ABSORBANCE: QU'EST-CE QUE C'EST, EXEMPLES ET EXERCICES RÉSOLUS - PHYSIQUE - 2025

L' absorbance est le logarithme avec un signe négatif du quotient entre l'intensité lumineuse émergente et l'intensité lumineuse incidente sur un échantillon de solution translucide qui a été éclairé avec une lumière monochromatique. Ce quotient est la transmittance.

Le processus physique de la lumière passant à travers un échantillon est appelé transmission de la lumière, et l'absorbance en est une mesure. Par conséquent, l'absorbance devient le moindre logarithme de la transmittance et est une donnée importante pour déterminer la concentration d'un échantillon qui est généralement dissous dans un solvant tel que l'eau, l'alcool ou tout autre.

Figure 1. Schéma du processus d'absorbance. Préparé par F.Zapata

Pour mesurer l'absorbance, un appareil appelé électrophotomètre est nécessaire, avec lequel un courant est mesuré qui est proportionnel à l'intensité lumineuse incidente sur sa surface.

Lors du calcul de la transmittance, le signal d'intensité correspondant au solvant seul est généralement mesuré en premier et ce résultat est enregistré comme Io.

Ensuite, l'échantillon dissous est placé dans le solvant dans les mêmes conditions d'éclairage. Le signal mesuré par l'électrophotomètre est noté I, ce qui permet de calculer la transmittance T selon la formule suivante:

T = I / I ou

C'est une quantité sans dimension. L'absorbance A s'exprime ainsi par:

A = - log (T) = - log (I / I o)

Absorbance molaire et absorbance

Les molécules qui composent une substance chimique sont capables d'absorber la lumière, et une mesure de cela est précisément l'absorbance. C'est le résultat de l'interaction entre les photons et les électrons moléculaires.

C'est donc une grandeur qui dépendra de la densité ou de la concentration des molécules qui composent l'échantillon ainsi que du chemin optique ou de la distance parcourue par la lumière.

Les données expérimentales indiquent que l'absorbance A est linéairement proportionnelle à la concentration C et à la distance d parcourue par la lumière. Donc, pour le calculer en fonction de ces paramètres, la formule suivante peut être établie:

A = ε⋅C⋅d

Dans la formule ci-dessus, ε est une constante de proportionnalité connue sous le nom d'absorptivité molaire.

L'absorbance molaire dépend du type de substance et de la longueur d'onde à laquelle l'absorbance est mesurée. L'absorbance molaire est également sensible à la température et au pH de l'échantillon.

Loi de Beer-Lambert

Cette relation entre l'absorbance, l'absorbance, la concentration et la distance de l'épaisseur du chemin que la lumière suit dans l'échantillon est connue sous le nom de loi de Beer-Lambert.

Figure 2. Loi de Beer-Lambert. Source: F. Zapata, Voici quelques exemples de son utilisation.

Exemples

Exemple 1

Lors d'une expérience, un échantillon est éclairé par la lumière rouge d'un laser hélium-néon, dont la longueur d'onde est de 633 nm. Un électrophotomètre mesure 30 mV lorsque la lumière laser frappe directement et 10 mV lorsqu'elle traverse un échantillon.

Dans ce cas, la transmittance est:

T = I / Io = 10 mV / 30 mV = ⅓.

Et l'absorbance est:

A = - log (⅓) = log (3) = 0,48

Exemple 2

Si la même substance est placée dans un récipient qui est la moitié de l'épaisseur de celui utilisé dans l'exemple 1, dites combien l'électrophotomètre marquera lorsque la lumière du laser hélium-néon passera à travers l'échantillon.

Il faut considérer que si l'épaisseur diminue de moitié, alors l'absorbance qui est proportionnelle à l'épaisseur optique diminue de moitié, soit A = 0,28. La transmittance T sera donnée par la relation suivante:

T = 10-A = 10 ^ (- 0,28) = 0,53

L'électrophotomètre indiquera 0,53 * 30 mV = 15,74 mV.

Exercices résolus

Exercice 1

Nous voulons déterminer l'absorbance molaire d'un certain composé exclusif qui est en solution. Pour ce faire, la solution est éclairée par la lumière d'une lampe au sodium de 589 nm. L'échantillon sera placé dans un porte-échantillon de 1,50 cm d'épaisseur.

