Absorbance
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L'absorbance mesure la capacité d'un milieu à absorber la lumière qui le traverse. On l'appelle également densité optique ou extinction. Il s'agit d'une grandeur sans unité donnée par la relation :

A_\lambda = \log_{10} \left( \frac{I_0}{I} \right)

L'absorbance (L'absorbance mesure la capacité d'un milieu à absorber la lumière qui le traverse. On l'appelle également densité optique ou extinction. Il s'agit d'une...) est définie par le ratio entre la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet)...) incidente I0 qui traverse (Une traverse est un élément fondamental de la voie ferrée. C'est une pièce posée en travers de la voie, sous les rails, pour en maintenir l'écartement et l'inclinaison, et transmettre au ballast les charges des véhicules...) le milieu à une longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa longueur est celle de...) d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle...) λ, et la lumière transmise I exprimé en logarithme (En mathématiques, une fonction logarithme est une fonction définie sur à valeurs dans , continue et transformant un produit en somme. Le logarithme de base a où a est un réel strictement positif différent de 1 est une...) de base 10[1].

L'absorbance diffère selon la nature de l'élément et selon la longueur d'onde sous laquelle il est étudié.

Lois de l'absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise par une autre entité, par exemple, un atome qui fait une transition entre deux niveaux...) de la lumière

Soit un faisceau de lumière monochromatique (On qualifie de monochromatique (du grec mono-, un seul et chromos, couleur) une lumière dont la couleur n'est formée que d'une fréquence ou, par extension de sens, d'une bande très étroite de fréquence au niveau de son spectre.) qui traverse une couche de matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La matière occupe de...) transparente (comme un morceau de glace (La glace est de l'eau à l'état solide.) par exemple). La plupart de l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) rayonnante passera à travers cette substance, mais une petite partie sera réfléchie ou absorbée. La somme totale de l'énergie incidente sera conservée, et exprimée par la relation :

P_0 = P_a + P_t  + P_r . \;

P0 est l'énergie incidente, Pa est l'énergie absorbée, Pt est l'énergie transmise et Pr est l'énergie réfléchie. Si on peut compenser l'énergie perdue par la réflexion, moyennant une mise au point (Graphie) technique, on s'intéressera à la relation entre énergie incidente et énergie transmise. Cette relation a été formulée par Pierre Bouguer en 1729. La loi de Bouguer (connue aussi comme la loi de Lambert) consiste en deux parties; la première définit la transmittance, la seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du...) la variation de l'absorbance en fonction de l'épaisseur de la couche de substance traversée par la lumière.

Loi de Bouguer

Comme convenu précédemment, l'énergie transmise par un milieu homogène est proportionnelle à l'énergie appliquée sur celui-ci. Ainsi, l'énergie transmise par celui-ci sera toujours une partie de l'énergie totale appliquée. Ce rapport est définit comme la transmittance, T, qui peut être exprimée par

T=\frac{P_t}{P_0} \;

Pour une substance donnée (Dans les technologies de l'information, une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction,...), avec une épaisseur et une longueur d'onde définies, T est une constante. Comment varie alors la transmittance en fonction de l'épaisseur du milieu?

Pour répondre à cette question on va prendre l'exemple suivant : on suppose qu'une substance, à 1cm d'épaisseur, permet à 50% de l'énergie reçue de passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques Brisson (1723-1806) en 1760.) à travers elle. Autrement, elle a une transmittance de 0,5. Si cette lumière obtenue passe par une deuxième couche de même épaisseur, une autre fois, 50% de celle si réussira à passer à travers. Au passage successif par les deux couches, seulement 25% de l'énergie de la lumière incidente a été transmise par 2cm de cette substance (0,50 x 0,50 = 0,502). De même, 3cm transmettra 12,5% du total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un total est le résultat d'une addition, c'est-à-dire une somme. Exemple : "Le total des dettes". En physique le total n'est pas...) reçu (0,50 x 0,50 x 0,50 = 0,53). Il s'agit donc là d'une progression géométrique, pour chaque unité d'épaisseur additionnée, l'énergie transmise sera atténuée au demi. Cette atténuation (Perte d'intensité et amplitude d'un signal...) ou extinction (D'une manière générale, le mot extinction désigne une action consistant à éteindre quelque chose. Plus particulièrement on retrouve ce terme dans...) évolue d'une manière exponentielle (La fonction exponentielle est l'une des applications les plus importantes en analyse, ou plus généralement en mathématiques et dans ses domaines d'applications. Il existe plusieurs définitions équivalentes :...). La transmittance ne diminue donc pas d'une manière linéaire mais exponentielle (voir figure). Par contre, le logarithme de T (logT) diminue linéairement en fonction de l'épaisseur.

