Soutenance mémoire
La spectrophotométrie d’absorption moléculaire dans l’UV-visible est une méthode physicochimique d’analyse dans laquelle on exploite l’absorption de la lumière UV visible par la molécule pour faire de l’analyse qualitative et quantitative. Sa découverte remonte aux travaux d’Issac Newton fondateur de la spectroscopie qui pour la première fois a compris que l’étalement des couleurs par le prisme est lié à la nature intrinsèque de la lumière mais n’est pas inhérente au prisme. En adjoignant au prisme un trou d’entrée pour mieux définir la source et un dispositif de focalisation, il a construit le premier spectroscope en 1666 (www.universalis.fr/encyclopédie/spectroscopie/historique)/). D’autres auteurs parmi lesquels on peut citer William Herschel, Joseph Von Fraunhofer, Wilhelm Ritter, William Hyde Wollaston, François Lambert et Auguste Beer ont chacun apporté leurs pierres à l’édifice. Leurs travaux ont permis l’utilisation actuelle de la spectroscopie UV-visible comme méthode d’analyse de routine en biologie médicale permettant l’évaluation de plusieurs paramètres biochimiques. Au Sénégal, des spectrophotomètres UV-visibles sont disponibles dans les laboratoires des principales structures sanitaires notamment les hôpitaux et les centres de santé. Cependant, leur utilisation adéquate pose souvent problème.
HISTORIQUE
Issac Newton fondateur de la spectroscopie, a été le premier à comprendre en 1666 que l’étalement des couleurs par le prisme est lié à la nature intrinsèque de la lumière et n’est pas inhérente au prisme. En adjoignant au prisme un trou d’entrée pour mieux définir la source et un dispositif de focalisation, il a construit le premier spectroscope. Le domaine de la lumière visible, alors seul connu, s’est étendu grâce à William Herschel qui a découvert en 1800 les effetsthermiques du rayonnement infrarouge, tandis que, l’année suivante, Johan Wilhelm Ritter et William Hyde Wollaston ont mis en évidence les effets chimiques du rayonnement ultraviolet (UV). En 1802, Wollaston a amélioré l’instrument en remplaçant le trou d’entrée par une fente, dont les images constituent les raies du spectre. Ainsi, il a découvert la présence de raies fines et obscures dans le spectre solaire. En 1821, Joseph Von Fraunhofer accomplit un progrès décisif en introduisant le réseau de diffraction comme élément dispersif. Grâce à la théorie du réseau développée en 1835, la mesure de la longueur d’onde des radiations électromagnétiques est devenue possible. Gustav Robert Kirchhoff et William Bunsen avec son célèbre bruleur, établissent en 1859 la relation entre les raies d’émission des gaz portés à l’incandescence et les raies d’absorption du spectre solaire : c’est ainsi que la spectroscopie en tant quemoyen d’analyse est née (www.universalis.fr/encyclopédie/spectroscopie/historique)/).
PRINCIPE
On fait interagir une source lumineuse (entre 200 et 800 nm) avec une molécule, suivant la longueur d’onde utilisée et la nature de l’échantillon et ensuite l’énergie du rayonnement va faire passer des électrons de valences de la molécule à d’autres niveaux énergétiques. Cette énergie sera absorbée et le rayonnement sera en partie stoppé, on parle d’absorbance A qui est proportionnel à la concentration et grâce à la loi Beer-Lambert on peut retrouver la concentration de la substance dans la solution (Héloïse et al, http://www.snv.jussieu.fr/ bmedia/lafont/spectro/C1.html).
ASPECTS THEORIQUES
Absorption moléculaire dans l’UV-visible
Domaine spectral UV-visible
La plupart des spectrophotomètres vont de 100 à 900 nm. La limite inférieure des appareils dépend à la fois de la nature des matériaux optiques utilisés et de la présence ou non sur le trajet optique de l’air ambiant, sachant que le dioxygène et la vapeur d’eau absorbent de manière intense en dessous de 190 nm. Quelques instruments, à condition d’opérer sous vide, peuvent atteindre 150 nm avec des échantillons pris à l’état gazeux. C’est le domaine de l’ultraviolet du vide (Rouessac, 2004).
