La spectrométrie, ou spectroscopie, est une méthode analytique quantitative et qualitative qui consiste à mesurer l'absorbance ou la densité optique d'une substance chimique donnée, généralement en solution.
Un spectromètre est un appareil de mesure qui permet de séparer et d'analyser les composants élémentaires du spectre d'un rayonnement ou d'un faisceau d'ions. En pratique, un spectromètre peut être utilisé pour identifier des matériaux ou des molécules.
Ce guide d'achat portera sur les différentes techniques de spectrométrie, notamment ce qui peut être analysé avec un spectromètre, les avantages et les inconvénients des spectromètres du marché, et les critères de choix d'un spectromètre.
Comment choisir un spectromètre ?
Il existe deux grandes catégories de spectrométrie : la spectrométrie de rayonnement et la spectrométrie de masse.
La spectrométrie de rayonnement (UV-Vis, IR, X, gamma) permet d'analyser la structure d'un matériau par son interaction avec le rayonnement qu'il absorbe, diffuse ou émet.
La spectrométrie de masse permet d'analyser la structure moléculaire d'un gaz par ionisation.
Le type de spectromètre à choisir dépend du matériau à détecter et du caractère invasif ou non de l'analyse (destruction ou non de l'échantillon).
Les principaux critères de sélection de votre spectromètre doivent être :
Sensibilité et limite de détection
Gamme de longueurs d'ondes : Si vous avez besoin d'analyser la couleur d'un échantillon, vous aurez besoin d'un spectromètre couvrant le spectre visible, entre 360 et 740 nm.
Résolution (capacité du spectromètre à distinguer deux longueurs d'onde proches l'une de l'autre) : Si le spectre de l'échantillon présente des pics nets séparés par une distance d'au moins 0,5 nm, vous aurez besoin d'un spectromètre avec une résolution d'au moins 0,5 nm.
En plus de la gamme de longueurs d'onde et de la résolution dont vous avez besoin, il existe des critères secondaires pour vous aider à faire le bon choix :
La taille globale de l'équipement, surtout s'il doit être transporté
Le coût
La vitesse d'analyse
Le ratio signal sur bruit
La linéarité
La gamme dynamique
La stabilité thermique
La durabilité
Dans quel cas choisir un spectromètre infrarouge ?
La spectrométrie infrarouge est un type de spectrométrie d'absorption qui permet de déterminer la nature des liaisons chimiques présentes dans une molécule. L'absorption résulte de la vibration et de la rotation des molécules.
Il est utilisé pour mesurer la réponse d'un échantillon exposé à la lumière infrarouge.
Il offre une analyse non invasive et des déterminations quantitatives avec une préparation d'échantillon minimale.
Applications
Le spectromètre infrarouge convient à l'analyse de surface dans l'industrie des semi-conducteurs ou pour déterminer rapidement la quantité d'eau dans les graines pour l'agriculture.
Il peut également être utilisé pour identifier des matières premières et des composants dans les industries chimiques, cosmétiques, plastiques ou pharmaceutiques.
Il est utile pour surveiller les produits solides hautement absorbants et fournir des informations telles que la teneur en protéines, matières grasses, fibres et amidon.
Les spectromètres infrarouges sont disponibles en modèles de laboratoire ou en modèles portables pour l'analyse sur le terrain.
Désavantages
Lorsque le nombre de composants chimiques différents est important, le spectre devient complexe et l'interprétation est difficile, en particulier pour les composés organiques.
Quand choisir un spectromètre UV/VIS ?
La spectrométrie UV/VIS (longueurs d'onde ultraviolettes et visibles) est un type de spectrométrie d'absorption qui permet l'analyse d'échantillons liquides ou gazeux de faible complexité.
Une lampe, généralement au deutérium, transforme un spectromètre de lumière visible en une unité UV-visible pouvant mesurer de 190 à 1100 nm.
L'analyse avec un spectromètre UV-VIS est complémentaire de celle avec un spectromètre infrarouge. Il permet une meilleure quantification des composants d'un échantillon.
Applications
Le spectromètre UV-VIS est utilisé pour vérifier l'efficacité des filtres dans l'industrie alimentaire.
Désavantages
Ce type de spectromètre est facile à utiliser, mais ne peut analyser que des échantillons simples. En raison de la largeur des bandes d'absorption moléculaire, tous les composants d'un mélange complexe ne peuvent pas être observés dans les spectres d'absorption.
Pourquoi choisir un spectromètre d'absorption atomique ?
