G uide d achat. Les spectrophotomètres de laboratoire

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1 G uide d achat instrumentation analytique Les spectrophotomètres de laboratoire H Les spectrophotomètres sont un peu les couteaux suisses, ou les oscilloscopes numériques, tout dépend de leurs accointances du domaine de l analyse moléculaire. On est sûr d en rencontrer un dans un laboratoire, quel que soit le secteur industriel (l eau, la chimie, les sciences de la vie, la pharmaceutique ). Pour couvrir autant d applications différentes, qui se distinguent par des besoins, des contraintes et des budgets également très disparates, les fabricants proposent aussi bien de simples spectrophotomètres dédiés à l analyse de l eau, par exemple, que des systèmes haut de gamme pour le contrôle de matériau. Comme tous les appareils reposent sur une technique de mesure identique, le choix d un modèle et des accessoires se fait avant tout selon l application de l utilisateur. Parmi l instrumentation analytique utilisée en laboratoire pour les analyses moléculaires, la spectroscopie d absorption ultraviolet (UV) et visible occupe une place à part. Cette technique permet en effet d identifier et de quantifier un éventail extrêmement large de substances et de produits : suivi de la dissolution d un médicament dans un bain représentant l estomac, mesure de chlorures ou de nitrates dans l eau, analyse de polymères et de matériaux (verres protecteurs, emballage), comparaison de différents lots de peinture, identification de solvants organiques purs «Dans chaque laboratoire, L essentiel De par la plage spectrale (UV et visible), l éventail des applications possibles pour les spectrophotomètres de laboratoire est extrêmement large. Comme ils ne peuvent pas multiplier le nombre de modèles, les fabricants rendent leurs appareils plus polyvalents et plus simples à utiliser. Pour bien choisir un spectrophotomètre, la première question porte donc sur l application et le type d analyse à faire, sans sous-estimer performance et qualité de mesure. on peut ainsi trouver un spectrophotomètre UV/ visible», affirme ainsi Michel Vandenberge, responsable de la commercialisation pour les produits de spectroscopie chez Agilent Technologies (1). Evidemment, pour couvrir un nombre aussi élevé d applica- Même si des modèles peuvent être amenés sur le terrain, les spectrophotomètres se sont faits une place incontournable pour les analyses moléculaires. Le technicien ou le laborantin travaillant en biologie, pharmaceutique, chimie, agriculture, etc. a déjà eu l occasion d en utiliser un. Agilent Technologies Macherey-Nagel tions, de surcroît dans des secteurs industriels parfois très différents, l offre disponible sur le marché français se compose, en entrée de gamme, d appareils souvent dédiés aux analyses de routine ou à des domaines particuliers, comme celui de l analyse de l eau. Les spectrophotomètres de gammes supérieurs sont plus universels et dotés de performances et d un nombre de fonctionnalités croissants, jusqu à des systèmes haut de gamme couvrant éventuellement la plage du proche infrarouge (NIR) ou de précision très élevée. Quels que soient les modèles, leur point commun est la méthode spectroscopique mise en œuvre. Dans le domaine spectral de l UV/visible, soit des longueurs d onde de 190 à 400 nm pour l UV et de 400 à 700 nm pour le visible, auxquels on peut ajouter le très proche infrarouge jusqu à nm, l absorbance de nombreux composés (voir encadré page 62) permet d obtenir une analyse quantitative (2) par application de la loi de Beer-Lambert, via un spectre d absorption moléculaire où chaque pic correspond à une molécule. A titre d exemples, les chromophores oxime (=NOH) et nitrate (-ONO 2 ) présentent respectivement un pic à 190 nm et 270 nm de longueur d onde. La méthode s applique non seulement aux composés eux-mêmes, Parmi les nombreux domaines d applications, l analyse de la qualité de l eau est un marché où la demande est très forte. Que ce soit pour de l eau potable, des eaux de rejets ou de process, les règlementations imposent en effet des contrôles toujours plus accrus. dont le spectre est connu, mais également aux composés dont un dérivé obtenu par réaction chimique présente une absorption dans la plage de longueurs d onde. La méthode spectroscopique étant identique d un modèle à l autre, on retrouve ainsi un principe de fonctionnement commun à tous les spectrophotomètres de laboratoire. Ils sont en effet tous constitués d une source lumineuse, d un système de sélection du faisceau, d un compartiment où l on installe l échantillon et d un détecteur (voir encadré page 62). Il existe évidemment des différences, comme on le verra ultérieurement, selon les applications et les besoins des utilisateurs. «La spectrométrie étant une technique mature [son apparition industrielle remonte à une quarantaine d années et le marché affiche une progression de l ordre de 3 ou 4 % par an, NDLR], les principales évolutions rencontrées sur le marché ces dernières années sont des améliorations en termes de sensibilité accrue et d évolutivité, notamment, pour les modèles haut de gamme», constate Alexandre Michelet, responsable Materials Characterization chez France. Ce que confirment d ailleurs tous les autres fabricants interviewés. Sylvain Baudet, chef produits chez Serlabo Technologies, ajoute même que, «dans les applications où leur sensibilité n est pas suffisante, on se tourne plutôt vers d autres méthodes analytiques, comme la chromatographie». «On trouve également les spectroscopies FTIR [infrarouge par transformée de Fourier, NDLR] et par fluorescence, la spectrométrie de masse, la chromatographie en phase liquide», poursuit Michel Vandenberge (Agilent Une lampe au xénon comme unique source Revenons à la source des spectrophotomètres, ou plus précisément à leurs sources de lumière. Comme il faut couvrir les longueurs d onde en UV, en visible ou les Secomam Les spectrophotomètres milieu et haut de gamme sont plutôt réservés aux applications pharmaceutiques et de recherche, notamment. Leurs performances permettent le suivi cinétique, la caractérisation de nouveaux matériaux 60 61

