Chap.2 Spectrophotométrie
Introduction
La lumière visible
L'oeil est sensible à la lumière. Dans le spectre des ondes électromagnétiques, qui va des rayons gamma aux ondes radio, la lumière visible (pour l'oeil humain) est le petit domaine du spectre entre l'ultraviolet (U.V.) et l'infrarouge (I.R.).
Rayons γ
Les radiations violettes, bleues, vertes, jaunes, oranges et rouges font partie du domaine visible de la lumière.
La lumière blanche est composée de l'ensemble des radiations violettes, bleues, vertes, jaunes, oranges et rouges.
Les couleurs complémentaires
Lorsque la lumière blanche traverse une solution colorée, certaines radiations sont absorbées plus que d'autres.
D'autre part, plus la solution est colorée, plus les radiations la traversant sont absorbées.
L'expérience montre qu'une solution jaune absorbe principalement dans le domaine du bleu, une solution magenta dans le vert et une solution cyan dans le rouge.
Ainsi, les radiations les plus absorbées sont dans le domaine de la couleur complémentaire de celle de la solution traversée par la lumière blanche.
jaune
Ainsi, on voit que le bleu et le jaune sont des couleurs complémentaires.
De même, le vert et le magenta sont complémentaires.
Et, le rouge et le cyan sont complémentaires.
Sur la représentation chromatique suivante, chaque couleur est complémentaire de la couleur opposée et peut être obtenue par la somme des 2 couleurs voisines.
La synthèse additive
En physique, les 3 couleurs primaires sont le rouge, le bleu et le vert et les 3 couleurs secondaires sont le cyan, le jaune et le magenta. On dit qu'on fait de la synthèse additive : les nouvelles couleurs sont obtenues par l'addition des "lumières" provenant des couleurs primaires. Et la somme des 3 couleurs primaires (à intensité maximale) donne du blanc.
En jouant sur l'intensité relative de 3 sources de lumière primaire (une rouge, une bleue et une verte) on peut obtenir un très grande palette de teintes.
. . . Exemples :
. . . . . . - les nuances de couleur pour l'éclairage de scènes de spectacle peuvent être réalisées avec 3 spots de couleur primaire (rouge, bleu et vert).
. . . . . . - un pixel d'un écran de TV ou d'un ordinateur est composé de 3 luminophores (rouge, vert et bleu). Si pour chacun d'eux on dispose de 256 niveaux d'intensité, cela permet de créer plus de 16 millions de couleurs différentes.
Sur cette animation proposée sur le site de l'académie de Poitiers, vous pouvez composer vous-même vos couleurs à partir des 3 couleurs primaires RVB.
La synthèse soustractive
En peinture ou en imprimerie, on fait de la synthèse soustractive : les nouvelles couleurs sont obtenues par l'addition des "absorbances" des couleurs primaires. Tout se passe comme si on mettait devant notre oeil différents filtres absorbants. La couleur perçue est celle qui résulte de la superposition des filtres.
Les 3 couleurs primaires sont alors le cyan, le jaune et le magenta et les 3 couleurs secondaires sont le rouge, le bleu et le vert. Le mélange des 3 couleurs primaires (à quantité égale de pigments) donne une couleur proche du noir. Mais pour avoir un beau noir, il faut ajouter cette "couleur" à la palette de base.
On parle donc de quadrichromie, car à partir de 3 couleurs primaires + du noir, on crée toutes les autres couleurs. D'où la présence de 4 cartouches d'encre dans une imprimante.
Sur cette animation proposée sur le site de l'académie de Poitiers, vous pouvez composer vous-même vos couleurs à partir des 3 couleurs primaires en synthèse soustractive.
1. Spectrophotomètre
Un spectrophotomètre est un appareil de mesure comportant une source de lumière blanche, un système dispersif (prisme ou réseau), une cuve à analyse et un détecteur de lumière.
Il permet de mesurer l’intensité lumineuse absorbée pour chaque longueur d’onde lors de la traversée d’une solution colorée.
. . .
2. Définition de l'absorbance
L’absorbance A'λ' est une grandeur (sans unité) mesurant l’absorption de la lumière de longueur d’onde 'λ' lors de la traversée d'une solution.
. . . L'absorbance est un nombre compris entre 0 et 3. Plus elle est grande, plus le pourcentage de lumière absorbée lors de la traversée de la solution est important.
. . . Il y a respectivement 90%, puis 99 %, ou 99,9% de la lumière qui est absorbée, si A = 1, puis 2, ou 3.
L'absorbance d'une solution varie avec la longueur d'onde. A chaque espèce colorée en solution correspond un courbe A=f('λ') qui lui est propre.
. . . Par exemple, avec une solution de permanganate de potassium (de couleur magenta) de concentration apportée c = 1 . 10-2 mol.L-1, on obtient la courbe suivante :
ligne
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Cette courbe fait apparaître que le maximum d'absorbance est obtenu pour une radiation de couleur verte.
. . . Remarque :
. . . . . . Lors de la mesure de l'absorbance d'une solution colorée, on choisit, en général, la longueur d'onde correspondant au maximum d'absorption, afin d'avoir le maximum de précision dans les mesures réalisées.
3. Propriétés de l'absorbance
L'expérience montre que L’absorbance A'λ' d’une solution est proportionnelle à sa concentration c (cf. T.P.2).
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D'où la relation suivante (relation de Beer-Lambert simplifiée) :
A'λ' = k . c
où c est la concentration de la solution absorbante et k le coefficient de proportionnalité entre A et c.
. . . . . Remarque : l’absorbance A'λ' étant un nombre sans unité, et la concentration s'exprimant en mol.L-1, la constante k s'exprime en L.mol-1.
L’absorbance d'une solution dépend de la longueur d’onde choisie (d'où l'intérêt de la notation A'λ').
Comme la couleur d'une solution devient plus foncée lorsque l'épaisseur de la solution augmente, son absorbance augmente également.
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Si une solution contient 2 entités colorées, l’absorbance de la solution est égale à la somme des absorbances de ces 2 entités.
En général, on mesure l’absorbance d’une solution ne contenant qu’une seule entité colorée afin de déterminer sa concentration.
