Spectroscopie analytique
La spectroscopie analytique mesure la manière dont la matière absorbe, émet ou diffuse le rayonnement électromagnétique afin d'identifier et de quantifier les espèces chimiques.
Definition
La spectroscopie analytique est la branche de la chimie analytique qui utilise l'interaction entre le rayonnement électromagnétique et la matière pour déterminer l'identité et la quantité d'analytes dans un échantillon.
Scope
Ce domaine couvre les méthodes spectrochimiques utilisées couramment dans les laboratoires d'analyse : l'absorption et l'émission dans les régions ultraviolette, visible et infrarouge, la spectrométrie atomique pour l'analyse élémentaire, la diffusion Raman et la luminescence moléculaire. Il aborde l'instrumentation (sources, sélecteurs de longueur d'onde, détecteurs), les fondements physiques du signal de l'analyte et les relations quantitatives qui lient un signal mesuré à la concentration. Il exclut les méthodes de résonance magnétique et de rayons X qui relèvent de la chimie structurale, ainsi que les méthodes basées sur la masse, traitées séparément sous la spectrométrie de masse.
Sub-topics
Core questions
- Comment un signal optique mesuré se rapporte-t-il quantitativement à la concentration de l'analyte ?
- Quelle région spectrale et quelle transition (atomique, vibrationnelle, électronique) permettent de sonder au mieux un analyte donné ?
- Comment les méthodes spectroscopiques sont-elles étalonnées, et qu'est-ce qui limite leur limite de détection et leur gamme linéaire ?
- Comment les interférences et les effets de matrice dans les mesures spectrochimiques peuvent-ils être reconnus et corrigés ?
Key theories
- Beer–Lambert law
- L'absorbance est proportionnelle à l'absorptivité molaire, à la longueur du trajet optique et à la concentration de l'analyte, fournissant la relation quantitative fondamentale pour la spectroscopie d'absorption ; des déviations apparaissent à haute concentration, en raison de la lumière parasite et des équilibres chimiques.
- Atomic absorption and emission
- Les atomes gazeux libres absorbent et émettent des rayonnements à des longueurs d'onde précisément définies par leurs niveaux d'énergie électroniques ; les populations des états fondamental et excité, régies par la distribution de Boltzmann, déterminent si l'absorption ou l'émission donne le signal analytique le plus fort.
Mechanisms
Un analyte interagit avec les photons par le biais de transitions quantifiées : transitions électroniques dans l'UV-visible, transitions vibrationnelles dans l'infrarouge et dans la diffusion Raman, et transitions électroniques atomiques dans les sources à flamme et à plasma. Les instruments isolent une bande de longueurs d'onde, font passer le rayonnement à travers l'échantillon ou le recueillent à partir de celui-ci, et convertissent le signal optique en un signal électrique à l'aide d'un photomultiplicateur, d'un réseau de photodiodes ou d'un détecteur thermique. La quantification repose sur un étalonnage reliant le signal à la concentration, le plus souvent via la loi de Beer-Lambert pour l'absorption ou une courbe d'étalonnage pour l'émission et la luminescence.
Clinical relevance
Les méthodes spectroscopiques sont les piliers de l'analyse quantitative de routine : les dosages en chimie clinique, la surveillance des métaux dans l'eau potable et l'environnement, l'uniformité de teneur des produits pharmaceutiques, ainsi que les tests alimentaires et agricoles reposent tous fortement sur la spectrométrie UV-visible, atomique et infrarouge, car elles sont sensibles, rapides et souvent peu coûteuses.
History
L'analyse spectrochimique est née de la découverte au XIXe siècle par Bunsen et Kirchhoff que chaque élément émet un spectre de raies caractéristique, ce qui a fondé l'analyse spectrale qualitative. La mesure quantitative par absorption s'est appuyée sur les travaux photométriques antérieurs de Bouguer, Lambert et Beer. L'introduction de la spectrométrie d'absorption atomique par Alan Walsh en 1955 a transformé l'analyse élémentaire en une technique quantitative de routine.
Key figures
- August Beer
- Robert Bunsen
- Gustav Kirchhoff
- Alan Walsh
Related topics
Seminal works
- skoog2017
- harris2020
- ingle1988
Frequently asked questions
- Quelle est la différence entre la spectroscopie atomique et la spectroscopie moléculaire ?
- La spectroscopie atomique sonde les atomes gazeux libres, donnant des spectres de raies fines utilisés pour quantifier les éléments individuels ; la spectroscopie moléculaire sonde les molécules intactes et donne des spectres de bandes plus larges reflétant les transitions électroniques, vibrationnelles ou rotationnelles.
- Pourquoi la loi de Beer-Lambert échoue-t-elle à des concentrations élevées ?
- À haute concentration, les molécules d'analyte interagissent, l'indice de réfraction change, et la lumière parasite et les limitations instrumentales deviennent significatives, de sorte que l'absorbance n'est plus strictement proportionnelle à la concentration et que la courbe d'étalonnage se courbe.