Spectroscopie ultraviolette et visible
Interprétation d’un spectre d’absorption UV-Visible.
Le spectre UV-Visible
Afin d'obtenir un spectre UV-visible, la solution est soumise aux rayonnements dont la longueur d'onde est comprise dans l'intervalle 200-400 nm (domaine des ultraviolets) et dans l'intervalle 400-800 nm (domaine de la lumière visible).
Pour chaque longueur d'onde, l'absorbance est mesurée et les données recueillies sont utilisées pour tracer les variations de l'absorbance (en ordonnées) en fonction de la longueur d'onde (en abscisse). Le graphique ainsi obtenu constitue un spectre UV-visible.
Identifier une espèce avec un spectre UV-Visible
Un spectre UV-visible comporte toujours une longueur d'onde (λmax) pour laquelle l'absorbance est maximale (Amax)
Spectre UV-visible d'une molécule.
λmax est une grandeur caractéristique du composé analysé. Elle peu donc permettre d'identifier l'espèce chimique en solution. Cependant des molécules proches peuvent avoir des λmax très similaires.
La forme du spectre a aussi son importance. Il peut exister des maxima locaux (plusieurs pics) également caractéristiques du composé.
La spectrométrie UV-visible est très utilisée pour :
· L'analyse quantitative d'une molécule connue,
· Le suivi de l'évolution d'une concentration d'une molécule donnée lors d'une réaction chimique,
· Comme détecteur en aval d'une autre méthode d'analyse (CCM, chromatographie liquide).
Le déroulé d'une analyse
· On dissout la substance à analyser dans un solvant approprié. La solution obtenue est versée dans une cuve destinée à être placée dans le spectroscope. Afin de ne pas fausser les mesures, la cuve et le solvant choisis ne doivent pas absorber les rayonnements émis par le spectroscope.
· Les faces de la cuve placée dans le faisceau UV-visible doivent être parfaitement propres et exemptes de rayures. Elle peut être nettoyée au moyen de papier joseph (papier très fin n’entraînant pas de micro-rayures). En versant le mélange dans la cuve, il faut également s'assurer qu'aucune bulle ou impureté pouvant impacter le rayonnement incident ne soit présentes.
· Le logiciel dédié à l'appareil permet de commander l'analyse voulue (longueur d'onde, nombre de mesures) et restitue le résultat (spectre, valeurs d'absorbance...) en quelques secondes.
Analyse quantitative
La spectrométrie UV-visible suivant la loi de Beer-Lambert, cela permet d'utiliser cette technologie pour mesurer la concentration d'une molécule en solution. En effet, dans des conditions données (solvant et cuve fixes), la concentration en solution d'une molécule est proportionnelle à son absorbance.
Elle est donc très utilisée pour l'analyse quantitative de molécules connues.
Dans ce cas, on se place à la longueur d'onde maximal λmax à laquelle le composé absorbe afin de faciliter la mesure. S'il s'agit d'un mélange de molécules, on s'assure que seule la molécule à doser absorbe à la longueur d'onde choisie, qui peut alors être différente de λmax.
Ensuite, on réalise une échelle de teinte à la longueur d'onde choisie. C'est-à-dire que la molécule à analyser est préparée à plusieurs concentrations connues à partir d'un standard commercial, dans les mêmes conditions que ce que l'on souhaite analyser (solvant, cuve...).
La droite de l'absorbance en fonction de la concentration en la molécule est alors tracée (régression linéaire).
L'absorbance de l'échantillon est alors reportée sur le graphique et l'on détermine la concentration correspondante.
Remarque : Dans un graphique de l’absorbance en fonction de la concentration (A = y et c = x), la pente de la droite obtenue correspond au produit du coefficient d’extinction molaire avec la largeur de la cellule (m = ε ⋅ A).
La couleur des espèces chimiques
Si le maximum d'absorbance correspond à une longueur d'onde appartenant au domaine des ultraviolets (200 - 400 nm) alors celle-ci est incolore.
Si λmax appartient au domaine du visible (400 - 800 nm) alors l'espèce chimique possède la couleur complémentaire de celle correspondant à λmax.
Les molécules conjuguées, c'est à dire possédant une alternance de simples et doubles liaisons, les aldéhydes et les cétones absorbent très bien les UV. Ceci permet de pouvoir facilement détecter ce type de molécule par spectrométrie UV après une CCM ou une chromatographie liquide notamment.
Suivi de vitesse de réaction
La spectrométrie UV-visible est également une technique de choix pour le suivi de réaction chimique, notamment pour évaluer la vitesse de réaction.
Appareillage
L'appareillage est assez simple et extrêmement robuste. Il ne nécessite pas d'entretien fréquent à part celui de la cuve (amovible) qui doit être parfaitement propre et sans rayures. Il existe également des cuves jetables pour une plus grande facilité d'entretien.
Il est constitué d'une lampe (source du rayonnement) émettant dans tout le spectre UV-visible (lampe avec filament de tungstène, ou à arc au xenon par exemple), d'un monochromateur et d'un détecteur du rayonnement final. Le tout est relié à un ordinateur qui en permet le contrôle.
Le monochromateur permet de sélectionner les longueurs d'onde de travail. Il est basé sur le principe d'un réseau de diffraction permettant de séparer les longueurs d'onde à la manière d'un prisme.
Pour un bon fonctionnement, la lampe doit être régulièrement changée. Le réseau de diffraction doit être vérifié afin de s'assurer qu'il n'y a pas un décalage entre la longueur d'onde demandée et la longueur d'onde réelle.
Pour ce faire au moins une fois par an, des filtres très précis sont placés à la place de la cuve et l'on vérifie que la longueur d'onde détectée correspond bien à la longueur d'onde théorique.
