Présentation

Article

1 - PRINCIPES

2 - INSTRUMENTATION

3 - PARAMÈTRES INSTRUMENTAUX

4 - VÉRIFICATION DES PERFORMANCES, VALIDATION DES DONNÉES, BPL

5 - CONDUITE D’UNE ANALYSE

6 - DOMAINES D’APPLICATION

  • 6.1 - Quelques exemples
  • 6.2 - Applications particulières, couplages

7 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : P2795 v2

Paramètres instrumentaux
Spectrophotométrie d’absorption dans l’ultraviolet et le visible

Auteur(s) : Dominique DI BENEDETTO, Philippe BREUIL

Relu et validé le 01 août 2023

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Sommaire

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RÉSUMÉ

Technique très présente dans les laboratoires et l’industrie, la spectrophotométrie d’absorption dans l’ultraviolet et le visible (UV-VIS) a bénéficié de nombreuses améliorations technologiques ces dernières années. Les principes, ainsi que l’instrumentation (organisation des composants, sources de rayonnement, cellules d’absorption, etc) et les paramètres instrumentaux sont tout d’abord introduits. Ensuite, la vérification des performances, et la validation des données sont passées en revue : exactitudes, résolution spectrale, bruit et rectitude de la ligne de base. Enfin, la conduite d’une analyse est proposée, puis les domaines d’application possibles terminent cet article.

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ABSTRACT

Absorption spectrophotometry in the ultraviolet and visible range

A widely used technique in laboratories and the industry, absorption spectrophotometry in the ultraviolet and visible range (UV-VIS) has benefited from numerous technological improvements over the last few years. Its principles, instrumentation (organization of components, radiation sources, absorption cells, etc.) and instrumental parameters are firstly introduced. Performance verification and data validation are then reviewed: accuracies, noise and baseline straightness. To conclude, a conducted analysis is offered along with possible application domains.

Auteur(s)

  • Dominique DI BENEDETTO : Professeur honoraire à l’École Nationale Supérieure des Mines de Saint-Étienne

  • Philippe BREUIL : Ingénieur de recherches à l’École Nationale Supérieure des Mines de Saint-Étienne

INTRODUCTION

La spectrophotométrie d’absorption dans l’ultraviolet et le visible (UV-VIS) est une technique d’un âge respectable encore très utilisée dans les laboratoires et dans l’industrie. Elle a bénéficié des progrès technologiques récents – miniaturisation, fibres optiques – et des moyens de calcul apportés par l’outil informatique. De plus, c’est une technique bien adaptée aux moyens de contrôle et de validation qui permettent de produire des données de qualité reconnue et quantifiée.

La terminologie utilisée dans le domaine de la spectrophotométrie d’absorption moléculaire n’est pas encore normalisée. On peut se reporter à la norme AFNOR NF X 02-206 et à l’IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) pour la terminologie en anglais, dont le site est donné dans . Les anglo-saxons utilisent plutôt le terme « spectroscopy ».

Si cette technique est encore largement utilisée, c’est qu’elle présente des qualités qui seront développées dans ce dossier, dont on peut citer les plus évidentes :

  • technique d’un coût raisonnable, de l’ordre de 10 000 à 30 000 € ;

  • vérification et validation des données bien documentées ;

  • travail entre deux « bornes » : 0 et 100 % de transmission, facilement vérifiables ;

  • de nombreuses espèces à l’état gazeux, liquide ou solide absorbent dans l’UV-VIS, soit directement, soit après développement d’espèces absorbantes ;

  • on dispose d’une abondante bibliographie et de notes d’applications dans de nombreux domaines ;

  • on peut obtenir de bonnes sensibilités, soit par préparation des échantillons, soit en modifiant des paramètres physiques comme la longueur du trajet optique par exemple ;

  • les temps de réponse peuvent être très courts, même pour l’enregistrement de spectres complets ;

  • on trouve sur le marché des composants miniatures, des fibres optiques et des cellules couplées qui permettent de faire des mesures déportées, ce qui permet d’adapter facilement la technique à des problèmes particuliers ;

  • les méthodes modernes de traitement des données permettent de résoudre des problèmes difficiles d’analyse multi-composants ou de suppression des interférences ;

  • on peut coupler la spectrométrie UV-VIS avec d’autres techniques comme la chromatographie.