2 Principe d un spectrophotomètre Détecteur Source de lumière Référence Echantillon deux, les fabricants proposaient, jusqu à quelques années encore, deux lampes : une au deutérium pour la plage nm (UV) et une lampe halogène à filament de tungstène pour le visible (au-delà de 400 nm). «Ces lampes se distinguent par un bruit de fond très faible et une excellente stabilité de la ligne de base contrairement à une lampe pulsée», avance Alain Gosset, directeur général de Jasco France. Il y a environ six ans est en effet apparu un nouveau type de sources : les lampes au xénon. «On couvre désormais la gamme spectrale de l UV et du visible avec une seule lampe qui, de surcroît, affiche une durée de vie supérieure à celle des lampes au deutérium. Comme les utilisateurs n ont plus à changer qu une seule source et que tous les cinq ans, le coût de possession en est grandement réduit», explique Thierry Villières, directeur général de Secomam (Groupe ITT). Parmi les autres avantages des lampes au xénon, on peut citer l absence de préchauffage, la lampe ne fonctionnant que lors des mesures, et une dégradation moins forte de l échantillon. Comme précisément la source couvre une gamme spectrale étendue, l énergie dans la partie UV est en effet plus faible que celle fournie par une lampe au deutérium. «L inconvénient est que la faiblesse énergétique du faisceau rend les performances de l appareil plus instables ; la moindre dégradation du spectrophotomètre fait qu il peut ne plus respecter les normes Fente d entrée Fente de sortie Réseau de diffraction Diviseur de faisceau Monochromateur Miroir de focallisation Miroir collmateur La spectrophotométrie UV/visible repose sur l interaction du rayonnement électromagnétique et de la matière dans les longueurs d onde comprises entre 190 et nm (de l UV jusqu au proche infrarouge). L absorption du rayonnement par les molécules est due au passage d un électron du niveau électronique (orbite moléculaire) à un autre d énergie supérieure (niveau excité) sous l effet du rayonnement. Chaque chromophore se caractérise par un spectre de transmittance T (ratio entre l intensité du faisceau transmis par un échantillon I et l intensité initiale I0) ou d absorbance A qui vaut -log (T). En analyse quantitative, on applique la loi de Beer-Lambert : A = L. c. e, où L est la longueur du trajet optique dans l échantillon, c est la concentration en espèce absorbante et e est le coefficient d absorption. Plus concrètement, un spectrophotomètre est constitué d une source lumineuse (une ou plusieurs lampes, selon la gamme spectrale), d un système de sélection du faisceau (filtres, monochromateur à réseau ), d un compartiment où l on installe l échantillon et d un ou plusieurs détecteurs (photodiodes, photomultiplicateur). strictes imposées en pharmaceutique», indique Alexandre Michelet ( France). «Malgré des limitations en termes de plage spectrale et de reproductibilité, les lampes au xénon sont un bon compromis pour les spectrophotomètres d entrée de gamme», résume Sylvain Baudet (Serlabo Il n est ainsi plus nécessaire d utiliser des réactifs pour ramener dans le visible un phénomène se produisant dans l UV, ce qui allonge le temps d analyse. Pour les modèles très haut de gamme, enfin, il Les modèles dotés d un faisceau unique, compensé ou non, permettent la mesure séquentielle de la référence et de l échantillon. Avec un double faisceau (UV-2700 de Shimadzu), ce sont l échantillon et sa référence qui sont analysés en même temps. Shimadzu Jenway tion toute particulière à la qualité de l optique et au type de détecteur (barrette arrondie)», avertit Thierry Villières (Secomam). L avantage est l obtention rapide d un spectre d absorption ; l inconvénient est une fatigue plus rapide de l échantillon, due aux UV. Double faisceau? Attention aux abus de langage L une des premières questions que le futur acquéreur doit se poser est la suivante : «Est-ce un spectrophotomètre à simple ou à double faisceau?». Dans la première configuration, il n y a qu un seul faisceau de mesure, qu un seul compartiment dans lequel mettre d abord un blanc (spectre de référence) puis l échantillon à analyser. «On parle de mais il est possible, à tout moment, de compenser les éventuelles fluctuations dans le temps de la source [et du détecteur, NDLR] via un second faisceau», indique toutefois Frédéric Soumet, directeur des ventes pour la partie laboratoire de Hach Lange France. Le deuxième faisceau, qui n a qu une partie de l énergie issue de la lampe (20 %, par exemple), ne sert pas à la mesure proprement dite, mais uniquement à l auto zéro. Les gens apprécient les appareils à simple faisceau compensé, notamment pour leur prix qui s élève à quelques milliers d euros. «Le choix d un spectrophotomètre, plutôt qu un modèle à double faisceau, est avant tout une question de coût. Les deuxièmes sont également réservés à des applications pour lesquelles la sensibilité est un critère important», ajoute Jérôme Porquez, chef des ventes chez Macherey-Nagel France. Même si leur prix a baissé ces dernières années, il faut encore débourser plusieurs milliers d euros pour un