Analyse spectrale - spectroscopie UV visible

Analyse spectrale - spectroscopie UV visible

Notre professeur de physique-chimie, M. Rachini, vous invite à découvrir ou revoir le cours d'analyse spectrale sur la spectroscopie UltraViolet (UV) visible, cours au programme de terminale, grâce à sa fiche de révision. Idéal pour se préparer à...

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Notre professeur de physique-chimie, M. Rachini, vous invite à découvrir ou revoir le cours d'analyse spectrale sur la spectroscopie UltraViolet (UV) visible, cours au programme de terminale, grâce à sa fiche de révision. Idéal pour se préparer à l'épreuve du Baccalauréat scientifique !

I - Dispositif expérimental

Le dispositif peut être schématisé comme suit (on appelle Spectrophotomètre) :

  • Une source lumineuse polychromatique continue qui doit émettre des longueurs d'onde entre 190 et 750 nm pour couvrir toute la zone des Ultraviolet-Visible.
  • Un système de focalisation de la lumière vers la fente
  • Un monochromateur permettant de sélectionner la longueur d'onde désirée
  • Une cuve d'une largeur l contenant la solution à analyser
  • Un détecteur qui détecte l'intensité transmise et ainsi déduire l'intensité absorbée par la solution
  • Un système d'affichage permettant de suivre l'évolution de l'absorbance A d'une solution donnée en fonction des longueurs d'onde.
Pour une longueur d'onde donnée, l'absorbance est estimée en comparant l'intensité transmise I par rapport à l'intensité incidente I 0.

On définit la transmittance T par le rapport I sur I 0, Tel que : T = Equation (1)
On définit également, l'absorbance A par :
A = -log log Equation (2)

Pour chaque longueur d'onde?, une absorbance est mesurée, ce qui permet d'établir le spectre d'absorption UV-Visible d'une solution en fonction des longueurs d'onde.
L'absorbance est une grandeur sans unité qui est d'autant plus grande que le rayonnement est absorbé.

Exclu digiSchool : Voici les explications de M. Rachini en vidéo pour une meilleure compréhension !

II - Interprétation d'un spectre UV-Visible

1 - Loi de Beer-Lambert

L'absorbance A mesurée par un spectrophotomètre dépend de plusieurs facteurs:
- La largeur L de cuve de spectroscopie
- La concentration C de la substance dissoute
- Le coefficient d'absorption molaire ? aussi appelé coefficient d'extinction molaire. Il s'agit d'une grandeur qui dépend de l'espèce dissoute en solution, du solvant utilisé et de la longueur d'onde de la source lumineuse.

Ces grandeurs sont liées par la loi de Beer Lambert:

  A = ?.L.C Equation (3)
Avec A sans unité, ? en L.mol -1.cm -1, C en mol.L -1 et L en cm

2 - Interprétation d'un spectre UV-Visible d'une solution donnée

U n spectre UV-visible comporte toujours une longueur d'onde ( ? max) pour laquelle l'absorbance est maximale (A max)
? max est une grandeur caractéristique propre à chaque espèces chimique. Elle permet donc d'identifier l'espèce chimique en solution. 
Cet espèce est dite colorée parce qu'elle absorbe certaines radiations lumineuses dans le domaine du visible. Cela se manifeste par un maximum d'absorption sur le spectre.
Quand une molécule présente un maximum d'absorbance pour une longueur d'onde ? max, cela veut dire que la couleur correspondante est la plus absorbée.

La couleur perçue par l'observateur est alors sa couleur complémentaire.
La couleur complémentaire correspond à la couleur opposée sur la roue des couleurs.
Exemple : Quand le spectre UV-Visible d'une espèce présente une ? max vers 600 nm (couleur orange absorbée), la couleur perçue (diffusée) est le violet (l'opposé de la couleur orangée sur la roue des couleurs.

III - Les molécules colorées

1 - Les chromophores

Les chromophores sont des molécules chimiques contenant dans leur structure des doubles liaisons conjuguées.
Les systèmes conjugués sont définis par une alternance de liaisons simples et de liaisons doubles ou par un système constitué d'une liaison double suivi d'une liaison simple lié à un atome pourtant un doublet d'électrons non lié.
Les électrons des doubles liaisons sont délocalisés à l'ensemble du chromophore et ils peuvent se déplacer le long de la molécule. La conséquence directe de cet effet est que le chromophore peut absorber des photons de certaines longueurs d'onde. Plus le nombre de doubles liaisons conjuguées est grand, plus la longueur d'onde d'absorption est décalée vers les grandes longueurs d'onde (vers le domaine de visible).

2 - Les auxochromes

Un auxochrome est constitué d'un groupement d'atomes situés au voisinage direct du chromophore, et qui intervient alors sur la délocalisation électronique de celui-ci.
Les auxochromes sont capables de modifier la longueur d'onde ? max absorbée par le chromophore, ainsi que la valeur de l'absorbance correspondante.
On peut citer plusieurs effets :
- Effet bathochrome : Augmentation de ? max
- Effet hypsochrome : Diminution de ? max
- Effet hyperchrome : Augmentation de l'absorbance.
- Effet hypochrome : Diminution de l'absorbance.

3 - Règles de Woodward-Fieser

Les règles de Woodward-Fieser permettent de prédire théoriquement la longueur d'onde d'absorption ? max en prenant en compte le chromophore et l'influence des éventuels auxochromes.
Exemple, pour un diène, on a un ? max de départ de 215 nm.
Puis, à chaque fois que l'on rajoute un groupement au chromophore, on ajoute un incrément à la longueur d'onde ? max..
La valeur de cet incrément est donnée par la liste ci-après (quelques exemples):
- Ajout d'une double liaison conjuguée : + 30 nm
- Groupement alkyle (ex -CH 3) : + 5 nm
- Ether : + 6 nm
- Amine : + 60 nm

IV - Les applications de la spectroscopie UV-visibles

Les spectres d'absorption UV-Visible sont utilisés dans le cadre de dosages chimique. Il suffit, pour une molécule colorée donnée de repérer sur son spectre la longueur d'onde d'absorption ? max associée au maximum d'absorption. Et Ainsi remonter à la concentration de la molécule en solution, en utilisant la loi de Beer-Lambert : A = ?.L.C
Par conséquence, l'absorbance A est proportionnelle à la concentration C.
En pratique, on se place à une longueur d'onde = ? max, on mesure l'absorbance et on en déduit ainsi la valeur de la concentration.
Fin de l'extrait

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Les avis sur ce document

floflo9
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20/20

Cours très intéressant, merci car je n'avais pas compris.

par - le 22/01/2015

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