Transitions électroniques
L’absorption lumineuse a pour origine l’interaction des photons de la source lumineuse avec les ions ou molécules de l’échantillon. Ainsi lorsqu’une molécule isolée absorbe un photon de l’UV-visible, l’énergie correspondante est captée par un ou plusieurs de ses électrons superficiels. Il y a alors modification de son énergie électronique (Ee), l’une des trois composantes avec l’énergie de rotation (Er) et l’énergie de vibration (Ev) de l’énergie mécanique totale de la molécule. Sachant que la modification de Ee entraîne des perturbations de Er et Ev correspondants, on obtient dans tous les cas un vaste ensemble de transitions possibles (Figure 2) (Rouessac, 2004). Celles-ci ont pour origine les électrons des liaisons ϭ ou π et les doublets nonliants n des atomes tels H, C, N, O, chaque fois qu’il en est possible.
Transition ϭ → ϭ*
Elle apparait dans le lointain UV car le saut d’un électron d’une OM liante ϭ dans une OM antiliante ϭ* demande beaucoup d’énergie. C’est pourquoi les hydrocarbures saturés qui ne présentent que des liaisons de ce type, sont transparents dans le proche UV. Exemple : hexane (à l’état gazeux) : λ max = 135 nm (ɛ = 10000).
Transition n→ ϭ*
Le saut d’un électron d’un doublet n des atomes O, N, S, Cl, dans une OM ϭ* conduit à une transition d’intensité moyenne qui se situe vers 180 nm pour les alcools, vers 190 nm pour les éthers ou les dérivés halogénés et vers 220 nm pour les amines.
Exemple : méthanol : λmax 183 nm (ɛ = 50) ; éther : λmax = 190nm (ɛ=2 000) éthylamine : λmax = 210 nm (ɛ= 800) ; chloro-1-butane : λmax = 179 nm.
Transition n →π*
Cette transition peu intense résulte du passage d’un électron d’une OM non liante de type n à une OM antiliante π*. On la rencontre pour les molécules comportant un hétéroatome porteur de doublets électroniques libres et appartenant à un système insaturé. La plus connu est celle qui correspond à la bande carbonyle, facilement observable, située entre 270 et 295 nm. Le coefficient d’absorption molaire est faible. Exemple : éthanal : λ=293 nm (ɛ=12, dans l’éthanol comme solvant).
Transition π→π*
Les composés qui possèdent une double liaison éthylénique isolée conduisent à une forte bande d’absorption vers 170 nm, dont la position dépend de la présence de substituants hétéroatomiques. Exemple : éthylène : λmax =165 nm (ɛ=16000).
Transition d → d
De nombreux sels inorganiques, comportant des électrons engagés dans des orbitales moléculaires d, conduisent à des transitions de faible absorptivité situées dans le domaine visible, responsables de colorations. Ainsi les solutions des sels métalliques de titane ou de cuivre sont bleues, le permanganate de potassium donne des solutions violettes, etc, (Rouessac, 2004).
Espèces absorbantes
L’absorption de rayonnement par les molécules organiques dans le domaine de longueurs d’onde compris entre 200 et 800 nm résulte des interactions des photons avec les électrons qui participent directement à la formation de la liaison (et qui sont donc associés à plus d’un atome) ou avec ceux qui sont localisés sur des atomes tels que l’oxygène, le soufre, l’azote et les halogènes. Les longueurs d’onde d’absorption d’une molécule organique dépendant de l’énergie de liaison de ses différents électrons.
● Hydrocarbures
Les hydrocarbures saturés ne contiennent que des électrons ϭ. Comme l’énergie requise pour une transition ϭ→ϭ* est de l’ordre de 185 kcal/mol et n’est disponible que dans la région de l’UV lointain (sous vide), les hydrocarbures saturés sont transparents dans la région de l’UV proche et peuvent donc être utilisés comme solvant (Rouessac, 2004).
– Cyclo alcanes
Pour les cyclo alcanes non tendus, l’absorption se situe dans les mêmes zones que pour les n-alcanes. Ainsi, le cyclohexane est utilisable jusqu’à 175 nm comme solvant en spectroscopie UV-visible. Le cyclopropane possède un certain caractère insaturé. En solution, il donne de faibles bandes d’absorption entre 190 et 195 nm.
– Alcènes
Un chromophore éthylénique absorbe en dessous de 200 nm. L’éthylène, en solution dans l’heptane, possède une bande dont le maximum se situe 173 nm (ɛ= 5000).
