Photométrie et réflectométrie

Photométrie

La photométrie mesure la lumière absorbée dans la gamme de lumière ultraviolette (UV), visible (VIS) et proche infrarouge (NIR). Cette mesure permet de déterminer la quantité d'un analyte présent dans une solution ou un liquide. Les photomètres utilisent une source lumineuse et des détecteurs particuliers, qui convertissent la lumière traversant une solution d'échantillon en un signal électrique proportionnel. Ces détecteurs peuvent être par exemple des photodiodes, des photorésistances ou des photomultiplicateurs. La photométrie s'appuie sur la loi de Beer-Lambert pour calculer des coefficients obtenus à partir d'une mesure de la transmittance. Une fonction d'étalonnage spécifique à chaque test permet d'établir une corrélation entre l'absorbance et la concentration en analyte, ce qui donne des résultats d'une grande exactitude.

La photométrie est une technique d'analyse quantitative couramment utilisée dans les laboratoires de recherche pour déterminer la quantité de composés organiques et inorganiques dans les solutions et autres liquides. Elle a également de vastes applications industrielles dans la détermination des contaminants dans les eaux usées et l'eau potable, l'analyse des nutriments dans les échantillons de sol, d'aliments et de boissons, ou l'identification de la composition des matériaux de construction pour n'en citer que quelques-unes.

Structure et fonctionnement d'un photomètre

Un photomètre comprend typiquement une source lumineuse, un monochromateur, un échantillon et un détecteur. La source lumineuse peut être une lampe tungstène-halogène (généralement la source de lumière utilisée pour les analyses dans le domaine visible) ou des LED. Pour les mesures dans le domaine UV-visible, il est possible d'utiliser une lampe au xénon. Le monochromateur filtre la lumière émise par la source lumineuse et ne laisse passer qu'une partie extrêmement étroite du spectre. La lumière traverse ensuite une cuve ou une cellule contenant l'échantillon. En fonction de la quantité d'analyte (ou d'un colorant dérivé de celui-ci) présente dans la solution d'échantillon, une partie de la lumière est absorbée par la solution, le reste étant transmis. La lumière transmise est dirigée vers les détecteurs, qui produisent un courant électrique proportionnel à l'intensité lumineuse.

Loi de Beer-Lambert

La loi de Beer-Lambert, également appelée loi de Beer, stipule que la quantité de lumière absorbée par un échantillon est directement proportionnelle à la concentration de l'analyte présent et à la longueur du trajet optique de la lumière à travers l'échantillon. Dans ce contexte, "échantillon" signifie soit l'analyte lui-même (mesure directe), soit un colorant dérivé de l'analyte (en cas d'utilisation de réactifs ou de kits). La relation est décrite par la formule :

A = elc

où

A = absorbance de l'échantillon l = longueur du trajet optique (cm) c = concentration de l'analyte (M) e = coefficient d'extinction molaire (M-1cm-1)

Le spectrophotomètre mesure l'intensité de la lumière avant et après avoir traversé une solution, puis relie cette valeur à la transmittance (T) à l'aide de l'équation suivante :

Transmittance (T) = It/Io

It et Io sont respectivement l'intensité lumineuse après et avant passage au travers de la solution. La transmittance est liée à l'absorbance par l'équation :

Absorbance (A) = −log(T)

Réflectométrie

La réflectométrie, également appelée photométrie de réémission, est une technique analytique non destructive qui utilise la réflexion de la lumière par des surfaces et des interfaces pour mesurer des caractéristiques telles que l'intensité de la couleur, l'épaisseur de film et l'indice de réfraction.

Comme pour les autres photomètres, les principaux éléments d'un réflectomètre sont la source lumineuse, habituellement des LED de longue durée de vie et de longueur d'onde particulière, focalisées sur une surface de l'échantillon via un système de lentille, et des détecteurs qui mesurent la lumière réfléchie.

Les réflectomètres sont souvent conçus pour mesurer des caractéristiques physiques des surfaces, comme les changements de couleur d'une bandelette. Selon cette approche, un échantillon peut être placé sur une bandelette et sa valeur de réémission (REM) peut être comparée à celle de témoins et d'étalons correspondants. Comme en photométrie, la différence d'intensité entre la lumière émise et la lumière réfléchie permet de déterminer de manière quantitative la concentration d'analytes donnés.

Dans les applications industrielles, la réflectométrie sert couramment de méthode sensible et rapide pour la quantification d'un large éventail de paramètres organiques et inorganiques dans les échantillons d'eau, d'aliments, de boissons et environnementaux, ainsi que dans d'autres domaines d'utilisation, par exemple pour l'analyse de surface de matériaux de construction ou pour quantifier la coloration cutanée.

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