Spéctrophotométrie Flashcards
1
Q
De quoi est composée une onde électromagnétique ?
A
- une composante magnétique utilisée pour RMN
- une composante électrique utilisée pour phénomènes de transmission, réflexion, réfraction et absorption
2
Q
Que permet l’onde électromagnétique ?
A
Permet de transporter de l’énergie dans le vide
3
Q
Equation de Planck ?
A
𝐸 = ℎ𝑐/λ
h = constante de Planck = 6,63.10^-34 J.s
c = vitesse de la lumière = 3.10^8 m.s-1
λ = longueur d’onde en m
4
Q
Comment est classé le rayonnement ?
A
Le rayonnement est classé dans différents domaines en fonction des longueurs d’onde ou niveau d’énergie
=> Ex : Ultra violet domaine de longueur d’onde entre 200 et 400 nm.
5
Q
D’après l’équation de Planck qu’implique un rayonnement avec une petite longueur d’onde ?
A
Un haute énergie
6
Q
Domaine visible ?
A
400/800 nm
7
Q
Définition de la matière ?
A
Matière = assemblage de particules élémentaires = non continue
8
Q
Quel est le type de valeurs de l’énergie non continue ?
A
Valeurs discrètes
9
Q
Comment peut on calculer l’énergie totale d’un édifice atomique ?
A
Il peut se mettre sous la forme de la somme suivante :
* E = Eélec + Evib + Erot + Etrans
Avec :
* Eélec représente l’énergie électronique
* Evib l’énergie vibrationnelle
* Erot l’énergie rotationnelle
10
Q
Qu’est ce que l’énergie quantique ?
A
=> Niveaux quantifiés
Eélec = 10 Evib = 100 Erot
11
Q
Quel est m’effet d’une onde électromagnétique sur l’atome ?
A
Modification de l’énergie de l’édifice
=> Excitation des électrons : Niveau d’énergie
fondamental (EF) à niveau d’état excité (EE) => Interactions électromagnétiques
12
Q
Réaction de l’atome face à l’apport d’énergie ?
A
L’énergie apportée par la radiation 𝐸 = ℎ𝑐/λ permet de passer d’un E1à un niveau E2
13
Q
Relation entre E1 et E2 ?
A
𝐸2 − 𝐸1 = ∆𝐸 = ℎ𝑐/λ
14
Q
Relation entre une longueur d’onde et une transition énergétique ?
A
- A une longueur d’onde absorbée correspond une transition énergétique
- A un atome ou une molécule ne correspondent que des niveaux d’énergies donnés donc des transitions données donc des longueurs d’onde données <=> domaine spectral
15
Q
Définition, de l’absorption ?
A
Phénomène au cours duquel une espèce chimique atténue sélectivement la puissance P0 (l’intensité I0) du rayonnement électromagnétique incident
16
Q
Définition de la spectrophotométrie optique ?
A
Analyse des modifications spectrales (longueur d’onde et intensité) de l’article lumière incidente, le plus souvent monochromatique, après son interaction avec la matière (atomes, molécules à l’état gazeux, liquide ou solide)
17
Q
A quoi correspondent ε et λ ?
A
λ = Longueur d’onde
ε = Intensité (coeff. d’extinction molaire)
18
Q
Transition électronique ?
A
- Longueur d’onde du rayonnement : 300 - 800 nm
- Domaine spectral : UV - Visible
19
Q
Transition vibrationnelle ?
A
- Longueur d’onde du rayonnement : 1 µm
- Domaine spectral : Infrarouge
20
Q
Type de transition quantique avec les rayons Gamma ?
A
Changement de configuration nucléaire
21
Q
Type de transition quantique avec les UV-visible ?
A
Changement de distribution électronique
22
Q
Type de transition quantique avec les IR ?
A
Changement de configuration => Etude des vibrations des atomes
23
Q
Type de transition quantique avec les RMN/Onde radio ?
A
Changement de spin
24
Q
Dans la pharmacopée rôle des IR et UV sur l’Ofloxacine ?
