1. Cours de Chimie Analytique
USTHB/ Faculté des Sciences Biologiques
Master 2
Protection des écosystèmes (PE)
Pr. OULAD DAOUD BOUKRAA Fatima
Méthodes spectroscopiques
Spectroscopie moléculaire UV-visible
Spectroscopie atomique (SAA, SEA)
Spectroscopie Infrarouge

2. LES METHODES SPECTRALES

3. Généralités
I- Spectre électromagnétique et énergie des molécules et atomes
Figure 1
U n e r a d i a t i o n é l e c t r o m a g n é t i q u e
( m o n o c h r o m a t i q u e ) p r é s e n t e d e u x
composantes: un champ électrique (E) oscillant
perpendiculairement à un champ magnétique
(B). Elle est caractérisée par sa longueur d’onde
l (aspect ondulatoire) exprimée en (nm) et
son énergie hn ou hc/l exprimée en (joule ou
e V ) , po r t é e p a r l e s p h o t o n s ( a s p e c t
corpusculaire)

4. a) Décomposition du spectre électromagnétique en plusieurs régions

5. de la région
Tableau 1
https://youtu.be/l9ATMBC6swc

6. En 1666 Newton a pu décomposer
les couleurs de la lumière solaire
(visible ou blanche) en la dispersant
utilisant un prisme.
Chaque couleur est caractérisée par
une longueur d’onde λ et une
énergie E ainsi que toutes les
r a d i a t i o n s d u s p e c t r e
électromagnétique.

7. Effet de la lumière sur les objets

8. Energie des molécules et des atomes
A cause des électrons qui composent une molécule, et surtout les électrons de liaisons, celle-ci
possède une énergie électronique (Eele). Elle est constituée d’atomes qui vibrent le long de l’axe
de liaison donc elle possède une énergie de vibration (Evib ). Les atomes sont en perpétuelle
rotation autour de l’axe de liaison dans une molécule donc Erot ,
d où l’énergie totale Et :
��= ����+ ����� + ���� avec �����>����>����
L’existence de différents niveaux électroniques et sous niveaux d’énergie vibrationnels et
rotationnels permet d’expliquer le phénomène d’absorption des molécules.
Cette absorption n’est possible que si
l’énergie du photon E= hn , correspond
à la différence entre deux niveaux
d’énergie. On provoque le passage d’un
électron du niveau fondamental Ef à un
niveau E*, si l absorbée est située dans
la région UV-visible (10 à 800 nm)
D E = E*-Ef = hn
C’est une transition électronique.
Figure 2: a) Représentation schématique
de niveaux énergétiques des molécules

9. Energie des atomes
Les atomes possèdent une énergie
électronique due à la présence des
électrons dans les couches externes
(figure ci-contre).
L’a b s o r p t i o n d e r a d i a t i o n s
s’accompagne de transfert d’énergie
des photons vers les atomes libres et
donc à l’état gazeux, selon le même
principe que les molécules.
Figure 2:Représentation schématique
de niveaux énergétiques des atomes

10. Gustave Kirchhoff
1824-1887
II- Différents types de spectres (loi de Kirchcoff)
Fil en tungstène
Na
Gaz de sodium
https://pg-astro.fr/grands-astronomes/l-ere-
moderne/gustav-kircchoff.html
Le retour à l’état
fondamental
s’effectue par
émission de
radiation
lumineuse Figure 3

11. Expérience de Kirchhoff

12. Wilhelm Wien
1864-1928
Figure 4: Spectre d’un émetteur incandescent
(corps noir) chauffé à différentes températures
Un corps noir peut être le
filament d’une lampe électrique
portée à incandescence. Plus on
augmente la température, plus
on tend vers l’UV voir figure ci-
contre et plus l’intensité
lumineuse augmente et la
longueur d’onde d’émission
dépend de la température, par
la loi de Wien:

13. L’étude de l’absorption des radiations UV-visible par les molécules (organiques ou
inorganiques) fait l’objet de la spectroscopie moléculaire UV-visible, qui a pour but
d’interpréter les spectres moléculaires électroniques pour caractériser les substances et
ensuite les doser (analyse qualitative et quantitative).
Figure 5: Exemple d’un spectre continu moléculaire
ou spectre d’absorption uv-visible (enregistré)
Spectre continu (absorption et émission)

14. Figure 6: Spectre continu d’émission de la lumière visible
Spectre discontinu (absorption et émission) ou spectres atomiques
Spectre d’émission discontinu ou spectre des raies
caractéristiques des atomes à l’état libre, (les raies
sont claires ou colorées sur un fond sombre
Spectre d’absorption discontinu ou spectre des raies
caractéristiques des atomes à l’état libre (les raies
sont noires sur fond un coloré

15. Figure 8: Deux représentations du spectre
d'une lampe à vapeur de mercure à basse pression.
Intensité émise
l(nm)

16. En absorbant des radiations de l plus élevée (>780 nm) et donc d’énergie plus faible, c.-à-d. l
située dans la région infrarouge (IR), c’est l’état vibrationnel et rotationnel qui est modifié.
La molécule tout en étant à l’état fondamental va changer de mode vibration en provoquant
une transition vibrationnel qui correspond à un spectre de vibration rotation ou spectre Infra
rouge dont l’interprétation relève de la spectroscopie infra rouge (appliqué à l’analyse
qualitative des composés organiques).

17. III- Absorption dans le visible: notions de couleurs
La lumière solaire ou lumière blanche est une superposition de toutes les couleurs (ou de
toutes les radiations visibles), qui dispersées par un prisme conduisent au spectre solaire ou
spectre visible. C’est une région intéressante à étudier car les longueurs d’ondes sont perçues
par l’œil humain qui fait la distinction non seulement entre les couleurs mais l’intensité d’une
même couleur. L’œil joue le rôle de détecteur de couleurs auxquelles il est sensible.
Les couleurs primaires, en synthèse additive, sont le bleu, le rouge et le vert. Superposés,
elles constituent le blanc. D’où la notion de couleurs complémentaires:
-du rouge blanc – rouge = (bleu + vert) = cyan (bleu ciel)
- du vert blanc – vert = (rouge + bleu ) = magenta (rose violacé)
- du bleu blanc – bleu = (rouge +vert) = jaune
Tableau II: Couleurs
complémentaires en
lumière blanche

19. La perception visuelle d’une couleur provient de l’absorption sélective de
certaines longueurs d’onde (certaines radiations) de la lumière blanche.
En effet, quand un objet est éclairé par de la lumière blanche, certaines l sont
absorbées par l’objet. Les radiations transmises ou réfléchies (donc non absorbées)
constituent la couleur de l’objet.
C’est Maxwell (1831-1879) qui démontre que toutes les nuances peuvent être obtenue
à partir de trois teintes fondamentales (couleurs primaires) le Rouge, le Vert et le Bleu.

20. On peut se servir de ces cercle colorés pour déterminer la couleur d’un objet, la couleur
absorbée par l’objet (couleur complémentaire).
Remarques:
- Un objet blanc : l’absorption des couleurs est faible et il transmet toutes les couleurs du
visible : c’est un objet froid
- Un objet noir : toutes les couleurs sont absorbées (une infime partie est réfléchie) →
couleur chaude

21. Spectre de la lumière visible (spectre de référence)
Spectre d’absorption de la carotène (spectre d’absorption)