Spectrométrie d'absorption

La spectrométrie d'absorption est une méthode physique d'analyse chimique. Elle s'utilise essentiellement sur les liquides.



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Spectroscopie - Mesure physique - Métrologie

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  • La spectroscopie d'absorption atomique (SAA) est basée sur le principe que les atomes libres peuvent absorber la lumière d'une certaine longueur d'ondes.... (source : student.ulb.ac)

La spectrométrie d'absorption est une méthode physique d'analyse chimique. Elle s'utilise essentiellement sur les liquides.

La couleur d'un corps en transmission (transparence) représente sa capacité à absorber certaines longueurs d'onde. L'absorption d'une longueur d'onde λ par un produit est modélisée par la loi de Beer-Lambert :

I = I_0 \cdot eˆ{-\mu \cdot \rho \cdot x}

Analyse qualitative

Connaissant la densité d'un produit et le chemin x parcouru par la lumière, si on mesure l'intensité sortant du produit, on peut déterminer le cœfficient d'absorption pour la longueur d'onde reconnue.

Les pics d'absorption (maxima de µ) correspondent à des transitions électroniques (quantifiées), et sont par conséquent caractéristiques de la nature des atomes et de leurs liaisons chimiques.

Ceci sert à reconnaître la nature chimique de certains produits. C'est surtout l'absorption de longueurs d'onde données de la lumière solaire qui a permis de découvrir que le Soleil était entouré de gaz, ce qui amena à la découverte de l'hélium.

Analyse quantitative

Supposons qu'on ait :

alors, pour un mélange des produits 1 et 2, avec une masse volumique respective ρ1 et ρ2, on aura :

I(\lambda_1) = I_0 (\lambda_1) \cdot eˆ{-(\mu_1(\lambda_1) \cdot \rho_1 + \mu_2(\lambda_1) \cdot \rho_2) \cdot x} \simeq I_0 (\lambda_1) \cdot eˆ{-\mu_1(\lambda_1) \cdot \rho_1 \cdot x}
I(\lambda_2) = I_0 (\lambda_2) \cdot eˆ{-(\mu_1(\lambda_2) \cdot \rho_1 + \mu_2(\lambda_2) \cdot \rho_2) \cdot x} \simeq I_0(\lambda_2) \cdot eˆ{-\mu_2(\lambda_2) \cdot \rho_2 \cdot x}.

La mesure des intensités respectives de λ1 et λ2 permet par conséquent de déterminer ρ1 et ρ2, et par conséquent de déterminer les proportions du mélange. Cela nécessite un étalonnage pour s'abstraire de l'intensité I0 (λ) et de l'absorption propre de l'appareil. On travaille généralement en rapport d'intensité :

\frac{I(\lambda_1)}{I(\lambda_2)} \simeq \frac{I_0(\lambda_1)}{I_0(\lambda_2)} \cdot eˆ{(\mu_2(\lambda_2) \cdot \rho_2 -\mu_1(\lambda_1) \cdot \rho_1)\cdot x}

soit

\mu_2(\lambda_2) \cdot \rho_2 -\mu_1(\lambda_1) \cdot \rho_1 \simeq \frac{1}{x} \cdot \ln \left ( \frac{I(\lambda_1)}{I(\lambda_2)} \cdot \frac{I_0(\lambda_2)}{I_0(\lambda_1)} \right ).

La seconde équation est celle donnant la masse volumique totale ρ :

ρ = ρ1 + ρ2.

En général, si on a un mélange de n produits ayant chacun un pic d'absorption caractéristique pour une longueur d'onde donnée λi, on a alors un dispositif de n équations à résoudre :

I(\lambda_i) = I_0(\lambda_i) \cdot \exp \left (- x \cdot \sum_{j = 1}ˆn \mu_j (\lambda_i) \cdot \rho_j \right )

et

\sum_{j = 1}ˆn \rho_j = \rho.

Applications

Outre l'analyse chimique, on utilise cette méthode pour déterminer le pourcentage d'oxygénation du sang (oxymétrie) mais aussi le pouls.

Annexes

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