– Hydrocarbures aromatiques
Les hydrocarbures aromatiques ont des spectres très caractéristiques dont la richesse doit être attribuée à la grande symétrie de ces molécules. (…)
● Composés oxygénés
– Alcools
Le méthanol et les alcools aliphatiques absorbent faiblement vers 180-185 nm. Il s’agit d’une transition n→ϭ*. Par exemple, pour le méthanol gazeux, λmax = 183,5 nm et ɛ= 150. Au-dessus de 210 nm, les alcools sont transparents et utilisés comme solvants spectroscopiques polaires et donneurs de protons.
– Phénols
Dans le cas des phénols, la paire libre peut être conjuguée avec le système π du noyau et cela cause de nouvelles absorptions (ɛ= 5000-20000) dans la région 210-300 nm dues à un transfert de charge intramoléculaire).
– Ethers et composés apparentés
Les éthers aliphatiques sont transparents dans le proche-UV. Ils absorbent entre 184 et 190 nm (oxyde de méthyle gazeux, λmax = 184 nm, ɛ= 2500). Les éthers aromatiques se comportent comme les phénols mais leur spectre n’est pas modifié en milieu basique. Les effets stériques des substituants ortho diminuent l’intensité de la bande vers 270 nm.
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Table des matières
INTRODUCTION
PREMIERE PARTIE : GENERALITES SUR LA SPECTROPHOTOMETRIE D’ABSORPTION MOLECULAIRE DANS L’UV-VISIBLE
I – HISTORIQUE
II-PRINCIPE
III-ASPECTS THEORIQUES
III-1- Absorption moléculaire dans l’UV-visible
III.1.1 Domaine spectral UV-visible
III.1.2 Transitions électroniques
III-1-2.1 Transition ϭ → ϭ*
III-1-2.2 Transition n→ ϭ*
III-1-2.3 Transition n →π*
III.1.2.4 Transition π→π*
III.1.2.5 Transition d → d
III.1.3 Espèces absorbantes
III.1.4 Paramètres de l’absorption
III.1.4.1 Transmittance
III.1.4.2 Absorbance
III.1.4.3Loi de Beer-Lambert
III.1.5 Spectre d’absorption moléculaire dans l’UV-vis
III.1.6 Facteurs influençant l’absorption
III.1.6.1 Facteurs liés au solvant
III.1.6.2 Facteurs liés aux molécules
III.1.6.3 Largeur de la fente
III.1.6.4 Radiations parasites
IV. APPAREILLAGE
IV.1 Schéma de principe
IV.2 Composants d’un spectrophotomètre UV-vis
IV.3 Différentes configurations des spectrophotomètres UV-visible
IV.3.1 Appareils à simple faisceau
IV.3.1.1 Appareils monofaisceau à optique direct, de type monocanal
IV.2.1.2Appareil monofaisceau à optique inversée, de type multicanaux
IV.2.2 Appareils à double faisceau
V. APPLICATIONS
V.1 Analyse qualitative
V.2 Analyse quantitative
DEUXIEME PARTIE : ENQUETE SUR L’UTILISATION DE LA SPECTROPHOTOMETRIE D’ABSORPTION MOLECULAIRE DANS L’UV-VISIBLE
II. CADRE DE L’ETUDE : DAKAR
III. MATERIEL ET METHODES
III.1 Type et période de l’étude
III.2 Population d’étude
III.3 Echantillonnage
III.4 Collecte des données
III.5 Traitement des données
IV. Résultats
IV.1 Ancienneté au poste des utilisateurs
IV.2 Formation des utilisateurs
IV.2.1 Types de formation reçue
IV.2.2 Modalités de formation
IV.2.3 Niveau de satisfaction sur la formation reçue
IV.3 Types de spectrophotomètres utilisés
IV-3-1 Performance des spectrophotomètres
IV.3.2 Formation sur l’appareil lors de l’acquisition
IV.3.3Compréhension du micrologiciel des spectrophotomètres
IV-4 Méthode et types d’analyse effectuée sur le spectrophotomètre
IV.5 Cuves de mesure utilisées
IV.6 Fiabilité des résultats
IV.6.1 Appréciation sur la fiabilité
IV.6.2 Contrôle de la fiabilité
IV.7 Maintenance préventive
IV-8 Disponibilité d’un cahier de vie
IV-9 Qualification de performance du spectrophotomètre
DISCUSSION
CONCLUSION
REFERENCES
ANNEXES
