Le spectrophotomètre est un instrument qui permet de mesurer l'absorbance A d'une solution. L'absorbance représente le taux d'absorption de la lumière par cette solution à une longueur d'onde donnée. Comprendre cette propriété est essentiel pour l'identification et le dosage des espèces chimiques en solution.
Absorbance (A)
Grandeur sans unité qui mesure la capacité d'une solution à absorber la lumière à une longueur d'onde spécifique. Plus l'absorbance est élevée, plus la solution absorbe de lumière.
Coefficient d'extinction molaire (ε)
Constante caractéristique d'une espèce chimique pour une longueur d'onde et une température données, exprimée en L·mol⁻¹·cm⁻¹. Elle quantifie l'efficacité de l'absorption de la lumière par l'espèce.
Loi de Beer-Lambert
Relation fondamentale en spectrophotométrie qui établit une proportionnalité directe entre l'absorbance d'une solution, sa concentration, l'épaisseur de solution traversée et le coefficient d'extinction molaire de l'espèce absorbante.
Longueur d'onde (λ)
Caractéristique d'une radiation lumineuse, déterminant sa couleur. Elle est exprimée en nanomètres (nm) et est cruciale pour l'analyse spectrophotométrique.
Cercle chromatique
Outil visuel permettant de déterminer la couleur complémentaire d'une couleur absorbée par une solution, et ainsi de prévoir sa couleur apparente.
Qu'est-ce que l'Absorbance et la couleur des solutions ? Une solution est dite colorée si elle absorbe une partie des radiations de la lumière blanche qui la traverse. Les radiations non absorbées sont transmises et perçues par l'œil, donnant sa couleur apparente à la solution. Le spectrophotomètre mesure cette absorption, appelée absorbance (A), pour différentes longueurs d'onde, permettant d'obtenir un spectre d'absorption. Ce spectre montre les longueurs d'onde pour lesquelles la solution absorbe le plus.
Spectre d'absorption et lumière visible
La couleur apparente d'une solution est la couleur complémentaire de la couleur absorbée. Par exemple, si une solution absorbe le rouge (environ 630 nm), elle apparaîtra cyan. Le cercle chromatique est un outil pratique pour visualiser cette relation.
Cercle chromatique
La loi de Beer-Lambert La quantité de lumière absorbée par une solution, mesurée par l'absorbance A, dépend de plusieurs facteurs clés :
- L'épaisseur de solution traversée (l), c'est-à-dire la largeur de la cuve (en cm).
- La concentration (C) de l'espèce chimique absorbante (en mol·L⁻¹).
- Le coefficient d'extinction molaire (ε) de l'espèce absorbante à la longueur d'onde choisie (en L·mol⁻¹·cm⁻¹).
Ces facteurs sont liés par la loi de Beer-Lambert, qui s'exprime par la formule :
Loi de Beer-Lambert
Pour une espèce chimique donnée, une longueur d'onde choisie (souvent celle où l'absorption est maximale, λmax) et une cuve de largeur fixe, les paramètres ε et l sont constants. Dans ces conditions, l'absorbance A est directement proportionnelle à la concentration C de l'espèce chimique en solution : A = k × C, où k = ε × l est une constante de proportionnalité.
Courbe d'étalonnage et dosage spectrophotométrique La relation de proportionnalité entre l'absorbance et la concentration permet de réaliser des dosages spectrophotométriques. Pour cela, on construit une courbe d'étalonnage (ou droite d'étalonnage) en mesurant l'absorbance de plusieurs solutions de concentrations connues (solutions étalons).
Cette courbe, représentant A = f(C), est une droite qui passe par l'origine du repère (0;0), tant que la loi de Beer-Lambert est respectée. Une fois la courbe établie, on peut doser une solution de concentration inconnue en mesurant son absorbance et en déterminant sa concentration correspondante par lecture graphique ou par calcul à partir du coefficient directeur k.
Courbe d'étalonnage A=f(C)
**Attention** : La loi de Beer-Lambert n'est valable que pour des solutions peu concentrées (généralement A < 2). Pour des solutions trop concentrées, il est nécessaire de les diluer avant de réaliser la mesure pour obtenir des résultats fiables.
A retenir :
En résumé :
- L'absorbance (A) mesure la capacité d'une solution à absorber la lumière à une longueur d'onde spécifique.
- La couleur apparente d'une solution est la couleur complémentaire des radiations qu'elle absorbe.
- La loi de Beer-Lambert est donnée par la relation A = ε × l × C.
- Pour une longueur d'onde et une épaisseur de cuve données, l'absorbance est directement proportionnelle à la concentration (A = k × C).
- La courbe d'étalonnage A = f(C) est une droite passant par l'origine, utilisée pour déterminer la concentration d'une solution inconnue.
- La loi de Beer-Lambert n'est valide que pour les solutions suffisamment diluées (A < 2).