S24 – Lampe UV / UV-Visible : spectres et absorbance 📖⚓︎
1️⃣ Rappel : ondes électromagnétiques vs mécaniques⚓︎
| Critère | Onde mécanique (S23) | Onde EM (S24) |
|---|---|---|
| Exemple | Ultrasons | Lumière, UV, IR |
| Milieu nécessaire ? | ✅ Oui (air, eau, peau) | ❌ Non (se propage dans le vide) |
| Célérité dans le vide | Impossible | c = 3 × 10⁸ m/s |
| Gel de contact ? | Obligatoire | Non nécessaire |
| Relation | c = λ × f (identique) | c = λ × f (identique) |
2️⃣ Le spectre électromagnétique⚓︎
Vue d'ensemble⚓︎
📋 Texte
Rayons γ Rayons X UV VISIBLE IR Micro-ondes Radio
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λ petit λ grand
E élevée E faible
│ │ │
10 nm 400 nm 800 nm
Zoom sur UV et visible⚓︎
| Domaine | Bornes de λ | Caractéristiques | Usage cosmétique |
|---|---|---|---|
| UVC | 100 – 280 nm | Très dangereux, arrêtés par l'ozone | Stérilisation (lampes germicides) |
| UVB | 280 – 320 nm | Coups de soleil (érythème) | Protection SPF |
| UVA | 320 – 400 nm | Vieillissement cutané, bronzage | Protection PA / UVA |
| Visible | 400 – 800 nm | Lumière perçue par l'œil | LED bleue (anti-acné), rouge (anti-âge) |
| IR | 800 nm – 1 mm | Chaleur | Lampes IR institut |
📋 Texte
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ │
│ 📌 À RETENIR – SPECTRE EM : │
│ │
│ • UV : 10-400 nm (invisible, dangereux pour la peau) │
│ • Visible : 400-800 nm (couleurs perçues par l'œil) │
│ • IR : > 800 nm (chaleur) │
│ • UVA (320-400) = vieillissement ; UVB (280-320) = brûlure │
│ • Filtres solaires = molécules qui ABSORBENT les UV │
│ │
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3️⃣ Le spectrophotomètre UV-visible⚓︎
Principe⚓︎
Un spectrophotomètre mesure la quantité de lumière absorbée par un échantillon en solution.
📋 Texte
┌──────────┐ ┌───────────────┐ ┌──────────┐ ┌──────────────┐ ┌───────────┐
│ LAMPE │ → │ MONOCHROMATEUR │ → │ CUVE │ → │ DÉTECTEUR │ → │ AFFICHAGE │
│ (UV/vis) │ │ (sélection λ) │ │ (l = 1cm)│ │ (mesure I) │ │ A, T │
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Grandeurs mesurées⚓︎
| Grandeur | Symbole | Définition | Unité |
|---|---|---|---|
| Transmittance | T | Fraction de lumière transmise : T = I/I₀ | Sans unité |
| Absorbance | A | Mesure de la lumière absorbée : A = −\(log_{10}\)(T) = \(log_{10}\)(I₀/I) | Sans unité |
⚠️ Si T est exprimée en %, convertir : T = T(%) / 100 avant d'utiliser \(log_{10}\).
Signification : - Si l'échantillon absorbe beaucoup → A grand (solution foncée, concentrée) - Si l'échantillon n'absorbe pas → A ≈ 0 (solution transparente, diluée)
4️⃣ Spectres d'absorption⚓︎
Définition⚓︎
Un spectre d'absorption est le graphe de l'absorbance A en fonction de la longueur d'onde λ : A = f(λ).
Ce qu'on cherche sur un spectre⚓︎
| Élément | Comment le trouver | Signification |
|---|---|---|
| \(λ_{max}\) | Sommet du pic (maximum d'absorption) | Longueur d'onde où la mesure est la plus sensible |
| Domaine | UV (< 400 nm) ou visible (> 400 nm) | Détermine l'usage (filtre UV ou colorant) |
Lien spectre – couleur⚓︎
Si une molécule absorbe dans le visible, elle apparaît de la couleur complémentaire :
| Couleur absorbée | λ absorbée | Couleur observée |
|---|---|---|
| Violet | 400-450 nm | Jaune-vert |
| Bleu | 450-495 nm | Orange |
| Vert | 495-570 nm | Rouge-violet |
| Rouge | 620-800 nm | Bleu-vert |
Exemple : Le β-carotène absorbe le bleu-violet (≈ 450 nm) → il apparaît orange.
5️⃣ Loi de Beer-Lambert⚓︎
Énoncé⚓︎
L'absorbance A d'une solution est proportionnelle à la concentration C de l'espèce absorbante.
