- Qu'est-ce que la transmission?
- Absorption de lumière dans un milieu
- Théorie moléculaire de l'absorption lumineuse
- Facteurs dont dépend la transmission
- Exercice résolu
- Exercice 1
- Répondre
- Références
L' optique de transmission est le rapport de l'intensité lumineuse émergente et de l'intensité lumineuse incidente sur un échantillon de solution translucide qui a été éclairé avec une lumière monochromatique.
Le processus physique de passage de la lumière à travers un échantillon s'appelle la transmission de la lumière, et la transmittance est une mesure de la transmission de la lumière. La transmittance est une valeur importante pour déterminer la concentration d'un échantillon généralement dissous dans un solvant tel que l'eau ou l'alcool, entre autres.
Figure 1. Montage pour la mesure de la transmittance. Source: F. Zapata.
Un électrophotomètre mesure un courant proportionnel à l'intensité lumineuse qui tombe sur sa surface. Pour calculer 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 avec les mêmes conditions d'éclairage et le signal mesuré par l'électrophotomètre est noté I, puis la transmittance est calculée selon la formule suivante:
T = I / I ou
Il est à noter que la transmittance est une grandeur sans dimension, car c'est une mesure de l'intensité lumineuse d'un échantillon par rapport à l'intensité de la transmission du solvant.
Qu'est-ce que la transmission?
Absorption de lumière dans un milieu
Lorsque la lumière traverse un échantillon, une partie de l'énergie lumineuse est absorbée par les molécules. La transmittance est la mesure macroscopique d'un phénomène qui se produit au niveau moléculaire ou atomique.
La lumière est une onde électromagnétique, l'énergie qu'elle transporte se trouve dans le champ électrique et magnétique de l'onde. Ces champs oscillants interagissent avec les molécules d'une substance.
L'énergie transportée par l'onde dépend de sa fréquence. La lumière monochromatique a une seule fréquence, tandis que la lumière blanche a une gamme ou un spectre de fréquences.
Toutes les fréquences d'une onde électromagnétique se déplacent dans le vide à la même vitesse de 300 000 km / s. Si nous notons c la vitesse de la lumière dans le vide, la relation entre la fréquence f et la longueur d'onde λ est:
c = λ⋅f
Puisque c est une constante, chaque fréquence correspond à sa longueur d'onde respective.
Pour mesurer la transmittance d'une substance, les régions du spectre électromagnétique visible (380 nm à 780 nm), la région ultraviolette (180 à 380 nm) et la région infrarouge (780 nm à 5600 nm) sont utilisées.
La vitesse de propagation de la lumière dans un milieu matériel dépend de la fréquence et est inférieure à c. Ceci explique la diffusion dans un prisme avec laquelle les fréquences qui composent la lumière blanche peuvent être séparées.
Théorie moléculaire de l'absorption lumineuse
Ces transitions sont mieux comprises avec un diagramme d'énergie moléculaire illustré à la figure 2:
Figure 2. Diagramme d'énergie moléculaire. Source: F. Zapata.
Dans le diagramme, les lignes horizontales représentent différents niveaux d'énergie moléculaire. La ligne E0 est le niveau d'énergie fondamental ou inférieur. Les niveaux E1 et E2 sont des niveaux excités d'énergie plus élevée. Les niveaux E0, E1, E2 correspondent aux états électroniques de la molécule.
Les sous-niveaux 1, 2, 3, 4 au sein de chaque niveau électronique correspondent aux différents états vibrationnels correspondant à chaque niveau électronique. Chacun de ces niveaux a des subdivisions plus fines qui ne correspondent pas aux états de rotation associés à chaque niveau vibrationnel.
Le diagramme montre des flèches verticales représentant l'énergie des photons dans les gammes infrarouge, visible et ultraviolet. Comme on peut le voir, les photons infrarouges n'ont pas assez d'énergie pour favoriser les transitions électroniques, contrairement au rayonnement visible et ultraviolet.
Lorsque les photons incidents d'un faisceau monochromatique coïncident en énergie (ou en fréquence) avec la différence d'énergie entre les états d'énergie moléculaire, l'absorption des photons se produit.
Facteurs dont dépend la transmission
Selon ce qui a été dit dans la section précédente, la transmittance dépendra alors de plusieurs facteurs, parmi lesquels on peut citer:
1- La fréquence à laquelle l'échantillon est éclairé.
2- Le type de molécules à analyser.
3- La concentration de la solution.
4- La longueur du chemin parcouru par le faisceau lumineux.
Les données expérimentales indiquent que la transmittance T diminue de façon exponentielle avec la concentration C et avec la longueur L du chemin optique:
T = 10 -a⋅C⋅L
Dans l'expression ci-dessus, a est une constante qui dépend de la fréquence et du type de substance.
Exercice résolu
Exercice 1
Un échantillon standard d'une certaine substance a une concentration de 150 micromoles par litre (μM). Lorsque sa transmittance est mesurée avec une lumière de 525 nm, une transmittance de 0,4 est obtenue.
Un autre échantillon de la même substance, mais de concentration inconnue, a une transmittance de 0,5, mesurée à la même fréquence et avec la même épaisseur optique.
Calculez la concentration du deuxième échantillon.
Répondre
La transmittance T décroît de façon exponentielle avec la concentration C:
T = 10 -b⋅L
Si le logarithme de l'égalité précédente est pris, il reste:
log T = -b⋅C
En divisant membre par membre, l'égalité précédente appliquée à chaque échantillon et en résolvant la concentration inconnue reste:
C2 = C1⋅ (log T2 / log T1)
C2 = 150 μM⋅ (log 0,5 / log 0,4) = 150 μM⋅ (-0,3010 / -0,3979) = 113,5 μM
Références
- Atkins, P. 1999. Chimie physique. Éditions Omega. 460-462.
- Le guide. Transmittance et absorbance. Récupéré de: quimica.laguia2000.com
- Toxicologie environnementale. Transmittance, absorbance et loi de Lambert. Récupéré de: repositorio.innovacionumh.es
- Aventure physique. Absorbance et transmittance. Récupéré de: rpfisica.blogspot.com
- Spectophotométrie. Récupéré de: chem.libretexts.org
- Toxicologie environnementale. Transmittance, absorbance et loi de Lambert. Récupéré de: repositorio.innovacionumh.es
- Wikipédia. Transmittance. Récupéré de: wikipedia.com
- Wikipédia. Spectrophotométrie. Récupéré de: wikipedia.com