Le point de départ est une solution avec une concentration de 4,00 × 10 ^ -4 moles par litre et la transmittance est mesurée, ce qui donne 0,06. À l'aide de ces données, déterminez l'absorption molaire de l'échantillon.

Solution

Tout d'abord, l'absorbance est déterminée, qui est définie comme le moindre logarithme en base dix de la transmittance:

A = - log (T)

A = - log (0,06) = 1,22

On utilise ensuite la loi de Lambert-Beer qui établit une relation entre l'absorbance, l'absorbance molaire, la concentration et la longueur optique:

A = ε⋅C⋅d

En résolvant l'absorbance molaire, la relation suivante est obtenue:

ε = A / (C⋅d)

en remplaçant les valeurs données que nous avons:

ε = 1,22 / (4,00 × 10 ^ -4 M⋅1,5 cm) = 2030 (M⋅cm) ^ - 1

Le résultat ci-dessus a été arrondi à trois chiffres significatifs.

Exercice 2

Afin d'améliorer la précision et de déterminer l'erreur de la mesure de l'absorbance molaire de l'échantillon dans l'exercice 1, l'échantillon est successivement dilué à la moitié de la concentration et la transmittance est mesurée dans chaque cas.

En partant de Co = 4 × 10 ^ -4 M avec une transmittance T = 0,06, la séquence de données suivante est obtenue pour la transmittance et l'absorbance calculées à partir de la transmittance:

Co / 1–> 0,06–> 1,22

Co / 2–> 0,25–> 0,60

Co / 4–> 0,50–> 0,30

Co / 8–> 0,71–> 0,15

Co / 16–> 0,83–> 0,08

Co / 32–> 0,93–> 0,03

Co / 64–> 0,95–> 0,02

Co / 128–> 0,98–> 0,01

Co / 256–> 0,99–> 0,00

Avec ces données, effectuez:

a) Un graphique d'absorbance en fonction de la concentration.

b) Un ajustement linéaire des données et trouver la pente.

c) À partir de la pente obtenue, calculez l'absorbance molaire.

Solution

Figure 3. Absorbance vs concentration. Source: F. Zapata.

La pente obtenue est le produit de l'absorbance molaire et de la distance optique, donc en divisant la pente par la longueur 1,5 cm on obtient l'absorbance molaire

ε = 3049 / 1,50 = 2033 (M⋅cm) ^ - 1

Exercice 3

Avec les données de l'exercice 2:

a) Calculez l'absorbance pour chaque donnée.

b) Déterminer une valeur moyenne de l'absorbance molaire, son écart type et l'erreur statistique associée à la moyenne.

Solution

L'absorbance molaire est calculée pour chacune des concentrations testées. N'oubliez pas que les conditions d'éclairage et la distance optique restent fixes.

Les résultats pour l'absorbance molaire sont:

2033, 2007, 2007, 1983, 2158, 1681, 2376, 1872, 1862 en unités de 1 / (M * cm).

À partir de ces résultats, nous pouvons prendre la valeur moyenne:

<ε> = 1998 (M * cm) ^ - 1

Avec un écart type de: 184 (M * cm) ^ - 1

L'erreur moyenne est l'écart type divisé par la racine carrée du nombre de données, c'est-à-dire:

Δ <ε> = 184/9 ^ 0,5 = 60 (M * cm) ^ - 1

Enfin, il est conclu que la substance brevetée a une absorptivité molaire à la fréquence 589 nm produite par une lampe au sodium de:

<ε> = (2000 ± 60) (M * cm) ^ - 1

Références

1. Atkins, P. 1999. Chimie physique. Éditions Omega. 460-462.
2. Le guide. Transmittance et absorbance. Récupéré de: quimica.laguia2000.com
3. Toxicologie environnementale. Transmittance, absorbance et loi de Lambert. Récupéré de: repositorio.innovacionumh.es
4. Aventure physique. Absorbance et transmittance. Récupéré de: rpfisica.blogspot.com
5. Spectophotométrie. Récupéré de: chem.libretexts.org
6. Toxicologie environnementale. Transmittance, absorbance et loi de Lambert. Récupéré de: repositorio.innovacionumh.es
7. Wikipédia. Absorbance Récupéré de: wikipedia.com
8. Wikipédia. Spectrophotométrie. Récupéré de: wikipedia.com