A
- IR : analyse qualitative (identification)
- UV : analyse quantitative (dosage)
25
Dans la pharmacopée rôle des IR et UV sur le Dichlorhydrate de cétirizine ?
IR et UV : analyse qualitative
26
Absorption de l'énergie du photon ?
h*nu => passage de l’état fondamental EF à l’état excité EE
27
Quelles entités sont concerné par l'absorption de l'énergie des photons ?
Concerne les électrons de valence ou les
électrons externes => Seules certaines transitions sont permises :
n --> σ*
n --> π* et π-->π*
28
Relation entre nu et λ ?
nu = 1/λ
29
Déplacement des électrons lors des effets des ondes électromagnétiques ?
Passage du niveau de plus haute énergie occupé au niveau de plus basse énergie vacante
30
Avantage des échanges d'énergie réalisés lors de l'absorption ?
Les échanges de chaleur sont peu intenses : pas de perturbation du milieu, méthode non destructrice
31
Définition de chromophore ?
Groupement fonctionnel permettant l’absorption
32
Exemples de chromophores ?
Molécules conjuguées, aromatiques,
comprenant des hétéroatomes
33
Condition que le solvant doit respecté lors de la spectrophotométrie ?
Le solvant ne doit pas absorbé dans le domaine de "recherche"
34
Spectre de raies ?
Des transitions permises sur un seul niveau
d’énergie
35
Transition du sodium ?
Cas du sodium : 1 seul électron périphérique
Transition :
=> 3s 3p : 590 nm
=> 3s 4p : 330 nm
=> 3s 5p : 285 nm
36
Spectre de bande ?
Plusieurs niveaux d’énergie accessibles
37
Aspect des spectres de bande à l'état gazeux, liquide et solide ?
Etat gazeux : bandes fines
Etats solide et liquide : bandes larges
38
Définition de l'absorption ?
Phénomène au cours duquel une espèce chimique atténue sélectivement la puissance P0 du rayonnement électromagnétique incident. La puissance du faisceau incident est donc plus forte que celle du faisceau émergent P. Elle mesure donc la capacité de la substance à absorber la lumière que la traverse
39
Quelles autres activités peuvent faire diminuer la valeur de la puissance du rayonnement électromagnétique incident ?
* Perte par réfraction aux interfaces
* Perte par diffusion dans la solution
MAIS :
=> P < P0 :
- effets mineurs : réfraction et diffusion
- effet majeur : absorption de l’énergie par le soluté présent en solution
40
Mesure de la transmittance ?
=> T
* fraction du rayonnement incident qui est transmis par le milieu suite aux interactions
* Plus l’atténuation du signal est forte plus la transmittance
est faible.
* Comprise entre 0 et 1 ou 0 et 100%.
* Sans unité
* 𝑇 = 𝐼/𝐼0
* 𝑇% = (𝐼/𝐼0)*100
* 𝑇= 10^-A
41
Mesure de l'absorbance ?
* définie comme –log T
* Plus l’atténuation du signal est forte plus
l’absorbance est forte
* 𝐴 = − log 𝑇 = − 𝑙𝑜𝑔*(𝐼/𝐼0)
42
Loi de Beer-Lambert ?
𝐴 = 𝜀*l*C
𝜀 : coefficient d’extinction molaire
C : Concentration soluté
l : trajet optique en cm
43
Coefficient d'extinction molaire ?
* Ou absorptivité molaire
* défini à une longueur d’onde donnée, pour un solvant donné et à une T° donnée
* Unité : L.cm-1.mol-1
* Cas particulier : coefficient d’extinction spécifique qd concentration exprimée en g/L
44
Absorbance spécifique ?
* A^1%
* Absorbance de la solution à 1g pour 100 mL ou 10 g/L qd le trajet optique est de 1 cm
45
Exemples d'erreurs chimiques ?