Ces caractéristiques seront développées dans ce dossier, ainsi que les limitations qui sont principalement que :

  • la dynamique (gamme de mesures) est réduite par la loi logarithmique et la lumière parasite ; il existe, de plus, les phénomènes de diffusion et de fluorescence ;

  • les interférences spectrales ne sont pas toujours maîtrisées, de même que les effets physico-chimiques comme le pH, les effets du solvant, la température... ;

  • c’est une méthode d’analyse essentiellement quantitative, surtout lorsque plusieurs espèces absorbent, ce qui rend difficile la reconnaissance de la signature spectrale ;

  • les logiciels ont tendance à présenter des résultats qui donnent confiance, mais attention à l’effet « boîte noire », surtout quand la composition des échantillons varie : les méthodes d’analyse multivariable ne permettent plus de tracer la bonne vieille loi de Beer-Lambert. Il faudra donc vérifier les données fournies avec des échantillons de caractéristiques connues, et dans tout le domaine de concentrations que l’on risque de trouver dans les échantillons inconnus.

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VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-p2795


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3. Paramètres instrumentaux

Dans ce paragraphe sont décrits les paramètres instrumentaux qui interviennent dans les caractéristiques de performance des spectrophotomètres. Ces paramètres conditionnent notamment le domaine spectral, la résolution spectrale, le taux de lumière parasite et la dynamique de la mesure, c’est-à-dire la gamme de concentrations que l’on peut parcourir sans être obligé de diluer les échantillons concentrés, ou de concentrer les échantillons dilués.

3.1 Domaine spectral

Les spectrophotomètres du domaine UV-VIS couvrent le domaine de 190 à 800 nm, avec certains appareils limités vers 220 nm. Certains spectrophotomètres peuvent aussi travailler dans le proche infrarouge, jusqu’à 2 500 nm, ce qui fait la jonction avec les appareils destinés à l’infrarouge moyen qui couvrent le domaine 2 500 nm-40 000 nm.

Nous avons vu dans le paragraphe précédent que la limite inférieure ne pouvait pas être abaissée en dessous de 190 nm dans les appareils commerciaux, à cause de l’absorption du rayonnement par l’oxygène de l’air en dessous de cette longueur d’onde, et de la non-transparence des matériaux courants utilisés pour les pièces optiques et les cellules de mesure.

Dans le domaine du proche infrarouge, les spectres d’absorption correspondent à des harmoniques des vibrations fondamentales des molécules ou des combinaisons de ces vibrations. Les coefficients d’absorption sont faibles, mais le traitement par analyse multivariable des spectres permet de déterminer, par exemple, des caractéristiques industrielles dans les milieux les plus divers : par exemple, les caractéristiques des moûts de raisin, certains indices des carburants, mais aussi les teneurs en sucres et amidon de grains directement dans les sacs !

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3.2 Résolution des spectrophotomètres

Pour avoir une description détaillée de la résolution des spectrophotomètres, on peut consulter le dossier [R 6 310] des Techniques de l’Ingénieur [1]...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - BOUCHAREINE (P.) -   Spectrométrie Optique  -  . Techniques de l’Ingénieur. [R 6 310] (1994).

  • (2) -   The diode array advantage in UV/VISIBLE spectroscopy  -  . Document HP (Agilent) No 12-5954-8912 (1988) http://www.chem.agilent.com/scripts/

  • (3) -   MMS Spectral Sensors  -  . Publication Zeiss No 79-802-e (1995) http://www.zeiss.de/spectral

  • (4) -   Guide pour l’expression des incertitudes de mesure  -  . NF ENV 13005, classement X07-020 (1999).

  • (5) -   Quantifying Uncertainties in Analytical Measurement  -  . EURACHEM/CITAC Guide GC4 2nd ed (2000). http://www.measurementuncertainly.org/mu/QUAM200-1.pdf

  • (6) -   Fundamentals of UV-visible Spectroscopy  -  . Document HP (Agilent) No 12-5967-6357 E. http://www.chem.agilent.com/scripts/

  • ...

1 Normes

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1.1 Association française de normalisation AFNOR :

• Guide pour l’expression des incertitudes de mesure. NF ENV 13005 (1999).

• Spectrophotométrie d’absorption moléculaire – Vocabulaire et généralités. T01-030 (Décembre 1982).

• La chimie analytique – Tome 1 : analyse, normes fondamentales – Tome 2 : échantillonnage, méthodes générales d’analyse et réactifs, ISBN : 2-12-172911 (Janvier 2001).

• L’ AFNOR a normalisé des méthodes d’analyse par spectrophotométrie dans différents domaines avec la classification A06–***.

D’autres guides sont disponibles sur le site du LNE (Laboratoire National de métrologie et d’essais) : http://www.Ine.fr.

L’IUPAC ( http://www.iupac.org/) publie les règles de nomenclature et de vocabulaire de la chimie.

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