les perfectionnements apportés aux appareils de mesure, les spectrophotomètres, permettent d’atteindre une grande précision. C’est aujourd’hui la méthode d’analyse la plus importante.
● Ses principaux avantages résident dans le fait que:
- Elle est d’un emploi très général pour tout composé absorbant ou susceptible d’absorber en présence du réactif adéquat.
- Elle est d’une grande sensibilité. Elle permet le dosage des traces.
- Elle est rapide et non destructive puisque les mesures effectuées sont directes.
- Elle permet le dosage d’un corps en présence d’autres corps absorbants grâce à l’utilisation du
"blanc".
8) Le spectophotomètre
● Les différents appareils existants sont conçus avec la même organisation générale.
● On distingue deux parties:
- La partie optique où se produit le phénomène optique.
- La partie électrique qui transforme l'information reçue de la partie optique en mesure.
● L'appareil monofaisceau nécessite de mesurer l'absorbance du blanc. L'opérateur devra calculer la différence entre l'absorbance de la cuve d'analyse et celle du "blanc."
● L'appareil à double faisceau compare le "blanc" à la cuve d'analyse et calcule la différence des absorbances.
L'appareil utilisé en TP nécessite de mesurer l'absorbance du "blanc" puis calcule automatiquement l'absorbance de l'espèce chimique à doser, fonctionnant un peu comme un appareil à double faisceau.
