De la lumière aux données : la technologie de la colorimétrie et de la spectrophotométrie

Qu’est ce qu' colorimétrie:
Colorimétrie est simplement la mesure de la couleur. Colorimétrie est la détermination de la concentration d'une substance en mesurant l'absorption relative de la lumière par rapport à une concentration connue de la substance. En colorimétrie visuelle, la lumière blanche naturelle ou artificielle est généralement utilisée comme source de lumière, et les mesures sont généralement effectuées à l'aide d'un instrument simple appelé colorimètre ou comparateur de couleurs. Lorsque des photocellules sont utilisées à la place des yeux, l’instrument est appelé colorimètre photoélectrique.

L'analyse colorimétrique repose sur le principe selon lequel de nombreuses substances réagissent entre elles et forment une couleur qui indique la concentration de la substance mesurée. Lorsqu'une substance est exposée à un faisceau d'intensité (I 0 ), une partie du rayonnement est absorbée par les molécules de la substance et un rayonnement d'intensité (I) est émis. Cette différence d'intensité est utilisée dans les dosages colorimétriques.

La quantité de rayonnement absorbé est donnée par la loi de Beer-Lambert :
A = Ɛ•l•C
A est l'absorbance
Ɛ est le coefficient d'extinction molaire [L/(mol cm)]
l est la longueur du trajet (cm)
C est la concentration (mol/litre)

Qu'est-ce que la spectrophotométrie :
Spectrophotométrie est une méthode d'analyse qualitative et quantitative de la substance en mesurant l'absorbance de la substance à une longueur d'onde spécifique ou dans une certaine plage de longueurs d'onde.

Principes de base de la spectrophotométrie :
La matière interagit avec la lumière et présente la caractéristique d'une absorption sélective. La couleur d’une substance colorée est produite par l’interaction de la substance avec la lumière. Autrement dit, la couleur présentée par la solution colorée est due à l’absorption sélective de la lumière par les substances présentes dans la solution.

Étant donné que différentes substances ont des structures moléculaires différentes, elles ont des capacités d’absorption différentes pour différentes longueurs d’onde de lumière. Par conséquent, les groupes structurels ayant des structures caractéristiques ont la longueur d'onde réelle maximale pour les caractéristiques d'absorption sélectives, formant le pic d'absorption maximal et produisant un spectre d'absorption unique.

Même la même substance absorbe la lumière différemment en raison de son contenu différent. La méthode consistant à utiliser le spectre d'absorption unique d'une substance pour identifier l'existence d'une substance (analyse qualitative), ou à utiliser le degré d'absorption d'une certaine longueur d'onde de lumière par une substance pour mesurer le contenu d'une substance (analyse quantitative) est appelé spectrophotométrie.

La loi de Lambert-Beer est le principe de base sur lequel repose l'analyse quantitative de la spectrophotométrie. Lorsqu’un faisceau de lumière monochromatique (lumière d’une seule couleur) traverse une solution uniforme, une partie est absorbée et une partie est transmise. Soit l'intensité de la lumière incidente I0 et l'intensité de la lumière transmise I, alors I/I0 est la transmission, représentée par T. Pourcentage de transmission T% = (I/I0) x 100 %

Des études ont montré que le degré d'absorption de la lumière par la solution, c'est-à-dire l'absorbance (A) (également connue sous le nom d'extinction E ou densité optique D) et la transmission (T) ont une relation logarithmique négative, c'est-à-dire : A = – LG

Loi de Lambert : Le degré d'absorption lumineuse (A) d'une solution colorée est proportionnel à l'épaisseur (trajet lumineux) b de sa couche liquide. Lorsque la concentration de la solution est constante, plus l'épaisseur de la couche liquide de la solution est grande, plus la valeur A du degré d'absorption de la lumière est grande et plus la transmission de la lumière est faible.
Soit : A = ab

Loi de Beer : Le degré d'absorption lumineuse (A) d'une solution colorée est proportionnel à sa concentration (nombre de particules absorbant la lumière) C. Autrement dit, lorsque l'épaisseur de la couche liquide de la solution est constante, plus la concentration est élevée. de la solution, plus le degré d’absorption de la lumière est élevé et plus la transmission est faible.
Soit : A = ac
La combinaison des deux formules ci-dessus peut être exprimée dans la formule suivante : A = -lgT=abc
Autrement dit, A = abc.

La formule ci-dessus est la loi de Lambert-Beer, ce qui signifie : lorsqu'un faisceau de lumière monochromatique traverse une solution uniforme, l'absorbance de la solution à la lumière monochromatique est proportionnelle au produit de la concentration de la solution et de l'épaisseur de la couche liquide. [2-3]

Dans A = abc, le coefficient d'absorption a représente la sensibilité de la substance absorbant la lumière. Plus la valeur de a est grande, plus la sensibilité est élevée. Si l'unité de concentration est la concentration de la substance (unité : mol/L), la capacité d'absorption a peut s'écrire ε, et ε est appelée capacité d'absorption molaire.

Il ressort de la formule ci-dessus que lorsque l'épaisseur b de la couche de solution et le coefficient d'absorption a sont fixés, l'absorbance A est liée linéairement à la concentration de la solution. Dans l'analyse quantitative, il faut d'abord mesurer l'absorption de différentes longueurs d'onde de lumière par la solution (spectre d'absorption), à partir de laquelle la longueur d'onde d'absorption maximale est déterminée, puis la lumière de cette longueur d'onde est utilisée comme source de lumière (lumière monochromatique ) pour mesurer l'absorbance A, qui est la loi de Lang Burbeer est la première condition de l'analyse quantitative.

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