* Instabilité de la solution
* En cas de complexation nécessaire : excès de complexant nécessaire pour que l’équilibre soit complètement déplacé <=> éviter les interférences
* Effet solvant : spectre diffère
46
A quoi peut être due l'instabilité de la solution ?
au pH : (pp acido basique du soluté ou réactivité du soluté aux acides/Bases)
à la température
47
A quoi peut être dû "l'effets solvant" (spectre qui diffère) ?
aux interactions intermoléculaires possibles
aux pp acidobasiques éventuelles du soluté dans l’eau => Ex : acide acétique
absorption du solvant (cut-off)
48
Cut off de l'acétone ?
330 nm
49
Quelles peuvent être les erreurs instrumentales ?
- Usure de l’appareillage (cellule photoélectrique, lampe)
- Rayonnement parasite
- Mauvais entretien <=> Étalonnage des longueurs d’onde et des absorption
- Absorption de cuve en verre dans le domaine des UV => donc utilisation en cuve en quartz (ou plastique pour usage unique)
- Bande passante trop large
50
Quel est le principal problème d'un bande passante trop large ?
* Transmittance mesurée en λ = moyenne des transmittances mesurées entre λA et λB => Absorbance mesurée
* D'où Absorbance mesurée < Absorbance réelle => ΔA
* ΔA est d’autant plus gd que solution est concentrée et que la pente du spectre est forte => dc mesure au niveau des max d'absorption
51
Quelles sont les conditions d'application de la loi de Beer-Lambert ?
- Lumière monochromatique (Absorbance pour une longueur d’onde donnée)
- Bande passante la plus faible
- Solutions suffisamment diluées
- Etre au maximum d’absorption
- Soluté stable en solution et sous l’effet de l’irradiation
- Solution limpide (évite la diffusion)
- Utilisation de cuves transparentes aux UV
52
Sur quelle valeurs T est mesurable ?
T mesurable = 10-3 => Amax = 3 => car les spectrophotomètre ne peuvent pas donner une T inférieure à 10^-3
53
Comment peut on avoir une erreur minimal sur C ?
Si transmission optimale <=> T = 0,368 <=> A = 0,434
54
Qu'est ce que la loi d'additivité ?
* Quand plusieurs espèces absorbent, l’absorbance mesurée à une longueur d’onde donnée est la somme des absorbances de chacune des espèces
* 𝐴^λ = Σ𝑖 𝐴𝑖 =Σ𝑖 (𝜀𝑖 l 𝐶)
55
Espèces absorbantes ?
* Espèce organique : excitation des électrons qui participent à la formation des liaisons
* Espèces inorganiques
* Complexe à transfert de charge
56
Pourquoi les espèce inorganiques peuvent être des espèces absorbantes ?
: pour les ions simples (Co2+) ou complexes (MnO4-) des 2 premières séries de transitions,
excitations des e- de la couche d. L’absorption se fait plutôt dans le domaine du visible
57
En quoi les complexes à transfert de charge sont des espèces absorbantes ?
* Transfert de charge : entre un groupement donneur d’e- lié à un groupement accepteur
d’e-
* L’électron passe du donneur à une orbitale associée à l’accepteur (≈ transition électronique
intermoléculaire), ce qui diffère de la transition électronique intramoléculaire.
Ex :
* cas du complexe Fe2+ - ortho-phénantroline
* Phénomène de π-π stacking
58
En quoi les complexes à transfert de charge sont des espèces absorbantes ?
* Transfert de charge : entre un groupement donneur d’e- lié à un groupement accepteur
d’e-
* L’électron passe du donneur à une orbitale associée à l’accepteur (≈ transition électronique
intermoléculaire), ce qui diffère de la transition électronique intramoléculaire.
Ex :
* cas du complexe Fe2+ - ortho-phénantroline
* Phénomène de π-π stacking
59
Relation entre la variation de λ et son milieu ?
* λ est fonction du milieu et de l’indice de réfraction, une même molécule peut donc avoir des spectres différents en fonction du solvant et de sa polarité (interactions solvant – soluté)
* Transition n --> π* : λ diminue qd polarité augmente
* Transition π --> π* : λ augmente qd polarité augmente
60
Comment le pH d'une solution peut influencer λ ?
Le pH du milieu peut entraîner l’ionisation d’un groupement
=> Spectre diffère si les 2 formes n’absorbent pas de la même façon
61
Quand peut-on rencontrer un point isobestique ?