spectrophotomètre à double faisceau, voire plusieurs dizaines de milliers d euros pour les modèles très haut de gamme. Concrètement, un spectrophotomètre à double faisceau dispose avant le compartiment de l échantillon d un miroir principal L une des évolutions techniques apportées aux spectrophotomètres concerne l apparition de lampes au xénon comme source lumineuse (6715 de Jenway). Contrairement au duo deutérium/ filament de tungstène, ces lampes ont une durée de vie plus grande. séparant d une manière égale le faisceau en 50 % pour la référence et 50 % pour la mesure de l échantillon. L autre grande différence avec un modèle est la présence de deux barrettes de photodiodes. On verra toutefois que ce n est pas nécessaire avec un photomultiplicateur (PM) associé à un miroir tournant ou chopper. Avec deux cuves, pour la référence et l échantillon, il est très simple de compenser en temps réel d éventuelles fluctuations de la lumière, mais également une modification dans le temps de la référence (absorption d un solvant, par exemple). «Il peut y avoir, par ailleurs, une grande différence en termes de mesure entre les spectrophotomètres à simple et à double faisceau qui est en fait la conséquence de la qualité du banc optique, constate Sylvain Baudet (Serlabo «On assiste depuis un certain temps à un discours marketing qui veut que, hors du double faisceau, il n y ait pas de vie possible. Certes, il faut faire très attention au terme double faisceau, mais tout dépend en fait de l application elle-même : s agit-il de mesures de routine ou d analyses pharmaceutiques?», soutient toutefois Thierry Villières (Secomam). Un banc optique en aluminium dont les spécifications techniques se dégraderont plus rapidement dans le temps ne pourra existe un troisième type de sources. «Nous proposons à l utilisateur d installer la lampe qu il souhaite veut, pour disposer par exemple d une intensité très forte à une longueur d onde bien précise», ajoute Michel Vandenberge (Agilent Après la source et avant l échantillon, le banc optique d un spectrophotomètre se compose d un système de sélection dont le rôle est d extraire du faisceau de lumière blanche (polychromatique) une bande spectrale très étroite. On utilise pour cela un monochromateur : un réseau, ou un prisme, décompose et dévie plus ou moins la lumière selon les longueurs d onde. Un jeu de miroirs pour focaliser la lumière et une fente permettent d isoler en sortie le faisceau à la longueur d onde recherchée. Il existe des fentes de largeur fixe et d autres à largeur variable. «Dans ce cas, on peut jouer sur l ouverture de la fente pour amener plus d énergie, ce qui assure l analyse d échantillons à forte concentration, ou au contraire pour une meilleure résolution en réduisant la taille de la fente», explique Sylvain Baudet (Serlabo La résolution d un spectrophotomètre, à savoir la largeur de la bande spectrale qui est de l ordre de quelques nanomètres, dépend en partie de la largeur de fente sélectionnée. Il est néanmoins possible de rencontrer des appareils dotés seulement d une source et de filtres, qui sont moins chers mais moins précis, ainsi que des modèles avec le monochromateur positionné après l échantillon. On parle alors de polychromateurs. «L échantillon est éclairé avec l intégralité du spectre UV/visible. On utilise un système dispersif et une barrette de photodiodes comme détecteur pour dissocier chaque longueur d onde. Il faut toutefois prêter une attenjamais rivaliser avec un véritable banc doté d une surface très plane et pouvant afficher une durée de vie de 20 ans. «L intérêt des utilisateurs pour la conception et la fabrication du banc optique est quelque chose qui se perd aujourd hui, par méconnaissance, et car les personnes n auront à répondre de leur choix que pendant trois ou quatre ans, au lieu de vingt ans», constate également Alexandre Michelet ( France). Et pourtant l optique et les matériaux utilisés conditionnent le niveau des spécifications : après allers-retours du monochromateur, un système de guidage en plastique présentera du jeu et l appareil devra alors être réparé ou remplacé. «Comme les utilisateurs et les décisionnaires sont de moins en moins formés à la spectroscopie, et n ont donc plus la connaissance suffisante, le prix devient discriminant», poursuit-il. Photodiodes ou photomultiplicateur, une question de coût Le détecteur a aussi un rôle important à jouer dans les performances d un spectrophotomètre. On distingue deux types de système de détection : la barrette de photodiodes et le photomultiplicateur. Les photodiodes présentent l avantage de couvrir une large gamme spectrale, de pouvoir être éclairées en continu et suffisamment économiques pour installer une barrette à l extrémité de chaque faisceau (pour les modèles à double faisceau). Cela évite de mettre en œuvre un chopper qui envoie séquentiellement le faisceau de référence puis celui de l échantillon au photomultiplicateur. Si l utilisation d un photomultiplicateur est plus contraignante, ce dernier offre des performances indéniablement plus élevées qu une barrette de photodiodes. Les spectrophotomètres sont toujours associés à un logiciel, ce dernier pouvant être embarqué dans l instrument ou installé sur un PC externe (Spectra Manager II pour le V-660 de Jasco), pour la configuration et le pilotage. Dans tous les cas, la facilité d utilisation est primordiale. Jasco 62 63

