La spectroscopie est l’étude de l’interaction entre le rayonnement électromagnétique et la matière. C’est l’un des outils les plus puissants de la chimie analytique, fournissant des informations sur la structure moléculaire, la configuration électronique et la composition élémentaire sur pratiquement tous les types d’échantillons. Le spectre électromagnétique s’étend des rayons gamma de haute énergie (λ < 10 pm) aux rayons X, en passant par l’ultraviolet (UV), le visible (Vis), l’infrarouge (IR), les micro-ondes, jusqu’aux ondes radio de faible énergie (λ > 1 m). Chaque région sonde différentes transitions moléculaires ou atomiques.
Lorsque le rayonnement interagit avec la matière, trois phénomènes principaux peuvent se produire : l’absorption (la molécule absorbe l’énergie du photon et passe à un état excité), l’émission (une espèce excitée se relaxe en libérant un photon) et la diffusion (le rayonnement est dévié avec ou sans changement d’énergie — diffusion Rayleigh et Raman, respectivement). La spectroscopie d’absorption est la plus utilisée, et la relation entre l’absorption et la concentration est régie par la loi de Beer-Lambert : A = εbc, où A est l’absorbance, ε est l’absorptivité molaire, b est la longueur du trajet optique et c est la concentration.
La spectroscopie moléculaire implique des transitions entre des niveaux d’énergie quantifiés au sein des molécules — électroniques (UV-Vis), vibrationnelles (IR, Raman) et rotationnelles (micro-ondes). La spectroscopie atomique implique des transitions d’électrons dans des atomes libres, nécessitant généralement une atomisation à haute température (flamme, four ou plasma) pour briser les liaisons moléculaires. L’absorption atomique (AAS), l’émission atomique (AES, ICP-OES) et la fluorescence atomique (AFS) sont les principales techniques atomiques.
Tous les instruments spectroscopiques partagent des composants communs : une source de rayonnement (source continue ou à raies), un sélecteur de longueur d’onde (monochromateur ou filtre) qui isole la longueur d’onde analytique, un porte-échantillon (cuve, flamme ou plasma) et un détecteur (tube photomultiplicateur, photodiode ou dispositif à transfert de charge) qui convertit l’intensité lumineuse en signal électrique. Le rapport signal-sur-bruit (SNR) détermine le plus petit signal détectable et peut être amélioré par le moyennage du signal, la modulation et l’amplification à verrouillage. Les instruments modernes intègrent souvent des autosamplers, l’acquisition de données informatisée et des logiciels chimiométriques avancés pour la déconvolution spectrale.