Seules 2 espèces sont en solution et ont le même ε
62
Qu'est ce qu'un Auxochrome ?
Groupement saturé lié à un chromophore et qui modifie la longueur d'onde et l'intensité de
l'absorption maximale. Ex. : OH, NH2, Cl...
63
Qu'entraine la substitution des chromophores par groupements donneurs ou accepteurs ?
Effet sur la longueur d’onde et l’intensité d’absorption
64
Qu'est-ce que la conjugaison ?
l’enchainement d’insaturations a un effet sur la longueur d’onde : plus le nb est gd plus les niveaux d’énergie sont proches => ΔE => faible λ augmente
65
Quels sont les différents effets observés lors d'une conjugaison ?
* effet bathochrome
* effet hypsochrome
* effet hyperchrome
* effet hypochrome
66
Effet bathochrome ?
Glissement vers les plus grandes longueurs d’onde <=> vers le domaine visible
67
Effet hypsochrome ?
Glissement vers les plus faibles longueurs d’onde <=> vers le domaine UV
68
Effet hyperchrome ?
Augmentation de l’intensité lumineuse
69
Effet hypochrome ?
Diminution de l’intensité lumineuse
70
Principe du spectrophotomètre ?
1) Source stable d’énergie rayonnante
2) Sélecteur de longueur d’onde
3) CUVE
4) Détecteur
5) Dispositif de traitement et d’affichage du signal
71
Exemple de sources stable d'énergie rayonnante ?
Lampe tungstène (Vis) 350-2200 nm
Lampe Deutérieum (UV) 160-380 nm
72
Rôle du sélecteur de longueur d'onde ?
permet d’isoler un domaine limité de λ (bande passante) : Filtres et monochromateur (prisme ou réseau)
73
Matériaux utilisés pour les cuves ?
Quartz (UV)
Verre, plastique (Vis)
74
Rôle du détecteur ?
* Transforme le faisceau transmis en un signal
mesurable => + Amplification
* Tubes photomultiplicateurs ou barrettes de diodes
75
Avantage du spectrophotomètre monofaisceau ?
- peu coûteux
- pratique pour analyses quantitatives à 1 longueur d’onde. Le réglage de la référence pour chaque longueur d’onde => MAIS lourd qd balayage spectral
76
Principe du spectrophotomètre monofaisceau ?
(1) Obturateur <=> réglage T = 0
(2) Cuve contient blanc = matrice sans analyte <=> T = 100%
(3) Cuve contient la solution à analyser <=> T de l’échantillon
77
Principes du spectrophotomètre double faisceau ?
(1) 2 cuves contiennent le blanc
(2) Cuve contient blanc + Cuve contient la solution à analyser
78
Avantage du spectrophotomètre double faisceau ?
Compense les fluctuations à court terme du signal rayonnant de la source, la dérive du
détecteur et de l’amplificateur ainsi que les variations d’intensité de la source
79
Application de la spectrophotométrie ?
=> Analyse quantitative :
* Titrage spectrophotométrique : on suit l’apparition ou la disparition de l’absorbance d’une des espèces de la réaction suivie
* Dosage <=> étalonnage : Ex : dosage du fer Fe2+ ou dosage enzymatique du glucose ou dosage des nitrites
* Détecteurs en chromatographie (application extrêmement courante)
* Utilisation des spectres dérivés
* Détermination de constantes thermodynamiques : Ex pKa, constante de complexation
* Détermination de la stœchiométrie d’un complexe
=> Analyse qualitative moins utilisée que l’IR
80
Intérêts de la spectrophotométrie ?
- Facilité de mise en œuvre : bien s’assurer des conditions opératoires et du nettoyage des cuves
- Possibilité d’automatisation (plaque 96 puits), et de flux continu
- Bonne exactitude, entre 1 et 5%
- Bonne sensibilité : concentration entre 10-4 et 10-5 mol/L
- Grand champ d’applications
- Dans un mélange, si seul un analyte est absorbant, pas de séparation préalable
- Faible coût pour l’achat et pour l’entretien
- Vérifications des performances peu contraignantes.