3 * Xxoxoxoxo xwoxooxoxox Agilent Technologies Cary 60 Lampe Xe, monochromateur, compensé, photodiodes Cary 100 Cary 300 Lampe D/W, mono et prémonochromateurs, Cary 4000 Lampe D/W/Hg, double monochromateur, AMS/Unity Scientific Analytik Jena (Serlabo Technologies) Biochrom (Delta Labo*) (Serlabo Technologies) Cary 5000 Lampe D/W/Hg, double monochromateur, et PbS Cary 6000i Lampe D/W/Hg, double monochromateur, et InGaAs 8453 Lampes D/W,, barrette de diodes SpectraStar 2400 RTW et RD (2) Specord 50 Specord Plus Spekol 1300/1500 détecteur InGaAs Lampe D/W, filtres, compensé Monochromateur, double faisceau, détecteur CCD Monofaisceau Jusqu'à 3,3 DO Chimie, biotechnologie et éducation, mesure de petits volumes 1,5 nm (1) Jusqu'à 3,7 DO Analyses en laboratoire de biotechnologique, éducation, très large 0,2 à 4 nm (1) gamme d'accessoires Jusqu'à 5 DO Analyses en laboratoire de biotechnologique, performances photoniques 0,2 à 4 nm (1) permettant la mesure d'échantillons troubles ou solides 175 à 900 nm Jusqu'à 8 DO Analyses en laboratoire de biotechnologique, performances 0,01 à 5 nm (1) photoniques permettant la mesure de n'importe quel échantillon biologique avec un minimum de matière 0,01 à 20 nm (1) Jusqu'à 8 DO Analyses en recherche sur les matériaux, performances photoniques en NIR permettant la mesure de n'importe quel matériau 175 à nm Jusqu'à 8 DO Analyses en recherche sur les matériaux, performances photoniques 0,01 à 10 nm (1) en NIR permettant la mesure de n'importe quel matériau 1 nm (1) Jusqu'à 3,5 DO Assurance et contrôle qualité en pharmaceutique, spectre complet en 1 s 680 à nm Jusqu'à 3 Abs Produits agro et agricoles, PC intégré avec écran tactile, 1 nm (3) 20 µau (4) présentation flexible des échantillons, logiciels CalStar et UniStar, transfert simple de base de données... ±3 Abs ; ±0,003 ±0,3 nm (5), 1,3 nm (1) Abs (5), <0,03 % (6) ; -8 à 8 Abs ; ±0,003 ±0,1 nm (5), 1,4 nm (1) Abs (5), <0,02 % (6) 0 à 3 Abs ; ±0,004 ±2 nm (5), 4 nm (1) Abs (5), <0,3 % (6) Spekol 2000 Double faisceau 0,5 à 4 nm (11) n.s. Libra S4 et S6 Libra S11 et S12 Libra S21 et S22 Libra S32 et S32PC Libra S50/PC et S60/PC Libra S70 et S80 WPA Biowave II WPA Lightwave II WPA S800 et S1200 Lampe W,, barrette de diodes Lampe W et D (S12),, photodiode Lampe Xe, avec compensation, photodiode silicium Lampes D/W, avec compensation, photodiode silicium Lampes Xe, monochromateur (S60), avec compensation (S50) ou double faisceau (S60), photodiode double faisceau Lampe Xe, monochromateur, double faisceau, CCD Lampe Xe, monochromateur, double faisceau, CCD Lampe W,, barrette de photodiodes GBC (Isitec-lab) Cintra 101 Cintra à 800 nm -0,3 à 2,5 Abs 7 nm (1) 0,5 % de la valeur (7), <1 % (6) 325/200 à 999 nm -0,3 à 3 Abs 5 nm (1) ±0,005 Abs (7) (S12), 325/ -0,3 à 3 Abs 3 nm (1) ±0,003 Abs (7), -0,3 à 3 Abs ; ±0,003 ±0,7 nm (7), 1,8 nm (1) Abs (7), <0,025 % (6) ±0,5/±0,3 nm (7), 2 nm (1) -4 à 4 Abs ±0,002 Abs (7), < 0,05 % (6) -4 à 4 Abs ; ±0,002 ±0,3 nm (7), 1 nm (1) Abs (7), < 0,025 % (6) 1 nm (7), 5 ou 3 nm (1) Abs (7), <0,5 % (6) 2 nm (7), 5 ou 3 nm (1) Abs (7), <0,5 % (6) 330 à 800 nm 2 nm (7), 7 nm (1) Abs (7), <1 % (6) n.s. ; ±0,001 Abs (7), ±0,16 nm (7), 1,5 nm (1) <0,02 %(6) Analyses de routine en chimie/pharma/agro/biologie, gamme complète d'accessoires (Sipper, passeurs, FO), logiciel WinAspect Enseignement (S4), contrôle qualité (S6), balayage de spectres et cinétiques (S6), pilotage direct, imprimante en option (S6) Contrôle qualité (S11), enseignement (S12), balayage de spectres et cinétiques, pilotage direct ou via un PC, portoir 2 positions en option Usage général et analyses de routine, balayage de spectres et cinétiques en multilongueurs d onde, pilotage direct ou via PC, multiples accessoires... Laboratoires analytiques, applications de phamacopée avec option de traçabilité des données 21 CFR part 11 (Libra S70 et S80), balayage de spectres et cinétiques en multilongueurs d onde, pilotage direct ou via PC, accessoires optionnels : microcuve à circulation, support de tubes à essai, thermostatisation Biologie, analyses de l'adn Usage général en laboratoire Education, plus biotechnologies, contrôle qualité (S120) Applications générales, piloté par PC externe, vitesse de scan maximale de nm/min, application pour les couleurs 190 à nm ±0,01 nm (7), 1,5 nm (1) n.s. ; ±0,0004 Abs (7), <0,0001 % (6) Applications générales et pharmaceutiques, piloté par PC externe, vitesse de scan maximale de nm/min, application pour les couleurs, contrôle des changeurs de cellules automatiques et du module à boire ou des passeurs d'échantillons GBC (Isitec-lab) (suite) Cintra 303 Hach Lange DR 2800 Lampe W, compensé (mode RBT) DR 3900 DR 5000 Lampe W, compensé (mode RBT) Lampes D/W, compensé (mode RBT) Hanna Instruments HI Lampe W, filtres à BP étroite, photocellules au silicium Jasco V-630 Lampes D/W, monochromateur, V-630 Bio Lampes D/W, monochromateur, V-650 Lampes D/W, monochromateur avec chopper, V-660 Lampes D/W, double monochromateur avec chopper, V-670 Lampes D/W, double monochromateur avec chopper, et PbS Jenway (Bibby Scientific) ±0,01 nm (7), 0,2 à 5 nm (1) n.s. ±0,0003 Abs (7), <0,00077 % (6) Applications générales et pharmaceutiques, piloté par PC externe, vitesse de scan maximale de nm/min, application pour les couleurs, contrôle des changeurs de cellules automatiques et du module à boire ou des passeurs d échantillons 340 à 990 nm ; 8 nm (1) ±3 Abs Analyse des eaux en laboratoire et sur le terrain, système de lecture de codes-barres IBR, plus de 200 méthodes préprogrammées, ports USB, batterie lithium ±3 Abs ; 0,005 Abs (7), Analyse des eaux en laboratoires de contrôle et/ou de recherche ±1,5 nm (7), 5 nm (1) <0,1 % (6) (DR 5000), système de lecture de codes-barres IBR, technologie ±3 Abs ±1 nm (7), 2 nm (1) 0,005 Abs (7) 420, 466, 525, 575 et 610 nm Concentration selon le paramètre -2 à 3 Abs ; ±0,002 ±0,2 nm (8) Abs (7), <0,002 % (6) -2 à 3 Abs ; ±0,002 ±0,2 nm (8) Abs (7), <0,002 % (6) -2 à 4 Abs ; ±0,002 ±0,2 nm (8) Abs (7), <0,005 % (6) 187 à 900 nm -2 à 6 Abs ; ±0,002 ±1 nm (8) Abs (7), <0,00008 % (6) 190 à nm -2 à 4 Abs ; ±0,002 ±0,3 nm (8) Abs (7), <0,005 % (6) 6320D Lampe W, 320 à nm ±2 nm (7), 8 nm (1) -0,3 à 2 Abs 0,001 Abs (9), <0,5 % (6) 6700 Lampe W, ±1,0 nm (7), 4 nm (1) -0,3 à 3 Abs ; ±0,005 Abs(7), <0,1 %(6) 6705 et 6715 Lampe Xe, ±1,0 nm (7), 4 ou 1,5 nm (1) -0,3 à 3 Abs ; ±0,005 Abs (7), 6800 Lampes D/W, double faisceau ±0,3 nm (7), 1,5 nm (1) ±3 Abs ±0,002 Abs (7), RFID, porte-cuves pour cuves rectangulaires et rondes, écran LCD tactile, plus de 220 méthodes préprogrammées, jusqu'à valeurs mesurées (DR 5000), sorties USB, Ethernet et clé USB Analyse de la qualité de l'eau en laboratoire, 47 paramètres mesurables préprogrammés, alimentation sur pile ou secteur Applications générales, vitesse de balayage de 10 à nm/min, logiciel Spectra Manager II, module de contrôle irm-700 Biologie, analyse des protéines, vitesse de balayage de 10 à nm/min, module de contrôle irm-700 Bio Mesure des faibles concentrations, mesures précises sur toute l'étendue photométrique (V-660), vitesse de balayage de 10 à nm/min, logiciel Spectra Manager II, module de contrôle irm-700 Vitesse de balayage de 10 à nm/min, logiciel Spectra Manager II Usage général en laboratoire, clavier tactile et menu intuitif simple, large écran LCD, couvercle surélevé, sorties analogiques et RS-232 Photométrie, balayage spectral en multilongueur d'onde, cinétique et concentration, écran LCD couleur tactile, système de pilotage Qwheeltm, accès sécurisé pour de multiples utilisateurs, nombreux accessoires changeables sans outil, sorties analogiques, Centronics et USB Photométrie en multilongueurs d'onde, balayage spectral, cinétique, quantification, ADN/ARN, protéines, appareil pilotable uniquement par PC, nombreux accessoires, sortie RS et 7310 Lampe W, 320 à nm ±2 nm (7), 5 nm (1) -0,3 à 2,5 Abs ±0,01 Abs (7) Usage général en laboratoire, plus balayage spectral, cinétique et mode quantitatif (7310), encombrement réduit avec l'écran dans 7305 et 7315 Lampe Xe, 198 à nm -0,3 à 2,5 Abs ±2 nm (7), 5 nm (1) ±0,01 Abs (7) Macherey-Nagel Nanocolor 500D 10 filtres interférentiels, Nanocolor VIS compensé (RDT) Merck Chemicals Nanocolor UV/ Vis Spectroquant Pharo 100 Lambda XLS+ et Bio+ compensé (RDT) Lampe Xe, compensé le couvercle de l'appareil, navigation par icônes et interface utilisateur personnalisable, nombreux accessoires, sorties analogiques et RS à 520 nm ±2 nm (7), nm (1) ±3 Abs Plus de 100 préprogrammes, technologie codes-barres, ports RS-232 et USB 340 à nm ±3 Abs Mesure de la turbidité (ISO 7027 NTU), logiciel d exploitation ±1 nm (7) <0,5 % (10) de données et de spectres sur PC, système Internal Quality Control (IQC), plus de 200 méthodes préprogrammées, écran LCD couleur tactile, mesure des couleurs, interfaces RS-232 et USB 2.0 ±3 Abs ; <0,5 % (10) ±1 nm (7) Jusqu'à 2 Abs Mesures de routine ou non, vitesse de balayage de nm/min, ±1 nm (7), 4 nm (1) 0,003 Abs ou <1 % (9) lecteur de codes-barres -0,3 à 2,5 Abs Enseignement et biologie, écran et clavier intégrés, barette de diodes 3 nm (9) < 0,5 % (6) pour une acquisition instantanée du spectre, 300x300 mm et 3 kg Lambda 25 Lampes D/W, double faisceau 1 nm (9) n.s. ; 0,001 Abs (7), < 0,01 % (6) Contrôle qualité et R&D en industries chimique et pharmaceutique, enseignement, piloté par PC, traçabilité totale Lambda 35 Lampes D/W, double faisceau 0,5 à 4 nm (9) n.s. ; 0,001 Abs (7), < 0,01 % (6) assurée, cuves de trajets optiques de 0,1 à 100 mm, nombreux accessoires de thermostatisation, passeurs automatiques jusqu à 200 positions 64 65

4 * Xxoxoxoxo xwoxooxoxox (suite) Lambda 850 Lambda 950 Lambda 1050 Lampes D/W, double faisceau, double monochromateur, détecteur PM Lampes D/W, double faisceau, double monochromateur, détecteurs PM et PbS Lampes D/W, double faisceau, double monochromateur, détecteurs PM, InGaAs et PbS Safas DES Double faisceau symétrique et à très haute énergie Easyspec MP 96 UV mc1 Lampe W, filtres interférentiels, double faisceau, photodiodes silicium Lampes D/W, compensé 175 à 900 nm Jusqu'à 8 Abs <0,05 nm (9) 0,0003 Abs (7), Jusqu'à 8 ou 6 Abs <0,05 nm (9) (NIR) ; 0,0003 Abs (7), Jusqu'à 8 Abs <0,05 nm (9) 0,0003 Abs (7), Contrôle et R&D, caractérisation des matériaux, filtres couches minces, nouveaux matériaux, piloté par PC, grand compartiment échantillons, très grand nombre d accessoires disponibles pour une évolutivité illimitée Caractérisation de matériaux, de filtres couches minces, etc. en contrôle et R&D, piloté par PC, grand compartiment échantillons, très grand nombre d accessoires disponibles pour une évolutivité illimitée, plus sensible que le Lambda 950 dans la gamme NIR 190 à nm ±0,2 nm (7) ±5 Abs Porte-échantillons spéciaux acceptant des dispositifs encombrants, très haute sensibilité, applications spéciales nucléaires -0,2 à 3,5 Abs Filtre Holmium intégré pour une validation automatique, portoir 1 nm (7), 5 ou 2 nm (1) universel, possibilité de tracés de spectres d'énergie de sources externes avec FO en option 340 à 950 nm -0,2 à 4 Abs <10 nm (1) ±0,005 Abs (7), <2 % (6) UV mc2 Lampes D/W, double faisceau 185 à nm 0,2 nm (7) ±4 Abs ; ±0,002 Abs (7), <0,02 % (6) Analyse de microplaques, agitation et thermostatisation, logiciel pour PC, lecture d'une plaque de 96 puits en 3 s, technologie avec 9 détecteurs 185 à nm -0,3 à 4 Abs Centrage automatique et grande durée de vie des lampes, conforme à 0,2 nm (7), 0,5 à 2 nm (1) <0,04 % (6) la pharmacopée européenne, possibilité de travailler compartiment ouvert, porte-cuves