📋 Texte
┌──────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ │
│ A = ε × l × C │
│ │
│ A : absorbance (sans unité) │
│ ε : coefficient d'absorption molaire (L·mol⁻¹·cm⁻¹) │
│ l : longueur de la cuve (cm) – en général l = 1 cm │
│ C : concentration molaire (mol·L⁻¹) │
│ │
└──────────────────────────────────────────────────────────────┘
Relations dérivées⚓︎
| On cherche | Formule |
|---|---|
| A | A = ε × l × C |
| C | C = A / (ε × l) |
| ε | ε = A / (l × C) |
Signification physique⚓︎
📋 Texte
┌──────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ │
│ ⚠️ Si la CONCENTRATION DOUBLE → l'ABSORBANCE DOUBLE │
│ │
│ Analogie du thé : │
│ 1 sachet → couleur claire (A faible) │
│ 2 sachets → couleur 2× plus foncée (A double) │
│ 3 sachets → couleur 3× plus foncée (A triple) │
│ │
└──────────────────────────────────────────────────────────────┘
Conditions de validité⚓︎
La loi de Beer-Lambert est valable si : - La solution est diluée (A < 2) - La lumière est monochromatique (une seule λ, de préférence \(λ_{max}\)) - La solution est homogène
6️⃣ Dosage par courbe d'étalonnage⚓︎
Méthode en 5 étapes⚓︎
- Préparer des solutions étalons de concentration connue
- Mesurer l'absorbance de chaque étalon à \(λ_{max}\)
- Tracer la courbe A = f(C) → droite passant par l'origine
- Mesurer l'absorbance de l'échantillon inconnu (A_éch)
- Lecture graphique : trait horizontal → droite → trait vertical → \(C_{éch}\)
Lecture graphique⚓︎
Courbe d'étalonnage
Conclusion de conformité⚓︎
| Étape | Action |
|---|---|
| 1 | Déterminer \(C_{éch}\) par lecture graphique |
| 2 | Rappeler l'intervalle du cahier des charges [\(C_{min}\) ; \(C_{max}\)] |
| 3 | Comparer : \(C_{min}\) ≤ \(C_{éch}\) ≤ \(C_{max}\) ? |
| 4 | Conclure : conforme (dans l'intervalle) ou non conforme |
📋 Texte
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│ │
│ 📌 À RETENIR – DOSAGE SPECTROPHOTOMÉTRIQUE : │
│ │
│ • Mesurer TOUJOURS à $λ_{max}$ (sensibilité maximale) │
│ • Loi de Beer-Lambert : A = ε × l × C │
│ • Courbe d'étalonnage : droite A = f(C) par l'origine │
│ • Lecture graphique : horizontal → droite → vertical │
│ • Conformité : $C_{éch}$ ∈ [$C_{min}$ ; $C_{max}$] du CDC | │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘
7️⃣ Pourquoi mesurer à \(λ_{max}\) ?⚓︎
À \(λ_{max}\), l'absorbance est maximale → meilleure sensibilité :
- Petite variation de C → variation mesurable de A → dosage précis
- À une autre λ, A serait plus faible → difficile de distinguer deux concentrations proches → dosage imprécis
📌 À retenir pour l'E2⚓︎
Définitions essentielles⚓︎
| Terme | Définition |
|---|---|
| Onde EM | Perturbation qui se propage sans milieu matériel |
| Absorbance A | Grandeur sans unité mesurant la lumière absorbée |
| \(λ_{max}\) | Longueur d'onde du maximum d'absorption |
| Loi de Beer-Lambert | A = ε × l × C (proportionnalité A ↔ C) |
| Courbe d'étalonnage | Droite A = f(C) permettant de doser un inconnu |
| Filtre UV | Molécule qui absorbe les UV (\(λ_{max}\) dans le domaine UV) |
| Spectrophotomètre | Appareil mesurant l'absorbance d'un échantillon |
Règles pratiques⚓︎
| Règle | Application |
|---|---|
| A ↑ quand C ↑ | Proportionnalité Beer-Lambert |
| \(λ_{max}\) = sommet du pic | Lecture de spectre |
| Mesure à \(λ_{max}\) | Meilleure sensibilité pour le dosage |
| Droite par l'origine | Vérification de la loi de Beer-Lambert |
| \(C_{éch}\) ∈ [\(C_{min}\) ; \(C_{max}\)] → conforme | Conclusion de contrôle qualité |
Vocabulaire à maîtriser⚓︎
- Spectre électromagnétique – UV, UVA, UVB, UVC – Visible, IR
- Absorbance, transmittance – \(λ_{max}\)
- Spectrophotomètre – Monochromateur, cuve, détecteur
- Loi de Beer-Lambert – ε, l, C
- Courbe d'étalonnage – Lecture graphique
- Conforme, non conforme – Cahier des charges
🔗 Lien avec la suite de la progression⚓︎
| Séance | Réinvestissement |
|---|---|
| S03 | Concentration massique → ici : dosage par spectrophotométrie |
| S05 | Échelle de teinte → ici : courbe d'étalonnage (même logique, plus précis) |
| S23 | Ondes mécaniques (US) → ici : ondes EM (c = λ × f identique) |
| COSMÉTO S24 | Preuves d'efficacité → documents instrumentaux (spectres) |
| COSMÉTO S25 | Analyse résultats expérimentaux → dosage spectrophotométrique |
🔧 Fiches méthode associées⚓︎
➡️ Fiche méthode 02 – Calculer et interpréter (D.U.C.I.)
➡️ Fiche méthode 01 – Justifier une réponse scientifique (O.A.C.J.)