La spectrométrie d'absorption atomique est utilisée pour déterminer la concentration d'éléments métalliques dans une solution préalablement chauffée à la flamme ou dans un four.
Une flamme à haute température évapore l'eau de l'échantillon, la dissociant en ions. Cette manipulation se traduit par une modification de l'intensité lumineuse mesurée par le détecteur pour déterminer la concentration de l'échantillon.
La spectrométrie d'absorption atomique a l'avantage d'être très sélective.
Applications
La spectrométrie d'absorption atomique est utilisée dans l'exploration minière, dans l'industrie pharmaceutique ou dans la recherche environnementale.
Cette analyse de haute précision est idéale pour les laboratoires d'essais environnementaux, de toxicologie et de contrôle qualité.
Désavantages
Il est nécessaire de préparer une solution initiale, c'est-à-dire de dissoudre le composé avec un solvant approprié, avant qu'une analyse qualitative et quantitative puisse être effectuée.
Pourquoi choisir un spectromètre à rayons X ?
La spectrométrie à rayons X est un type de spectrométrie d'absorption qui détermine la composition d'un matériau en l'excitant avec des rayons X.
Applications
Il est utilisé en géologie pour déterminer la composition d'une roche.
Dans l'industrie nucléaire, il est utilisé pour détecter l'uranium, que ce soit à des fins minières ou pour rechercher des impuretés dans le combustible.
Il est également utilisé dans le traitement des eaux usées pour identifier les matériaux à traiter.
Pourquoi choisir un spectromètre à fluorescence X ?
La spectrométrie de fluorescence X est un type de spectrométrie d'émission qui mesure le rayonnement X émis par les atomes excités par l'absorption du rayonnement X.
Les atomes peuvent également être excités à un niveau d'énergie ou de température élevé et produire ensuite des rayons X.
Applications
Il convient à la mesure de très faibles concentrations.
Il est utilisé pour l'analyse chimique élémentaire.
Il est utilisé, par exemple, pour détecter la présence de plomb dans les peintures ou les tuyaux, ou pour déterminer l'épaisseur et la composition des revêtements dans la construction ou l'industrie.
Désavantages
Les techniques de fluorescence sont plus complexes à mettre en œuvre que les techniques d'absorption car la particule à analyser doit d'abord être excitée par un rayonnement monochromatique.
Pourquoi choisir un spectromètre à résonance magnétique ?
La spectrométrie par résonance magnétique est la technologie la plus avancée pour déterminer la structure des composés organiques. Il fournit notamment des données structurales sur une molécule entière mais aussi des informations sur les réactions organiques.
Applications
Il est utilisé en IRM médicale (Imagerie par Résonance Magnétique) car il permet d'obtenir des images très contrastées de différents tissus du corps humain.
Cette technique est également utilisée pour la détection d'explosifs ou pour l'étude des calottes polaires.
Pourquoi choisir un spectromètre Raman ?
La spectrométrie Raman est un type de spectrométrie de diffusion qui permet l'analyse de la structure chimique d'un échantillon et l'identification des composés présents de manière similaire à la spectrométrie infrarouge, mais sur des échantillons plus petits et avec une meilleure résolution.
Un spectromètre Raman permet d'analyser la composition moléculaire de la structure externe d'un matériau.
Applications
Il est utilisé en archéologie pour l'analyse non destructive.
Il permet l'identification de molécules organiques, de polymères, de biomolécules et de composés inorganiques.
Il vous permet de cartographier la distribution des composants dans les mélanges, tels que les médicaments dans les excipients ; déterminer la présence de différents types de carbone (diamant, graphite, carbone amorphe, carbone adamantin, nanotubes) et leurs proportions relatives ; et pour mesurer la contrainte et la structure cristalline des semi-conducteurs.
Pourquoi choisir un spectromètre de masse ?
Un spectromètre de masse vous permet de déterminer la masse des molécules en phase gazeuse.
Il peut être utilisé aussi bien pour des analyses qualitatives que quantitatives : chaque composant possède un spectre de masse unique ou quasi unique qui peut être comparé à des bases de données de spectre de masse, ce qui permet de l'identifier et de le quantifier.
Ce type de spectromètre fonctionne avec de très petits échantillons et permet de savoir de quels éléments ils sont composés.
Applications
Il est utilisé pour l'analyse rapide d'échantillons dans le contrôle antidopage, la sécurité alimentaire et l'industrie pharmaceutique.
Désavantages
Cette technique ne fonctionne pas avec de très grosses molécules.
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