ultra rapide linéaire pour 10 cuves agitées, options 1 µl et FO cohabitant sans démontage avec le portoir pour 10 cuves... Secomam/ITT Analytics Pastel UV Polychromateur UV 200 à 350 nm Jusqu'à 3 Abs Mesure en temps réel, et sans réactif, de polluants de l'eau ou des sols, mesure basée sur une déconvolution spectrale (brevet), mesures de la DCO, la DBO, le COT, la MES, DBS, du chlore Prim Light et Advanced Uvikon XL Monochromateur, double faisceau ±5 Abs ; ±0,003 0,25 nm (7), 0,2 à 6 nm (1) Abs (7), <0,015 % (6) Uvikon XS Monochromateur, double faisceau ±3,5 Abs ; ±0,003 0,3 nm (7), 1,8 nm (1) Abs (7), <0,03 % (6) UVLine 9100 UVLine 9400 compensé Lampe Xe, monochromateur, Shimadzu UVmini-1240 compensé, photodiode silicium UV-1800 UV-2600 UV-2700 UV-3600 SolidSpec-3700 Lampe D/W, monochromateur avec chopper, avec chopper, avec chopper, double faisceau, triple détecteur avec chopper, double faisceau, triple détecteur 330 à 900 nm -0,3 à 2,5 Abs Cinétique et spectre en multilongueurs d onde, filtre d'étalonnage ±1,5 % (7), 8 nm (1) ±2 % (7) interne, robuste (éducation) et simple d'utilisation, 50 méthodes ±3,3 Abs ; ±0,003 <±1 nm (7), 4 nm (1) Abs (7), <0,1 % (6) ±3,3 Abs <±1 nm (7), 4 nm (1) ±0,003 Abs (7), <0,1 % (6) -0,3 à 3 Abs 5 nm (9), 1 nm (7) 0,003 Abs (7), ±4 Abs 1 nm (9), 0,3 nm (7) 0,002 Abs (7), <0,02 % (6) 185 à 900/1 400 nm ±5 Abs <0,005 % (6) 185 à 900 nm ±8,5 Abs 185 à nm ±6 Abs 165/185 à nm ±6 Abs Laboratoires pharmaceutiques et/ou de recherche avancée, piloté par PC, logiciel UV-Vision pharma (21 CFR Part 11), nombreux accessoires (Sipper, capteur de température, sphère d'intégration, passeur d'échantillons 6+6 et Gilson thermostatés ou thermostatables) Concentration, cinétique et spectres en multilongueurs d'onde, pilotage par le logiciel Labpower 4.00, plus de 100 méthodes BPL, écran 320 x240 pixels, port USB, nombreux accessoires pilotés par l'appareil (passeur de cuves 5+1, Sipper, porte-cuves de 10 à 100 mm ou thermostatables) Enseignement, dosage colorimétrique, suivi enzymatique, spectres, système compact et autonome, exportation des données sur PC Enseignement, dosage colorimétrique, suivi enzymatique, contrôle qualité pharmaceutique, système compact, utilisation autonome ou pilotée par PC, gestion des utilisateurs avec mot de passe (modes autonome et piloté) Mesure de transmission/réflexion de films fonctionnels, cinétique enzymatique, mesure de turbidité, colorimétrie sur liquides, solides ou textiles, système ultra compact, logiciels de validation automatisée inclus Mesure de transmission/réflexion de films fonctionnels, cinétique enzymatique, protéines et acides nucléiques, contrôle de polluants organiques et minéraux en agro, système ultra-compact Mesure de transmission ou réflexion (selon un angle d'incidence variable ; SolidSpec-3700), développement de polymères et nouveaux matériaux, compartiment pour de très grands échantillons (SolidSpec-3700), triple détecteur PM/InGaAs/PbS en transmission et réflexion AMS/Unity Scientific Tintometer (Equipements scientiques) «Le moindre photon déclenchera un courant, ce qui permet de travailler dans le noir (en visible). Et il est possible d atteindre des valeurs d absorbance jusqu à 6 Abs, contre 3 DO avec une photodiode», explique Alain Gosset (Jasco France). Parmi les atouts d un spectrophotomètre à photomultiplicateur, citons la linéarité, la possibilité de travailler avec le capot ouvert, etc. L inconvénient majeur par rapport aux photodiodes est le coût de l appareil, d autant qu il faut en plus une qualité d optique supérieure, voire un double monochromateur pour bénéficier pleinement des avantages du photomultiplicateur. L un des paramètres représentant le mieux la qualité optique et donc un spectrophotomètre, s appelle le taux de lumière parasite. Selon le test fait avec une solution concentrée de chlorure de potassium (KCl), Lovibond SpectroDirect, photodiode silicium Dans certains domaines, à l instar de l analyse du vin ou des produits agricoles, les spectrophotomètres (SpectraStar 2400 d Unity Scientific) sont des appareils très spécialisés, avec des accessoires optimisés pour les produits, des fonctions logicielles dédiées aux analyses propres au métier, etc. 330 à 900 nm 0,3 à 2,5 Abs Analyse des eaux (de rejets, de boisson, de process), mesure ±2 nm (7), 10 nm (1) de concentrations, compartiment multifonction, port RS-232 Ulice-Didalab (Jeulin) SPID_HR Lampe W,, CCD 350 à 820 nm 0 à 2,5 Abs Education, formation, laboratoires (SPID_HR), analyse de spectres 0,5 nm (7), 1,5 nm (9) d absorption et d émission continus ou constitués de raies, SPID_PCH Lampe W,, CCD 350 à 900 nm 0,8 nm (7), 2 nm (9) 0 à 2,5 Abs applications de détection ou de mesure photométrique, suivi cinétique (3D et en temps réel ; SPID_HR), monocuve 10x10 mm, alimenté par le port USB, montage visible BP : bande passante - D : deutérium - DO : densité optique - FO : fibre optique - Hg : mercure - InGaAs : arséniure de gallium et d'indium - n.s. : non spécifié - NIR : proche infrarouge - PbS : sulfure de plomb - PM : photomultiplicateur - RBT : Reference Beam Technology - RDT : technologie de détection avec compensation du vieillissement des lampes et des fluctuations du réseau électrique - W : tungstène - Xe : xénon - * Delta Labo distribue la gamme Libra uniquement. - (1) Bande passante ou largeur spectrale - (2) Système à tiroir (RD) ou à fenêtre optique (RTW) - (3) Pas de l'incrément - (4) Bruit photonique - (5) Exactitude - (6) Lumière parasite, en pourcent de la transmission - (7) Précision - (8) Justesse - (9) Résolution - (10) Linéarité Malgré l'apparente exhaustivité de ce tableau, certains