Qu'est-ce qu'un spectrophotomètre
Un spectrophotomètre mesure la quantité de lumière qu'un échantillon absorbe à une longueur d'onde choisie. Comme de nombreuses substances absorbent la lumière proportionnellement à leur concentration, l'instrument transforme une lecture d'absorbance en un résultat quantitatif : c'est pourquoi on le trouve dans l'analyse des eaux et des eaux usées, dans l'analyse des aliments et des boissons, dans le contrôle qualité pharmaceutique et dans tout laboratoire qui suit une méthode colorimétrique.
Le domaine visible est le cas courant : un complexe coloré se forme dans l'échantillon et l'instrument mesure l'intensité de son absorption. Le domaine ultraviolet étend la mesure aux substances incolores qui absorbent néanmoins en dessous de la bande visible, et il exige une autre lampe ainsi qu'un autre matériau de cuvette. Les deux domaines sont souvent souhaités dans un même laboratoire, ce qui fait de la plage de longueurs d'onde la première chose à établir.
Ce qui sépare les instruments n'est pas l'afficheur mais la manière dont la lumière est produite, séparée et détectée : la plage de longueurs d'onde, la largeur de bande spectrale, le nombre de faisceaux, le type de lampe et le format de cuvette qu'exige le travail. Cette page couvre ces points, ainsi que la frontière avec les instruments d'analyse voisins qui répondent à d'autres questions sur la même paillasse.
Comment mesure un spectrophotomètre
L'instrument fait passer la lumière par un monochromateur, un réseau ou un filtre, pour isoler une bande étroite à la longueur d'onde choisie, la dirige à travers l'échantillon et mesure ce qui parvient au détecteur. L'absorbance se calcule à partir du rapport entre la lumière transmise par l'échantillon et celle transmise par une référence : la mesure du blanc fait donc partie de toute méthode et non d'un complément facultatif.
La relation entre absorbance et concentration n'est linéaire que dans certaines limites, et seulement dans un système bien maîtrisé. Au-delà d'une certaine absorbance, la linéarité se perd, les effets de matrice de l'échantillon interfèrent et la lecture cesse d'être une mesure fiable de la concentration. Une méthode ne définit donc pas seulement la longueur d'onde, mais aussi le trajet optique, le réactif et la gamme sur laquelle l'étalonnage a été établi.
La largeur de bande et la lumière parasite déterminent ce que l'instrument peut faire aux extrémités de sa plage. Une bande étroite résout un pic d'absorption fin qu'une bande large aplatirait et lirait par défaut ; la lumière parasite limite l'absorbance maximale à laquelle on peut se fier, car à forte absorbance la faible proportion de lumière parasite devient une proportion importante de la lumière qui atteint le détecteur. L'une comme l'autre sont des données de spécification et non des réglages d'exploitation.
Choix de configuration
L'essentiel de la spécification est déterminé par ces décisions plutôt que par la classe d'exactitude. Chacune contraint la suivante, c'est pourquoi elles sont tranchées dans l'ordre.
| Configuration | Options à fixer | Ce que cela détermine réellement |
| Plage de longueurs d'onde | Visible seul, ou ultraviolet et visible réunis | Quelles substances et quelles méthodes normalisées l'instrument peut traiter, et quels matériaux de lampe et de cuvette sont nécessaires. |
| Largeur de bande spectrale | La largeur de la bande de lumière qui atteint l'échantillon | Si un pic d'absorption fin est résolu correctement. Un pic mesuré avec une bande trop large se lit par défaut, et l'étalonnage absorbe cette erreur jusqu'au changement d'instrument. |
| Montage optique | Simple faisceau, ou double faisceau avec canal de référence | Si la référence est mesurée en même temps que l'échantillon. Un double faisceau compense la dérive de la lampe et du détecteur, ce qui compte sur une longue série d'échantillons. |
| Source lumineuse | La ou les lampes montées, et la plage que chacune couvre | Quelle extrémité de la plage de longueurs d'onde est disponible. La bande ultraviolette exige une source qui lui soit propre, et le point de commutation entre sources est un détail de spécification. |
| Détecteur | Le type de détecteur, et la plage à laquelle il répond | La sensibilité aux extrémités de la plage de longueurs d'onde, et le niveau de bruit de la lecture. |
| Format d'échantillon | Cuvettes courantes, cellules à microvolume, cellules à circulation, et porte-tubes ou porte-flacons | Si la méthode peut être suivie telle qu'elle est écrite, et quelle quantité d'échantillon elle consomme. Un format à microvolume ne vaut la peine que si les échantillons sont réellement petits. |
| Logiciel et mémorisation des méthodes | Méthodes intégrées, courbes d'étalonnage mémorisées, et possibilité d'exporter les résultats | Si le travail de routine est une méthode mémorisée ou une séquence manuelle, et si les résultats doivent être documentés. |
| Exactitude de la longueur d'onde et vérification | Comment l'exactitude de la longueur d'onde est établie, et les filtres étalons fournis | Si l'instrument peut être démontré comme lisant à la longueur d'onde qu'exige la méthode, ce qu'un laboratoire accrédité doit pouvoir prouver. |