Le changement subi par l'énergie rayonnante P en fonction de la longueur du trajet optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) traversé l, est défini par la relation:

\frac{dP}{dl} = -kP \;

k est une constante de proportionnalité (On dit que deux mesures sont proportionnelles quand on peut passer de l'une à l'autre en multipliant par une constante appelée coefficient de proportionnalité.). En intégrant cette équation (En mathématiques, une équation est une égalité qui lie différentes quantités, généralement pour poser le problème de leur identité. Résoudre l'équation consiste à déterminer toutes les façons de donner à certaines des...), on obtient :

\int_{P_0}^P \frac{dP}{P} = -k \, \int_0^l \,dl \;

d'où :

\ln{\frac{P}{P_0}} = -kl \;

Pour les chimistes, on substitue le logarithme népérien par le logarithme décimal (Le logarithme décimal ou log10 est le logarithme de base dix. Il est défini en tous les réels strictement positifs x.) en divisant le facteur k par 2,303 l'incorporant dans une nouvelle constante notée a (α pour les physiciens):

\log_{10} \frac{P}{P_0} = -al \;

Comme T=\frac{P_t}{P_0} \;, on peut écrire :

-\log T = al \;

On définie maintenant que l'absorbance est :

A = -\log T = al \;

a est le coefficient d'absorption ou absorptivité du milieu exprimé en m-1 ou cm-1. Dans une solution, on peut diviser le coefficient d'absorption par nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de moles n des entités contenues dans le volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) traversé par un faisceau lumineux :

\varepsilon = \frac{a}{n} = -\frac{1}{l \cdot n} \log \frac{P}{P_0} = \frac{A}{l \cdot n} \;

ε, exprimée en M-1.cm-1, est l'absorptivité molaire (L' absorptivité molaire, qui est aussi appelée coefficient d'extinction molaire, est notée par la lettre ε (epsilon) et s'exprime en...) ou coefficient d'extinction molaire de l'entité en solution. Il dépend de la nature du corps absorbant, de la longueur d'onde choisie et de la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est...).

Loi de Beer-Lambert (La loi de Beer-Lambert, aussi connue comme la loi de Beer-Lambert-Bouguer et chez les francophones parfois même simplement comme la loi de Bouguer, est une relation empirique reliant l'absorption...)

Pour plus de détails, voir l'article Loi de Beer-Lambert

Utilisant le même raisonnement que celui de la loi de Bouguer, August Beer propose en 1852 une équation reliant l'absorbance et la transmittance à la concentration d'une substance en solution. La loi est énoncée de la manière suivante :

A_\lambda = -\log T = a \cdot c .\,

La concentration c est exprimée en mol.L-1 ou en mol.m-3. L'absorptivité a peut être substituée dans l'équation par le coefficient d'extinction molaire ε comme défini précédemment. Alors, par la combinaison (Une combinaison peut être :) des deux équations, on obtient la loi de Beer-Bouguer mieux connue comme la loi de Beer-Lambert :

A_\lambda = \varepsilon_\lambda \cdot l \cdot c .\;

La mesure de l'absorbance se fait grâce à un spectrophotomètre. l est à la longueur du chemin optique traversé par la lumière dans la solution en cm. En pratique, cette longueur correspond à l'épaisseur de la cuve de mesure (généralement prise de 1cm).

Cette loi permet aux chimistes de déterminer la concentration inconnue d'un ou plusieurs éléments dans une solution donnée. Toutefois, cette proportionnalité entre la concentration et l'absorbance ne serait plus applicable pour c > 0,01 mol.L-1 (c'est là où le phénomène de réflection devient non négligeable).

Colorimétrie

Si un élément n'absorbe pas assez la lumière pour effectuer des mesures correctes, on le fait réagir avec un autre élément pour que le produit de la réaction affiche une couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s).) bien visible. L'intensité de la coloration obtenue est proportionnelle à la concentration réelle.

Turbidimétrie

La turbidimétrie se base sur un système de détection (Un système de détection est un système permettant à l'utilisateur d'observer un événement automatiquement par le biais d'un appareil...) optique qui mesure la turbidité, c’est-à-dire la concentration de très petites particules en suspension ( Le fait de suspendre des particules En chimie, la suspension désigne une dispersion de particule. En géomorphologie, la suspension est un mode de transport des...) dans une solution (mg.L-1). La lumière transmise à travers un milieu turbide dépend de la concentration en objets diffusants et de leurs sections efficaces d’extinction, donc de leurs tailles, leurs formes, leurs indices de réfraction (En physique des ondes — notamment en optique, acoustique et sismologie — le phénomène de réfraction est la déviation d'une onde lorsque la vitesse de celle-ci change entre deux milieux. Typiquement, cela se produit à l'interface...), et de la longueur d’onde considérée.
Pour de faibles concentrations, l’intensité transmise peut être déterminée par la loi de Beer-Lambert. La mesure de l’intensité transmise permet ainsi, de remonter à la distribution de taille et à la concentration des particules absorbantes.

Exemple d'application
étude classique, par spectrophotométrie, de la croissance bactérienne dans un milieu de culture (La définition que donne l'UNESCO de la culture est la suivante [1] :) liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) agité.

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