fabricants manquent l'appel : Cecil Instruments, Dynamica/Precisia Gravimetrics, Hitachi et Thermo Scientific et les fabricants de spectrophotomètres dédiés aux mesures de carrosserie (DuPont, Glasurit, Konica Minolta Sensing ). A cela s'ajoute la longue liste des distributeurs nationaux, régionaux, spécialisés sur un marché donné, etc. dont le spectre est caractérisé par une absorbance très élevée en dessous de 220 nm (3) (longueur d onde de coupure), plus l absorbance mesurée à 200 nm est élevée, plus le taux sera faible et plus la qualité optique sera importante. Il ne faut pas oublier que, si l on peut analyser beaucoup de choses dans l UV/visible, c est que tout absorbe dans cette plage spectrale, ce qui pose des difficultés au niveau des mesures puisqu il faut parvenir à bien distinguer le bon signal du bruit ambiant. Cela nous amène à une évolution de fond, que l on rencontre d ailleurs un peu partout : la demande de la part des techniciens et ingénieurs d appareils toujours plus simples à utiliser. «Auparavant, les personnes qui se servaient d un spectrophotomètre étaient des chimistes ; maintenant, il s agit de techniciens ou de simples opérateurs. A cela s ajoute un nombre en recul des laborantins dans les laboratoires», fait remarquer Thierry Villières (Secomam). Dans le domaine de l eau (eaux usées, de rejets, de process, de chaudière, etc.), par exemple, les différents acteurs, qui ne sont d ailleurs bien souvent présents que sur ce secteur, ont développé des matériels prêts à l emploi, avec les méthodes ad hoc préprogrammées, capables de sortir du laboratoire (indice de protection IP67, valise de transport ), etc. «Comme n importe quel autre spectrophotomètre du marché, nos appareils peuvent être utilisés pour obtenir un spectre UV et/ou visible. Ils permettent également d être associés à des réactifs pour les mesures de DCO [Demande chimique en oxygène, NDLR], d azote, de phosphates, etc.», explique Jérôme Porquez (Macherey-Nagel France). Ces modèles d entrée de gamme des exploitants de stations d épuration, n en demeurent pas moins des systèmes de plus en plus polyvalents. Macherey-Nagel a par exemple intégré dans son spectrophotomètre Nanocolor UV/Vis une mesure de turbidité. «La turbidité est un facteur de perturbation important de la mesure de DCO, qui n est pas forcément visible par l opérateur et qui peut conduire à des écarts de l ordre de 300 %. Ce dernier a souvent, en plus, de moins en moins le temps de filtrer l échantillon ou d adapter le protocole», indique Jérôme Porquez (Macherey-Nagel France). Là, l information de la turbidité, et donc de la validité de la mesure de DCO, est très clairement affichée à l écran et sur le rapport une fois édité. La RFID et les codes-barres désormais abordables L amélioration de qualité de mesure revêt bien d autres visages. Les fabricants ont développé des programmes internes afin d assurer un autocontrôle de l appareil lors de sa mise sous tension ou d avertir automatiquement l opérateur qu il est temps d analyser un étalon, pour garantir qu il n y a pas d anomalies pouvant fausser les mesures. «Il ne suffit pas de s assurer de la qualité intrinsèque 66 67

5 Ulice-Didalab de l appareil, mais aussi de garantir l ensemble du processus de mesure (prélèvement, pipetage, kit pour la mesure )», renchérit Frédéric Soumet (Hach Lange France). Pour y parvenir, les constructeurs peuvent désormais s appuyer sur les codes-barres et la RFID (Radio Frequency Identification). «Si ces technologies étaient à l époque encore trop chères, la situation a maintenant évolué et les codes-barres et la RFID peuvent être intégrés dans nos appareils sans grever leurs coûts», affirme Frédéric Soumet (Hach Lange France). Pour preuve, la société a lancé il y a quelques semaines le spectrophotomètre DR 3900 (voir notre article page 15) et compte déployer ces technologies dans la prochaine génération de sa série haut de gamme. Au quotidien, les opérateurs d une station d épuration, qui travaillent (forcément) dans l urgence, disposent ainsi de garde-fous pour éviter les sources d erreur, comme l inversion de deux échantillons entre le prélèvement sur site et l analyse en laboratoire. «Grâce aux codes-barres qui regroupent la date et l heure du prélèvement, le lieu, le nom de la personne qui l a fait, le numéro de l échantillon, l utilisateur sait donc duquel il parle», explique Jérôme Porquez (Macherey-Nagel France). Il s agit par ailleurs d identifier automatiquement le paramètre à mesurer et d appliquer la méthode de mesure correspondante, dans la bonne longueur d onde et la bonne échelle de mesure. Une autre source d erreur potentielle est le manque de traçabilité. Pour Frédéric Soumet (Hach Lange France), cela se traduit par : «la possibilité d écourter le temps entre le prélèvement et la mesure en pistant l échantillon grâce à la RFID, Pour les spectrophotomètres destinés à l enseignement, on retrouve les exigences en matière de simplicité d utilisation, auxquelles s ajoute également l aspect didactique, comme la possibilité de voir l intérieur même de l appareil (modèle SPID d Ulice-Didalab). de s assurer de la date d expiration du kit de mesure». Dans le sens inverse, les utilisateurs ont la possibilité de corréler leurs mesures de terrain avec les valeurs obtenues en laboratoire, par l intermédiaire cette fois d une connexion propriétaire entre le spectrophotomètre et le transmetteur installé sur site. Que ce soit pour gérer le renvoi de mesures de laboratoire, ou plus généralement pour optimiser les différentes taches associées à un spectrophotomètre, les utilisateurs peuvent compter sur une simplicité d utilisation