Comment choisir un spectrophotomètre
| Critère | Pourquoi il décide de la réponse | Comment le fixer avant de nous consulter |
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| Ce qui est mesuré | Une couleur, une concentration par une méthode normalisée ou un balayage sur une plage n'imposent pas les mêmes exigences | Nommer la substance et la méthode, ou décrire l'information attendue de la lecture. |
| Bande de longueurs d'onde nécessaire | Elle décide de la lampe, du matériau de cuvette et souvent de la gamme de prix de l'instrument | Indiquer les longueurs d'onde qu'exige la méthode, et si certaines tombent en dessous du domaine visible. |
| Largeur de bande exigée par la méthode | Une méthode écrite autour d'un pic exige une largeur de bande capable de le résoudre | Citer la méthode, longueur d'onde et largeur de bande comprises lorsqu'elle les indique. |
| Gamme de concentrations | Elle fixe le trajet optique et la dilution que la méthode demandera | Donner la concentration minimale et maximale attendue. |
| Volume d'échantillon disponible | Certaines méthodes et certains échantillons sont limités en volume | Indiquer la quantité d'échantillon disponible par dosage. |
| Nombre d'échantillons et cadence | Il décide si un appareil à simple faisceau suffit ou si un double faisceau fait gagner du temps | Donner la taille de lot et la fréquence à laquelle le travail est réalisé. |
| Exigence de documentation | Un travail accrédité demande généralement des enregistrements et une vérification de l'instrument | Indiquer si les résultats doivent être documentés, et si des étalons de vérification doivent être fournis. |
Si l'un de ces points reste ouvert, envoyez ce qui est connu. Un devis peut être établi sur une description de service et affiné une fois les lacunes comblées.
Les alternatives les plus proches
Ce sont les types que recouvre généralement une demande pour un spectrophotomètre, et le moment où le choix se décide vraiment.
| Alternative la plus proche | Ce qui la distingue d'un spectrophotomètre |
| Colorimètres | Ils isolent une bande avec un filtre plutôt que de sélectionner une longueur d'onde avec un monochromateur : ils sont donc plus simples et adaptés à une méthode qui définit une seule réaction colorée. Ils ne peuvent ni balayer un spectre ni résoudre un pic fin, ce qui en fait un instrument de routine fixe plutôt qu'un instrument de mise au point de méthodes. |
| Spectromètres d'absorption atomique | Ils mesurent l'absorption de la lumière par des atomes dans une flamme ou un four pour déterminer une concentration élémentaire, souvent à de très faibles niveaux. Ils répondent à la question de savoir quels éléments sont présents et en quelle quantité, là où un appareil UV-visible répond habituellement à la question de savoir combien d'un composé est présent. |
| Chromatographes en phase gazeuse | Ils séparent un mélange en ses composants avant de les mesurer, ce qu'un spectrophotomètre ne sait pas faire. Lorsqu'un échantillon contient plusieurs substances qui absorbent à la même longueur d'onde, c'est cette séparation qui rend la mesure possible. |
| Chromatographes en phase liquide | Le même principe de séparation appliqué en phase liquide, souvent couplé à un détecteur spectrophotométrique. La distinction est que la chromatographie assure la séparation ; le détecteur ne rapporte que ce qui le traverse. |
| Analyseurs de COT | Ils mesurent le carbone organique total en oxydant l'échantillon et en détectant le dioxyde de carbone produit. Ils donnent un chiffre global de charge organique, là où une méthode spectrophotométrique mesure une substance ou une réaction précise. |
| Spectromètres de masse | Ils identifient les composés par leur rapport masse sur charge et fournissent une information structurale et confirmatoire. Ils relèvent d'un autre ordre d'instrument en coût comme en exploitation, et s'emploient là où l'exigence est l'identification et non la quantification de routine. |
La frontière à trancher en premier est celle entre le colorimètre et le spectrophotomètre. Là où la méthode désigne une seule longueur d'onde pour une seule réaction colorée, un colorimètre peut suffire ; là où une méthode doit être établie ou transférée, c'est la sélectivité en longueur d'onde du spectrophotomètre qui la rend possible.
Ce qu'il faut inclure dans la demande
La première réponse peut être un devis plutôt qu'une série de questions si la demande contient ces éléments. Lorsqu'un chiffre est inconnu, envoyez la description de l'usage et nous confirmerons ce qu'il implique.
- La substance ou le paramètre à mesurer, et la méthode à suivre
- La longueur d'onde ou la plage de longueurs d'onde qu'exige la méthode
- La largeur de bande spécifiée par la méthode, lorsqu'elle en indique une
- La gamme de concentrations attendue
- Le volume d'échantillon disponible par dosage
- Si le travail est une méthode de routine fixe ou un ensemble de méthodes
- La taille de lot, et la fréquence à laquelle le travail est réalisé
- Si les résultats doivent être documentés ou exportés
- Quantité, port de destination et date de livraison requise