81
Comment sont réalisé les vérification des performances d'un spectrophotomètre ?
* λ <=> oxyde d’holmium ou grâce à la lampe à deutérium
* A solution étalon de K2Cr2O7 dans H2SO4 0,02 mol/L pour λ = 235 nm, 257 nm, 313 nm et
350 nm
82
Pour quelles molécules se réalise la transition : σ --> σ*
Pour les molécules n'ayant que ces orbitales moléculaires
83
Quand sont réalisée des transition du type : n --> σ* ?
* Avec des molécules saturée avec paire d'e- non liante (O, N) : alcools, amines, halogénés
* Domaine : 150 ≤ λ ≥ 250 nm
84
Quand sont réalisé les transition du type n --> π* ?
* Molécules insaturées avec paires libres (aldéhydes, cétones, esters, acides)
* Domaine : 200 ≤ λ ≥ 300
85
Quand sont réalisée les transitions du type π --> π* ?
* Molécules insaturées sans paire libres (alcène, aromatiques, alcynes)
* Domaine : 180 ≤ λ ≥ 700 nm
86
Point commun entre λmax et ε ?
Se sont des caractéristiques d'une molécule donnée
87
Différences entre les transitions n-->π* et π-->π* ?
* Les transitions π--> π* donnent des absorptions plus intenses
* Les transitions n--> π* sont permise mais donnent des absorption peu intense, très peu visibles sur les spectres
88
Quels sont les éléments concernés par l'absorption atomiques ?
70 éléments à l'état gazeux
89
Caractéristiques de l'absorption atomique ?
* Transitions entre états électroniques
* Spectre de raie +/- fines
* Seules quelques transition sont permises <=> λ absorbée spécifique de l'élément
* Nécessite une source lumineuse
90
Etat excité des atomes ?
L'atome à une durée de vie limité à l'état excité : + la durée de vie est courte + la bande est large
91
Qu'est-ce que l'atomisation dans l'absorption atomique ?
C'est une étape clé :
De la qualité de l'atomisation, dépendent la sensibilité, l'exactitude et la précision de la méthode
92
Définition de la sensibilité ?
Concentration minimale à laquelle on peut observer ≈ seuil de détection
93
Atomisation d'un liquide ?
* Introduction de l'échantillon en continu par aspiration ou en discontinu par injection
* Atomisation d'autant plus efficace que les solution sont dispersée et en fines gouttelettes
=> nécessité d'un nébuliseur : aérosol
94
Atomisation d'un solide ?
* Introduction en discontinu
* L'atomisation se fait par ablation laser
* La vaporisation se fait ensuite par chauffage rayonnant
95
Comment se font l'atomisation et le passage à l'état gazeux ?
Ils se font par apport d'énergie
96
Quels sont les appareillages que l'on peut utiliser pour l'atomisation ?
* Atomiseur électrothermique : spectroscopie d'absorption électrothermique (T° >>>)
* Flamme T° jusqu'à 3000 K : spectroscopie d'absorption atomique de la flamme
97
Rôle de l'apport d'énergie dans l'absorption atomique ?
PERMET L'EXCITATION DES éLECTRON ET DONC L'ABSORPTION EN PLUS DE L'ATOMISATION ET LA VAPORISATION
98
Principe de l'appareillage de la Spectroscopie d'Absorption Atomique ?
1) Solution
2) Aspiration et nébulisation (formation d'un brouillard ou aérosol)
3) Flamme
4) Absorption
5) Sélecteur d'onde + Affichage
99
Rôles de la flamme dans l'appareillage de la Spectroscopie d'Absorption Atomique ?
Combustible et comburant :
=> Evaporation des solvant = désolvatation
=> Excitation des particules
100
Quels sont les différent spectre que nous pouvons observer avec la Spectroscopie d'Absorption Atomique ?
* Spectre continu lumineux : qd aucun obstacle sur le trajet optique
* Spectre continu avec des raies sombre : quand il y a la flamme et l'élément
101
Aspect de la flamme ?