et des interfaces de plus en plus intuitives, grâce à l apport de l informatique. Les modèles d entrée de gamme fournissent en effet une navigation aisée et directe vers les fonctions, une récupération des données, via une interface USB et même maintenant via un port Ethernet. En ce qui concerne les spectrophotomètres de milieu et de haut de gamme, les principales améliorations portent sur les logiciels. «En plus de l accroissement des vitesses de balayage, lié aux performances en constante évolution des PC, le logiciel d un spectrophotomètre permet de s adapter aux besoins et exigences de près de 95 % des applications rencontrées», explique Alain Gosset (Jasco France). Les fabricants ne pouvant pas décliner leur plate-forme matérielle à l infini, ils différencient leurs spectrophotomètres selon le secteur industriel, le métier et l application au travers de modules logiciels supplémentaires (21 CFR Part 11, analyse de couleur, normes de validation analytique ). «Parfois, c est l accessoire qui décide du choix» Autre tendance liée à une simplicité d utilisation accrue, c est la demande de rapprocher les spectrophotomètres de ce qu ils doivent analyser. «Cela se traduit par exemple par la mise en œuvre de fibres optiques pour amener la lumière vers l échantillon, et non plus le contraire», explique Michel Vandenberge (Agilent L extrémité de la fibre optique, qui se compose d une lentille, d un espace vide et d un miroir pour réfléchir le faisceau, est alors directement plongée dans le produit à contrôler, que ce soit une substance corrosive ou une solution se trouvant dans un récipient quelconque. Il n est ainsi plus nécessaire d utiliser un système d aspiration Hach Lange Sans les bons accessoires, un spectrophotomètre de laboratoire ne pourrait s adapter à la variété quasi infinie des produits à analyser. On trouve ainsi des cuves de différents trajets optiques, des réactifs, des passeurs, des fibres optiques, des cuves thermostatées ou microlitres, des accessoires pour les solides avec pompe péristaltique, avec les problèmes éventuels de contamination et/ou de présence de bulles. «Avec les fibres optiques, il est important de veiller au couplage spectrophotomètre/ fibre optique afin de minimiser les pertes au niveau du faisceau», ajoute Michel Vandenberge (Agilent Si un faisceau d un tout petit diamètre participe à un bon couplage spectrophotomètre/fibre optique, il permet également de travailler avec de très faibles volumes, et donc d éviter le gaspillage des produits. «Dans les deux, trois dernières années sont apparus des accessoires pour les microvolumes [4], jusqu à 0,5 µl. Ils permettent de réaliser un spectre complet, en double faisceau, et non pas qu une mesure d ADN par exemple», explique Alain Gosset (Jasco France). Les applications typiques sont principalement dans le domaine de la biologie, sachant qu un nombre croissant de produits pharmaceutiques et agroalimentaires sera issu de la biologie. «Avec de tels volumes, le système de mesure diffère de la cuve standard [5] pour une absorption classique. Pour réduire le trajet optique, on travaille en réflexion : la cuve contient des miroirs pour amener le faisceau en haut de la cuve, là où a été déposée une goutte, entre deux brins de fibres optiques», ajoute Alexandre Michelet ( France). Comme le rappelle Michel Vandenberge (Agilent Technologies), «parfois, c est l accessoire qui Avec les accessoires, c est aussi le logiciel qui permet aux utilisateurs, et aux fabricants, de différencier leurs appareils et de s adapter aux besoins et exigences de n importe quelle application (21 CFR Part 11, analyse de couleur, etc.). décide du choix du client pour tel ou tel modèle de spectrophotomètre». D où la nécessité pour les fabricants de proposer une quasi-infinité de types d accessoires : multicuves, supports pour les échantillons solides, passeur de cuves, porte-verre de 10 à 50 mm ou spécifique, sphères d intégration, adaptateurs pour cuves de 0,2 mm de largeur (4) (produits très concentrés), pompes péristaltiques pour un prélèvement continu, cuves thermostatées dans un bain ou par effet Peltier conserver la nature de l échantillon Pour tous les accessoires installés sur le trajet optique, il faudra soit une source de lumière de plus forte intensité, soit des performances optiques élevées, soit les deux afin de garantir un signal suffisant au niveau du détecteur. Comme on peut le voir, entre les accessoires, les modules logiciels, les modèles à simple ou à double faisceau et les spécifications techniques (taux de lumière parasite, sensibilité, stabilité ), sans compter évidemment le coût, les utilisateurs pourraient être vite perdus s ils ne revenaient pas aux fondamentaux. Le choix d un spectrophotomètre se fait avant tout selon l application de l utilisateur, en prenant en compte de plus en plus les étapes situées avant l analyse proprement dite et celles après le spectrophotomètre (exploitation des données). Cédric Lardière (1) L américain Agilent Technologies a racheté son compatriote Varian en 2009, pour un montant de 1,5 milliard de dollars, notamment pour son offre en spectroscopie. (2) Dans le domaine UV/visible, les informations sur la structure des composés moléculaires sont a contrario relativement faibles. (3) Il existe d autres solutions, l iodure de sodium (NaI) et le nitrite de sodium (NaNO 2 ) dont les longueurs d onde de coupure sont respectivement de 270 et 400 nm. (4) Le fabricant de cuves allemand Hellma a introduit des cuves pour les microvolumes (0,5 à 10 µl, le volume d une goutte). (5) Le trajet optique standard est de 10 mm

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