Spectrométrie d’absorption

Spectrométrie d’absorption

- L’absorption de lumière par les atomes fournit un puissant instrument analytique à la fois pour l’analyse quantitative et qualitative.- La spectroscopie d’absorption atomique (SAA) est basée sur le principe que les atomes libres peuvent absorber la lumière d’une certaine longueur d’ondes.
- L’absorption de chaque élément est spécifique, aucun autre élément n’absorbe sa longueur d’onde

Loi de Kirchhoff : 

un élément métallique peut absorber les radiations qu’il est lui-même susceptible d’émettre).

La SAA est une méthode basée sur un élément unique, utilisée pour reconstituer l’analyse des métaux d’échantillons biologiques, métallurgiques, pharmaceutiques et atmosphériques par exemple.

La détermination spectroscopique d’espèces atomiques peut seulement être réalisée à partir d’un échantillon à l’état gazeux, dans lequel les atomes individuels comme l’Ag, l’Al, l’Au, le Fe et le Mg sont nettement séparés les uns des autres.

La source de mesures pour l’absorption atomique la plus courante est la lampe à cathode creuse. Elle consiste en une anode de tungstène et une cathode cylindrique sise dans un tube en verre contenant un gaz inerte, comme l’argon. La cathode est composée de l’élément à analyser.
 
Un atome, initialement à l’état fondamental, peut passer dans un état excité à condition qu’on lui fournisse un quantum d’énergie égal à la différence d’énergie entre le niveau excité et le niveau fondamental. L’énergie fournie peut être d’origine thermique, cinétique (entraînant des collisions entre particules) ou lumineuse.

S’il s’agit d’énergie non lumineuse, l’atome pourra se retrouver dans l’un ou l’autre état excité E1, E2, E3... suivant la quantité d’énergie qui aura été absorbée.

Principe général de la spectrométrie atomique - Diagramme d'énergie  

Si nous fournissons le quantum d’énergie nécessaire pour passer de E0 à E1 au moyen d’un photon, ce photon pourra être absorbé par l’atome à la condition que l’énergie du photon soit égale à la différence d’énergie entre les deux états E1 et E0, c’est-à dire au potentiel d’excitation relatif au premier niveau :

hv=E1-E0 = E1

avec

• h : constante de Planck (6,626 0755 10- 34 J · s),
• n : fréquence de l’onde lumineuse en s-1,  

Les atomes qui sont passés à l’état excité E1 vont très rapidement (10-5 à 10-9 s) revenir à l’état fondamental en émettant un photon de même énergie que celle de celui qui a été absorbé et, par conséquent, à la même longueur d’onde l0. 

Atome métallique + énergie lumineuse ===> état excité

Retour à l’état fondamental ===> radiations caractéristiques (raie de résonance)

Inversement: Vapeur atomique (atomes état fondamental) + radiation ==>  absorption de la radiation  

Principe général de l’absorption atomique

La spéctroscropie d’absorption atomique est basée sur le principe qu’une population d’atomes à l’état E0 peut absorber des photons d’énergie hv et qu’une estimation du nombre de photons absorbés peut être reliée à la concentration de l’élément dans la solution à analyser 


Une population d’atomes est générée dans un atomiseur. Cette population est éclairée par un rayonnement lumineux de longueur d’onde l0 = 1/E1 · c et d’intensité I0.
Lors du passage de ce rayonnement au travers du nuage atomique, les atomes au niveau fondamental E0 peuvent absorber de la lumière de telle sorte que, à la sortie du nuage, l’intensité lumineuse est égale à I. 

La loi d'absorption en absorption atomique  

L'intensité de l'absorption dépend directement du nombre de particules absorbant la lumière selon la loi de Beer Lambert selon laquelle l'absorbance est proportionnelle au coefficient d'absorption spécifique a, au trajet optique b et à la concentration C.

A = abC

où 

• A = log Io/I.
• I = intensité après absorption par les atomes
• Io = intensité initiale de la source lumineuse.  

L’absorbance est directement proportionnelle à la concentration de la solution et indépendante de l’intensité incidente. 

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