Spectroscopie ultraviolette : principe, instrumentation, application

La spectroscopie est la mesure et l'interprétation du rayonnement électromagnétique absorbé ou émis lorsque les molécules, les atomes ou les ions d'un échantillon passent d'un état énergétique à un autre.

La spectroscopie ultraviolette est un spectre d'absorption dans lequel la lumière dans la région ultraviolette (200-400 nm) est absorbée par les molécules, ce qui provoque l'excitation des électrons de l'état fondamental vers un état de haute énergie.

Principes de la spectroscopie UV

La spectroscopie est fondamentalement liée à l'interaction entre la lumière et la matière.

Lorsque la lumière est absorbée par la matière, il en résulte une augmentation du contenu énergétique des atomes ou des molécules.

L'absorption du rayonnement ultraviolet provoque l'excitation des électrons de leur état fondamental vers un état d'énergie supérieur.

Molécules contenantπ Les électrons ou les électrons non liants (électrons n) peuvent absorber de l'énergie sous forme de rayons ultraviolets, excitant ainsi ces électrons vers des orbitales moléculaires plus résistantes à la liaison.

Plus un électron est facile à exciter, plus la longueur d'onde de la lumière qu'il absorbe est grande. Il existe quatre types de transitions possibles (π–π *, n–π *, σ–σ *, et n–σ *), et leur ordre est le suivant :σ–σ *> n–σ *>π– π *> n–Π *

L'absorption de la lumière ultraviolette par le composé produira un spectre unique qui permettra d'identifier ce composé.

spectromètre UV

source lumineuse

Les lampes à filament de tungstène et les lampes à hydrogène-deutérium sont les sources lumineuses les plus utilisées et les plus adaptées car elles couvrent tout le spectre ultraviolet.

Les lampes à filament de tungstène sont riches en rayonnement rouge. Plus précisément, elles émettent un rayonnement à 375 nm, et l'intensité de la lampe à hydrogène-deutérium chute en dessous de 375 nm.

monochromateur

Le monochromateur est généralement composé d'un prisme et d'une fente.

La plupart des spectrophotomètres visibles sont des spectrophotomètres à double faisceau.

Le rayonnement émis par la source lumineuse principale est diffusé au moyen d'un prisme rotatif.

Ensuite, les différentes longueurs d'onde de la source lumineuse séparées par le prisme sont sélectionnées par la fente de sorte que la rotation du prisme provoque le passage d'une série de longueurs d'onde continuellement croissantes à travers la fente à des fins d'enregistrement.

Le faisceau lumineux sélectionné par la fente est monochromatique et est ensuite divisé en deux faisceaux au moyen d'un autre prisme.

Cellule échantillon et cellule de référence

L'un des deux faisceaux distincts traverse la solution échantillon, et le second faisceau traverse la solution de référence.

La solution échantillon et la solution de référence sont toutes deux contenues dans la cellule.

Ces piles sont fabriquées à partir de dioxyde de silicium ou de quartz. Le verre ne peut être utilisé pour les piles car il absorbe également la lumière dans la région ultraviolette.

détecteur

Généralement, deux cellules photoélectriques sont utilisées pour la détection dans le spectre ultraviolet.

L'une des photocellules reçoit le faisceau lumineux provenant de la cellule d'échantillon, et le second détecteur reçoit le faisceau lumineux provenant de la référence.

L'intensité du rayonnement de la cellule de référence est supérieure à celle du faisceau provenant de la cellule échantillon. Ceci induit une pulsation, ou courant alternatif, dans la cellule photoélectrique.

Amplificateur de puissance

Le courant alternatif généré dans la cellule photoélectrique est transmis à l'amplificateur.

L'amplificateur est couplé à un petit servomètre.

Généralement, l'intensité du courant généré dans la cellule photovoltaïque est très faible, et le but principal de l'amplificateur est d'amplifier le signal plusieurs fois afin d'obtenir un signal clair et enregistrable.

Dispositif d'enregistrement

Le plus souvent, l'amplificateur est couplé à un enregistreur à stylo connecté à l'ordinateur.

L'ordinateur stocke toutes les données générées et génère les spectres des composés requis.

Application de la spectroscopie UV

Détection des impuretés

C'est l'une des meilleures méthodes pour déterminer les impuretés dans les molécules organiques.

En raison des impuretés présentes dans l'échantillon, d'autres pics peuvent être observés et comparés aux matières premières standard.

En mesurant l'absorbance à une longueur d'onde spécifique, il est possible de détecter les impuretés.

Élucidation de la structure des composés organiques

Elle peut être utilisée pour clarifier la structure des molécules organiques, par exemple pour détecter la présence ou l'absence de liaisons insaturées, et la présence d'hétéroatomes.

La spectroscopie d'absorption ultraviolette peut être utilisée pour déterminer quantitativement les composés qui absorbent la lumière ultraviolette.

La spectroscopie d'absorption ultraviolette permet de caractériser les types de composés absorbant le rayonnement ultraviolet, ce qui peut être utilisé pour identifier qualitativement ces composés. L'identification est réalisée par comparaison du spectre d'absorption avec celui d'un composé connu.

Cette technique permet de détecter la présence ou l'absence de groupes fonctionnels dans les composés. L'absence de bandes à une longueur d'onde spécifique est considérée comme la preuve de l'absence de ces groupes.

La cinétique des réactions peut également être étudiée par spectroscopie UV. Le rayonnement ultraviolet traverse la cellule réactionnelle et la variation d'absorbance est mesurée.

De nombreux médicaments se présentent soit sous forme de matières premières, soit sous forme de préparations. Leur présence peut être détectée en préparant une solution médicamenteuse adaptée et en mesurant l'absorbance à une longueur d'onde spécifique.

Le poids moléculaire des composés peut être mesuré par spectrophotométrie en préparant des dérivés appropriés de ces composés.

Un spectrophotomètre UV peut être utilisé comme détecteur pour la HPLC.