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Bien choisir un spectromètre

Un spectromètre est un appareil de mesure qui permet de décomposer et d’analyser un rayonnement ou un faisceau d’ions en composants élémentaires qui constituent son spectre. Un spectromètre permet par exemple d’identifier des matériaux ou des molécules.

Ce guide d’achat se concentrera essentiellement sur les différentes techniques de spectrométrie, notamment sur ce que l’on peut analyser avec un spectromètre, les avantages et inconvénients des spectromètres sur le marché et les critères de choix d’un spectromètre.

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  • 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, rayon X, gamma) permet d’analyser la structure d’une matière par son interaction avec des rayonnements qu’elle absorbe, qu’elle diffuse ou qu’elle émet.

    La spectrométrie de masse permet d’analyser la structure moléculaire d’un gaz par ionisation.

     

    Le choix du type de spectromètre dépend du matériau à détecter et du coté invasif ou non de l’analyse (destruction de l’échantillon ou non).

    Quel que soit le type de technologie que vous choisissez, les critères de choix principaux de votre spectromètre sont :

    • La limite de détection/sensibilité
    • La gamme de longueur d’onde

    Si vous devez analyser la couleur d’un échantillon, vous aurez besoin d’un spectromètre couvrant le spectre visible, entre 360 et 740 nm.

    • La résolution (la capacité du spectromètre à distinguer deux longueurs d’onde rapprochées)

    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 d’une résolution d’au moins 0,5 nm.

     

    Même si vous connaissez la gamme de longueurs d’onde et la résolution dont vous avez besoin, des critères secondaires permettront d’affiner votre choix :

    • La taille globale de l’appareillage, notamment s’il doit être transportable ;
    • Le coût d’achat ;
    • La vitesse d’analyse ;
    • Le rapport signal sur bruit ;
    • La linéarité ;
    • La plage dynamique ;
    • La stabilité thermique ;
    • La robustesse.
  • Pourquoi choisir un spectromètre infrarouge ?

    Spectromètre infrarouge FTIR de la marque Bruker Optics

    La spectrométrie infrarouge est une spectrométrie d’absorption qui permet de déterminer la nature des liaisons chimiques présentes dans une molécule. L’absorption résulte des phénomènes de vibration et de rotation des molécules.

    Elle permet de mesurer la réponse d’un échantillon exposé à la lumière infrarouge.

    Elle offre une analyse non invasive et des déterminations quantitatives avec une préparation minimale des échantillons.

    Quelles applications ?

    • Le spectromètre infrarouge est adapté à l’analyse de surface dans l’industrie des semi-conducteurs ou pour déterminer rapidement la quantité d’eau dans des semences pour l’agriculture.
    • Il permet aussi d’identifier des matières premières et composants dans l’industrie chimique, la cosmétique, la plasturgie ou l’industrie pharmaceutique.
    • Il est utile pour surveiller les produits solides très absorbants et fournir des informations telles que la teneur en protéines, en lipides, en fibres et en amidon.
    • Les spectromètres infrarouges existent en modèles de laboratoire ou en modèles portatifs pour réaliser des analyses sur le terrain.

    Les limites

    • Lorsque le nombre de composants chimiques différents est important, le spectre devient complexe et l’interprétation est très délicate, en particulier, pour les composés organiques.
  • Pourquoi choisir un spectromètre UV-Vis ?

    Spectromètre UV/VIS de la marque U-Therm International

    La spectrométrie UV-Vis (longueurs d’onde ultraviolet et visible) est une spectrométrie d’absorption qui permet d’analyser des échantillons peu complexes en phase liquide ou en phase gazeuse.

    Une lampe, généralement au deutérium, transforme un spectromètre à 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 faite avec un spectromètre infrarouge. Elle permet en effet de mieux quantifier les composants d’un échantillon.

    Quelles applications ?

    • Le spectromètre UV-Vis est utilisé pour vérifier l’efficacité de filtres dans l’industrie agroalimentaire.

    Les limites

    • Il est simple d’utilisation mais il ne sait analyser que les échantillons peu complexes. En raison de la largeur des bandes d’absorption moléculaires, les spectres d’absorption ne permettent pas d’observer tous les composants d’un mélange complexe.
  • Pourquoi choisir un spectromètre d'absorption atomique ?

    Spectromètre d’absorption atomique de la marque Analytik Jena

    La spectrométrie par absorption atomique permet de déterminer la concentration d’éléments métalliques dans une solution préalablement chauffée avec une flamme ou dans un four.

    Une flamme à haute température évapore l’eau de l’échantillon, ce qui le dissocie en ions. Cette manipulation entraîne une modification de l’intensité lumineuse mesurée par le détecteur pour déterminer la concentration de l’échantillon.

    La spectrométrie par absorption atomique a l’avantage d’être très sélective.

    Quelles applications ?

    • La spectrométrie par absorption atomique est notamment utilisée dans la prospection 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.

