Techniques d’analyses
biologiques
Faculté des sciences de la Nature et Vie
Chapitre 3
Méthodes physiques d’analyses
Partie 5
Spectroscopie
Absorption
Atomique
L’absorption atomique est une technique analytique couramment utilisée pour
déterminer la concentration d’éléments métalliques dans divers échantillons,
tels que des solutions liquides, des solides et des échantillons biologiques.
Introduction
La spectrométrie d’absorption atomique (AAS) est une technique décrite pour
La 1ère fois par Walsh (1955).
AAS étudie les absorptions de lumière par l'atome libre.
C’est une des principales techniques mettant en jeu la spectroscopie atomique
dans le domaine UV-visible utilisée en analyse chimique.
Elle permet de doser une soixantaine (plus de 60)d'éléments chimiques
(métaux et non-métaux).
Les applications sont nombreuses étant donné qu’on atteint couramment des
concentrations inférieures au mg/L (ppm)
Définition
Absorption de la lumière : La méthode repose sur le principe que les atomes
d’un élément spécifique absorbent la lumière à des longueurs d’onde
caractéristiques lorsqu’ils sont excités par une source de chaleur entre 2000 C°
à 3500C° peut allé jusqu’à 7000 C°selon les cas de l’échantillon à analysé
(flamme ou four à graphite).
Transition électronique : Lorsque la lumière d’une source (généralement une
lampe à cathode creuse) est dirigée vers l’échantillon, les atomes de l’élément
ciblé absorbent une partie de cette lumière, entraînant une transition des
électrons vers des niveaux d’énergie supérieurs.
Principe et Aspect théorique de l’absorption atomique :
Illustration des processus d’émission et d’absorption
ΔE=hυ=En-Em
la loi de Beer- Lambert:
En spectrométrie d’absorption atomique, on mesure l’absorbance : A= K.c
A: Absorbance (sans unité)
c: Concentration de l’élément
k: Coefficient propre à chaque élément pour la longueur d’onde choisie.
Le dispositif expérimental utilisé en absorption atomique se compose
- une source, la lampe à cathode creuse,
- brûleur et un nébuliseur,
- un monochromateur,
- un détecteur relié à un amplificateur,
- un dispositif d'acquisition des résultats .
Instrumentation et Équipement de base:
Un monochromateur est un dispositif utilisé en optique pour sélectionner une gamme la plus
étroite possible de longueurs d'onde à partir d'un faisceau lumineux de gamme de longueurs
d'onde plus large. Le nom monochromateur est issu du grec mono (seul) et chroma (couleur).
Bien que le principe soit radicalement différent, la fonction est similaire à celle des filtres utilisés
pour sélectionner une fréquence d'un signal électromagnétique dans un récepteur radio.
Schéma éclater (général) du dispositif d’un spectromètre d’absorption atomique
lampe :Cathode creuse d’un spectromètre d’absorption atomique.
Préparation de l’échantillon : Les échantillons sont souvent dissous dans un
solvant approprié.
Vaporisation : L’échantillon est introduit dans l’atomiseur, où il est vaporisé
et atomisé.
Mesure de l’absorbance : La lumière émise par la lampe à cathode passe
à travers l’échantillon, et l’intensité de la lumière absorbée est mesurée.
Calcul de la concentration : L’absorbance mesurée est comparée à une
courbe standard, permettant de déterminer la concentration de l’élément
dans l’échantillon.
Méthodologie :
La courbe d’étalonnage est déterminée de deux manières différentes :
Étalonnage direct -› matrice simple (un seul élément à doser)
Méthode des ajouts dosés -› matrice complexe ou inconnue.
Dosage par absorption atomique.
Analyse environnementale : Détection de métaux lourds dans l’eau, les sols
et l’air.
Industrie alimentaire : Analyse des niveaux de nutriments et de contaminants
dans les aliments.
Médecine et biologie : Détermination de métaux dans des échantillons
biologiques tels que le sang ou les tissus.
Applications :
Avantages :
- Haute sensibilité et précision.
- Capacité à analyser plusieurs éléments simultanément (avec des lampes appropriées).
- Méthode rapide et efficace pour des analyses quantitatives.
Inconvénients :
- Nécessite des standards pour la calibration.
- Sensibilité aux interférences (matrices complexes peuvent affecter les résultats).
- Limité à l’analyse d’éléments métalliques
Avantages et inconvénients :
Chapitre 3
Méthodes physiques d’analyses
Partie 6
Spectroscopie
Émission de
flamme
L’émission de flamme: est une méthode d’analyse basée sur la lumière émise par
des atomes excités lorsqu’ils sont chauffés dans une flamme (brulés).
Lorsqu’un ion métallique est introduit dans la flamme, l’énergie thermique excite
les électrons.
En revenant à leur état fondamental, les électrons émettent
de la lumière de couleur spécifique, propre à chaque élément.
Principes essentiels
La flamme chauffe les atomes → excitation des électrons.
Les électrons reviennent à leur niveau initial → émission de photons.
La couleur observée est caractéristique de l’élément (spectre d’émission).
Définition
-arrivées à débits contrôlés (par contrôle de pression) des gaz comburant et combustible
-nébuliseur nébulisant l'échantillon à débit constant dans la flamme
-brûleur
-fente de sortie mesurant le flux émis dans une zone de flamme de température constante
-sélection d'une longueur d'onde caractéristique du spectre de raies de l'atome à mesurer
-photoréception de l'émission ; traitement du signal
Instrumentation : schéma d'un photomètre de flamme
Exemple:
le chlorure de sodium dans une flamme air (dioxygène) - propane.
Le sodium (présent à l'état Na+dans l'échantillon de départ) est atomisé par la flamme
une fraction du sodium atomique passe à l'état excité et le retour à l'état fondamental
s'accompagne d'une émission notamment à 589,0 et 589,6 nm.
v = ΔE / h, donc λ = hc / ΔE
avec:
- h : constante de Planck,
- c : célérité de la lumière,
- v : fréquence,
-λ : longueur d'onde,
-ΔE : l'énergie.
Identification rapide de certains cations métalliques (Na⁺, K⁺, Cu²⁺, Li⁺…).
Utilisée en qualitative (couleurs de flamme) ou en quantitative dans la
spectrométrie d’émission.
Sodium (Na⁺): jaune vif
Potassium (K⁺): violet
Cuivre (Cu²⁺): vert-bleu
Lithium (Li⁺): rouge carmin
Calcium (Ca²⁺): orange-brique
Sensibilité limitée
Interférences possibles entre éléments
Nécessite une flamme propre et un échantillon pur
Applications
Couleurs typiques
Limites d’application
Chapitre 2
Méthodes physco-chimique
d’analyses
Partie 7
Polarographie
