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Partie 2 • Méthodes spectrométriques
Concrètement, les raies se présentent dans le plan focal comme une succession de segments lumineux parallèles et très fins. Ces raies ont une largeur qui résulte de causes indépendantes.
Il s’agit d’abord de causes techniques, propres à l’instrument, réunies sous le terme de
« fonction d’appareil » : largeur de la fente d’entrée, qualité de l’optique, dont sa distance
focale, phénomènes de diffraction à travers les orifices étroits.
Cependant il existe aussi des causes dues à la mécanique quantique qui font que les transitions spectrales ont une largeur naturelle. Les radiations émises par les atomes ne sont
pas tout à fait monochromatiques. En particulier dans les plasmas, milieux dans lesquels les
collisions sont très rapprochées (ce qui diminue énormément la durée de vie des états excités), le principe d’incertitude d’Heisenberg joue à plein (fig. 14.7). En outre la température
élevée augmente la vitesse des atomes ; c’est l’effet Doppler. La largeur naturelle des raies,
vers 6 000 K, atteint plusieurs picomètres.
émission
∆
ν/2π ∆
E >= h
t
2
E
E 1
∆E = 0
1
∆E 2
Figure 14.7 Largeur naturelle d’une raie.
Représentation d’une transition entre un niveau fondamental stable, dont la durée de
vie est infinie et un niveau excité de très courte durée de vie. L’incertitude DE 2 se traduit
par une imprécision sur la longueur d’onde correspondante.
Pour repérer les radiations spécifiques de l’élément à quantifier (les différentes transitions
optiques) il faut un banc optique de grande qualité. Les montages sont répartis entre spectrographes et spectromètres (fig. 9.12 et 14.8). La source éclaire une fente qui devient un
objet lumineux qui va être analysé par un système dispersif comportant des réseaux (plans
ou concaves ou échelles).
➤ Dans un spectrographe, la fente d’entrée donne autant d’images, décalées les unes par
rapport aux autres, qu’il y a de radiations différentes dans la source. Avec un détecteur
constitué d’un capteur CCD (anciennement une plaque photographique), on obtient un
enregistrement simultané.
➤ Dans un spectromètre, le détecteur est fixe, et ne reçoit donc que la radiation sélectionnée au moyen d’un monochromateur (constitué par la réunion d’un réseau optique et
d’un moteur). Ce système ne permet, par conséquent, de mesurer que l’intensité d’une
seule raie à la fois. Ces appareils utilisés pour effectuer des dosages, ne permettent pas
d’enregistrer un spectre.
Le monochromateur peut être remplacé par un polychromateur, dispositif qui comporte,
dans le plan focal image de la fente d’entrée, une plaque percée de plusieurs fenêtres
(ou fentes) de sortie dont les positions ont été choisies en fonction des éléments à détecter. Derrière chacune d’elles se trouve un détecteur (fig 14.8) pour recueillir la radiation
sélectionnée. L’optique ne comporte pas de pièce en mouvement.
Partie 2 • Méthodes spectrométriques
Concrètement, les raies se présentent dans le plan focal comme une succession de segments lumineux parallèles et très fins. Ces raies ont une largeur qui résulte de causes indépendantes.
Il s’agit d’abord de causes techniques, propres à l’instrument, réunies sous le terme de
« fonction d’appareil » : largeur de la fente d’entrée, qualité de l’optique, dont sa distance
focale, phénomènes de diffraction à travers les orifices étroits.
Cependant il existe aussi des causes dues à la mécanique quantique qui font que les transitions spectrales ont une largeur naturelle. Les radiations émises par les atomes ne sont
pas tout à fait monochromatiques. En particulier dans les plasmas, milieux dans lesquels les
collisions sont très rapprochées (ce qui diminue énormément la durée de vie des états excités), le principe d’incertitude d’Heisenberg joue à plein (fig. 14.7). En outre la température
élevée augmente la vitesse des atomes ; c’est l’effet Doppler. La largeur naturelle des raies,
vers 6 000 K, atteint plusieurs picomètres.
émission
∆
ν/2π ∆
E >= h
t
2
E
E 1
∆E = 0
1
∆E 2
Figure 14.7 Largeur naturelle d’une raie.
Représentation d’une transition entre un niveau fondamental stable, dont la durée de
vie est infinie et un niveau excité de très courte durée de vie. L’incertitude DE 2 se traduit
par une imprécision sur la longueur d’onde correspondante.
Pour repérer les radiations spécifiques de l’élément à quantifier (les différentes transitions
optiques) il faut un banc optique de grande qualité. Les montages sont répartis entre spectrographes et spectromètres (fig. 9.12 et 14.8). La source éclaire une fente qui devient un
objet lumineux qui va être analysé par un système dispersif comportant des réseaux (plans
ou concaves ou échelles).
➤ Dans un spectrographe, la fente d’entrée donne autant d’images, décalées les unes par
rapport aux autres, qu’il y a de radiations différentes dans la source. Avec un détecteur
constitué d’un capteur CCD (anciennement une plaque photographique), on obtient un
enregistrement simultané.
➤ Dans un spectromètre, le détecteur est fixe, et ne reçoit donc que la radiation sélectionnée au moyen d’un monochromateur (constitué par la réunion d’un réseau optique et
d’un moteur). Ce système ne permet, par conséquent, de mesurer que l’intensité d’une
seule raie à la fois. Ces appareils utilisés pour effectuer des dosages, ne permettent pas
d’enregistrer un spectre.
Le monochromateur peut être remplacé par un polychromateur, dispositif qui comporte,
dans le plan focal image de la fente d’entrée, une plaque percée de plusieurs fenêtres
(ou fentes) de sortie dont les positions ont été choisies en fonction des éléments à détecter. Derrière chacune d’elles se trouve un détecteur (fig 14.8) pour recueillir la radiation
sélectionnée. L’optique ne comporte pas de pièce en mouvement.