3 zones :
* Cône extérieur
* Cône intérieur
* Zone de combustion primaire
102
Caractéristiques du cône extérieur de la flamme ?
Les atomes passent dans l'atmosphère : une oxydation peut se produire => ne pas passer l'aérosol dans cette zone
103
Caractéristiques du cône intérieur de la flamme ?
* La plus chaude
* passage à l'état gazeux à partir des particules solides + exitation
104
Caractéristique de la zone de combustion primaire ?
Evaporation du solvant, obtention du solvant, obtention des particules solides
105
Flamme et T° utilisée pour l'excitation des alcalins et alcalino-terreux ?
* Gaz/air => 1700/1900 °C
* Gaz/O2 => 2700/2800 °C
106
Flamme et T° utilisée pour l'excitation des métaux lourds ?
* C2H2-O2 => 3050/3150 °C
* C2H2-N2O => 2600/2800 °C
107
Inconvénient de la flamme dans le carde de la Spectroscopie d'Absorption Atomique ?
Passage dans le flamme bref, peu de solution subit l'ensemble du processus <=> la flamme n'est pas un atomiseur efficace (sauf pour les alcalin et alcalino-terreux)
=> Atomiseur électrothermique plus performant à ce niveau
108
Qu'est-ce que le prétraitement ?
Quand les produits ne sont pas suffisamment volatils on a la possibilité de prétraitement de l'échantillon
Ex : formation d'hydrures
109
Avantage de la technique de formation d'hydrure ?
Peut être automatisée
110
Avec quels éléments peut être nécessaire le prétraitement ?
* As
* Bi
* Sb
* Se
* Sn
* Te
* Hg
111
Comment optimiser l'absorption en Spectroscopie d'Absorption Atomique ?
Pour que l'absorption soit optimisée il faut que le faisceau incident ait la longueur d'onde qui sera absorbée => La source lumineuse est spécifique de l'élément à doser
112
Exemple de source lumineuse qui permet une optimisation de l'absorption ?
* Lampe à cathode creuse
* Lampe à décharge sans électrode
113
Caractéristique de la lampe à cathode creuse ?
* Existent pour chacun des 70 éléments que l'on peut doser par SAA
* Contient :
- Anode tungstène
- Cathode faite dans le métal à analysé dans un gaz inerte (Ne) sous pression
* Production d'un courant de qq mA
* Les photons émettent à la longueur d'onde spécifique du métal
114
Caractéristique de la lampe à décharge sans électrode ?
* 10 à 100 fois plus intense que la lampe à cathode creuse
* Energie fournie par un champ électromagnétique de fréquence radio ou micro onde
* Gaz inerte (Ar) s'ionise dans le champs électromagnétique et y sont accélérés jusqu'à rentrer en collision avec le métal qui sera alors atomisé et excité
* Utiliser pour As, Se, Te (car intensité de la cathode creuse trop faible
115
Caractéristique de l'étalonnage pour la Spectroscopie d'Absorption Atomique ?
* Ecart à la linéarité fréquent => étalonnage sur plusieurs point A = k*C avec k coefficient propre à chaque élément à λ donnée
* Application pour C < 3 ppm
116
1ppm en mg/L ?
1 ppm = 1 mg/L
117
Quels sont les méthodes d'étalonnage utilisée pour la spectroscopie d'absorption atomique ?
2 méthodes fréquemment utilisé :
* Etalonnage externe
* Méthode des ajouts dosés
118
Caractéristiques de l'étalonnage externe ?
* Le domaine de concentration dans lequel la linéarité existe est étroit
* On trace A = f(C)
* Réponse linéaire OU quadratique
119
Caractéristiques de la méthodes des ajouts dosés ?
* Des quantité connue et croissante de l'élément à doser sont ajouté à l'échantillon
* On trace A= f(q ou V)
120
Quelle sont les limites de détection pour la méthode des ajouts dosés ?
* Al => 30 ng/mL
* Ba => 20 ng/mL
* Ca => 1 ng/mL
* K => 2 ng/mL
* Na => 0,2 ng/mL