    Les limites

    • Il est nécessaire de préparer une solution initiale, c’est-à-dire de dissoudre le composé avec un solvant adapté, avant de pouvoir réaliser une analyse qualitative et quantitative.
  • Pourquoi choisir un spectromètre à rayons X ?

    Spectromètre à rayon X de la marque Thermo Scientific

    La spectrométrie à rayons X est une spectrométrie d’absorption qui vise à déterminer la composition d’un matériau en l’excitant avec des rayons X.

    Quelles applications ?

    • Elle est utilisée en géologie pour identifier les composants d’une roche.
    • Dans l’industrie nucléaire, elle sert à la détection de l’uranium, que ce soit pour l’extraction ou pour rechercher des impuretés dans le combustible.
    • Elle est aussi utilisée dans le traitement des eaux usées pour identifier les matières à traiter.
  • Pourquoi choisir un spectromètre à fluorescence X ?

    Spectromètre à fluorescence X de la marque Malvern Panalytical

    La spectrométrie à fluorescence X est une spectrométrie d’émission qui mesure le rayonnement X émis par les atomes, excités par absorption d’un rayonnement X.

    Les atomes peuvent aussi être excités à un haut niveau d’énergie ou de température et alors produire des rayonnements X.

    Quelles applications ?

    • Elle est adaptée à la mesure des très faibles concentrations.
    • Elle est utilisée pour l’analyse chimique élémentaire.
    • Elle sert par exemple pour détecter la présence de plomb dans les peintures ou les canalisations, ou pour déterminer l’épaisseur et la composition des revêtements dans le bâtiment ou dans l’industrie.

    Les limites

    • Les techniques de fluorescence sont plus complexes à déployer que les techniques d’absorption car la particule à analyser doit préalablement être excitée par un rayonnement monochromatique.
  • Pourquoi choisir un spectromètre de résonance magnétique ?

    Spectromètre RMN de la marque Oxford Instruments

    La spectrométrie par résonance magnétique est la technologie la plus avancée pour déterminer la structure de composés organiques. Elle fournit notamment des données structurelles sur l’intégralité d’une molécule mais aussi des informations sur les réactions organiques.

    Quelles applications ?

    • Elle est utilisée en médecine dans les IRM (Imagerie par Résonance Magnétique) car elle permet d’obtenir des images très contrastées des différents tissus du corps humain.
    • Cette technique est aussi utilisée pour la détection d’explosifs ou pour l’étude des calottes polaires.
  • Pourquoi choisir un un spectromètre Raman ?

    Spectromètre Raman de la marque Bruker Optics

    La spectrométrie Raman est une spectrométrie de diffusion qui permet d’analyser la structure chimique d’un échantillon et d’identifier les composés présents de façon 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.

    Quelles applications ?

    • Elle est utilisée en archéologie pour effectuer des analyses non destructives.
    • Elle permet d’identifier des molécules organiques, des polymères, des biomolécules et des composés inorganiques.
    • Elle permet de cartographier la distribution des composants dans les mélanges, comme les médicaments dans les excipients, de déterminer la présence de différents types de carbone (diamant, graphite, carbone amorphe, carbone adamantin, nanotubes) et leurs proportions relatives, de mesurer la contrainte et la structure cristalline des semi-conducteurs.
  • Pourquoi choisir un spectromètre de masse ?

    Spectromètre de masse de la marque Shimadzu

    Un spectromètre de masse permet de déterminer la masse de molécules en phase gazeuse.
    Il permet des analyses qualitatives aussi bien que quantitatives : chaque composant a un spectre de masse unique, ou quasi unique, que l’on peut comparer avec des bases de données de spectres de masse, ce qui permet de l’identifier et de le quantifier.

    Il fonctionne avec de très petits échantillons et permet de savoir de quels éléments ils sont composés.

    Quelles applications ?

    • Il est utilisé pour l’analyse rapide d’échantillons dans le contrôle antidopage, dans la sécurité alimentaire ou dans l’industrie pharmaceutique.

    Limites

    • Cette technique ne fonctionne pas avec de très grandes molécules.
  • Quelles sont les applications des spectromètres ?

    Tableau récapitulatif des spectromètres et de leurs applications

    Spectromètre Type Applications
    IR Absorption Caractérisation et identification des molécules organiques.
    Contrôle qualité dans les domaines pharmaceutique, chimique, agroalimentaire et alimentaire.
    UV-Vis Absorption Contrôle qualité dans les domaines pharmaceutique, chimique, agroalimentaire et alimentaire.
    Absorption atomique Absorption Concentration d’éléments métalliques.
    Rayon X Absorption Contrôle qualité pour les semi-conducteurs.
    Détection de l’uranium dans le domaine nucléaire.
    Identification des composantes d’une roche en géologie.
    Fluorescence X Émission fluorescente Analyse en chimie organique.
    Analyse en biochimie.
    Résonance magnétique Champ magnétique Analyse en chimie organique.
    Raman Diffusion Identification de matières illicites ou dangereuses.
    Archéologie (analyse moléculaire).
    Masse Ionisation Analyse toxicologique, lutte antidopage, analyse médicale, analyse environnementale, etc.
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