Un spectrophotomètre d’absorption est un instrument analytique utilisé pour déterminer la quantité d’un élément présent dans un échantillon. Il repose sur le fait que les éléments absorbent la lumière à une fréquence particulière dans le spectre lumineux. Lorsqu’un atome est à son niveau d’énergie le plus bas (ou état fondamental), il peut absorber un photon de lumière avec une fréquence spécifique et passer à un état d’énergie plus élevé en utilisant l’énergie du photon. Ainsi, il est possible de détecter l’élément dans un échantillon, et de déterminer la quantité présente, en mesurant la quantité de lumière de la fréquence pertinente qui est absorbée par l’échantillon. Cette technique est largement utilisée en chimie pour l’analyse élémentaire.
Les composants typiques d’un spectrophotomètre d’absorption comprennent une source lumineuse ; une chambre ou une cellule dans laquelle l’échantillon est exposé à la lumière ; un monochromateur, qui est un dispositif qui permet de sélectionner et d’isoler la fréquence d’intérêt ; et un détecteur qui mesure l’intensité de la lumière à cette fréquence. Puisque la quantité de lumière absorbée à cette fréquence est proportionnelle à la concentration de l’élément, la quantité de l’élément présent peut être calculée. Les données peuvent être affichées sur un écran et/ou stockées électroniquement.
La source lumineuse d’un spectrophotomètre d’absorption émet normalement de la lumière à la fréquence spécifique absorbée par l’élément pour lequel le test est effectué. Étant donné que la fréquence d’absorption d’un élément est la même que sa fréquence d’émission, la source peut utiliser cet élément pour produire de la lumière à la fréquence requise. Ceci peut être réalisé par une décharge électrique dans une atmosphère inerte, en utilisant l’élément comme cathode. Normalement, différentes sources lumineuses sont nécessaires pour tester différents éléments, mais dans certains cas, une cathode contenant plusieurs éléments est utilisée, pour permettre des tests simultanés pour ces éléments.
Dans le type de spectrophotomètre d’absorption le plus fréquemment utilisé, l’échantillon – généralement une solution – est converti en un aérosol et introduit dans une flamme chaude, qui convertit tous les ions de l’élément d’intérêt en atomes dans leur état fondamental, de sorte qu’ils absorberont léger. Le type de flamme utilisé dépend de l’élément d’intérêt. Pour de nombreux éléments, une flamme oxygène-acétylène est utilisée ; cependant, certains métaux peuvent former des oxydes s’il y a suffisamment d’oxygène présent dans la flamme. Dans ces cas, une flamme non oxydante peut être utilisée. D’autres méthodes incluent l’utilisation d’un four en graphite pour chauffer l’échantillon à une température élevée et le chauffage électrique de l’échantillon dans une fine tige de carbone.
Il existe un large éventail d’applications pour le spectrophotomètre d’absorption. Une application courante en géologie consiste à établir le contenu de divers métaux dans un échantillon minéral. Dans le domaine de la protection de l’environnement, cet instrument peut être utilisé pour vérifier les niveaux d’éléments toxiques dans les effluents industriels, les eaux de rivière et les eaux souterraines ou pour déterminer les niveaux de métaux lourds toxiques dans les poissons. De même, il peut être utilisé pour vérifier les niveaux de divers éléments dans des échantillons de sang – par exemple, des éléments essentiels comme le sodium, le calcium et le magnésium, ainsi que des éléments toxiques.