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LA SPECTROSCOPIE
INFRAROUGE
Réalisé par : Mohamed KOURYANI
Encadré par : Abdelhai Rahmani
2021 /2020
Département de Physique
Master International :
Physique Appliquée et Ingénierie Physique
Page | a
Remerciement
Nous tenons tout d’abord à remercier dieu le tout puissant et miséricordieux, qui
nous a donné la force et la patience d’accomplir ce travail.
En second lieu, nous tenons à remercier notre encadrant Pr.Abdelhai Rahmani
d’avoir partagé leurs connaissances avec nous, leurs précieux conseils et de nous avoir
toujours soutenus et aidés durant toute la période du travail.
Nos vifs remerciements vont également aux membres du jury pour l’intérêt qu’ils
ont porté à notre recherche en acceptant d’examiner notre travail et de l’enrichir par
leurs propositions.
Nous souhaitons adresser nos remerciements les plus sincères aux personnes qui nous
ont apporté leur aide et qui ont contribué à l’élaboration de ce projet ainsi qu’à la
réussite de cette formidable année universitaire.
Ces remerciements vont tout d’abord au corps professoral et administratif de la
Faculté des sciences Meknès, pour la richesse et la qualité de leur enseignement et
déploient de grands efforts pour assurer à leurs étudiants une formation actualisée.
Enfin, on remercie tous ceux qui, de près ou de loin, ont contribué à la réalisation de ce
travail.
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Table des matières
Introduction.............................................................................................................1
I - DOMAINE SPECTRAL DE LA SPECTROSCOPIE INFRAROUGE....................................1
1. Définition de la spectroscopie infrarouge ....................................................................1
2. Niveaux d’énergie et énergie mise en jeu lors des transitions.......................................1
3. La spectroscopie infrarouge révèle l’existence de groupements fonctionnels ...............2
II -TYPES DE SPECRTOMETRES ..................................................................................2
1. Spectromètres dispersifs ou à onde continue ..............................................................3
2. Les inconvénients des Spectromètres dispersifs ou à onde continue: ...........................3
3. Spectromètres à transformée de Fourier (FT-IR) (non dispersifs)..................................3
4. Avantages de la spectroscopie FT-IR............................................................................6
III - TECGNIQUE D’EXAMEN DES ECHANTILLONS EN SPECRTOSCOPIE FT-IR ................7
1. Procédés par transmission (absorption) ......................................................................7
2. Procédés par réflexion................................................................................................8
3. Réflexion diffuse (DR) ...............................................................................................11
4. Microspectroscopie FT-IR..........................................................................................12
IV-BANDES DE VIBRATION DU MOYEN INFRAROUGE..............................................14
V -BANDES D’ABSORPTION DANS LE MOYEN INFRAROUGE.....................................15
VI -LES VIBRATION DANS L’INFRAROUGE................................................................16
VII -INTERPRETATION D’UN SPECTRE INFRAROUGE ................................................18
1. l’allure du spectre.....................................................................................................18
2. Différentes régions du spectre infrarouge..................................................................19
3. Localisation des bandes d’absorption des types de liaisons........................................19
4. Région des empreintes digitales................................................................................19
5. Utilisation de tables infrarouges................................................................................20
VIII - CONCLUSION .................................................................................................22
X- BIBLIOGRAPHIE..................................................................................................25
Page | c
Table des figures
FIGURE 1 : LES SPECTRES ELECTROMAGNETIQUES ..........................................................................1
FIGURE 3 : SCHEMA DE PRINCIPE D’UN SPECTROMETRE FT-IR .........................................................4
FIGURE 4 : L’INTERFEROMETRE DE MICHELSON ET CHEMIN OPTIQUE DANS LE SPECTROMETRE FT-IR ......6
FIGURE 5 : PRINCIPE DE LA TRANSMISSION...................................................................................7
FIGURE 6: REFLEXION SPECULAIRE .............................................................................................8
FIGURE 7 : (A) SIGNAL BRUT DE REFLEXION SPECULAIRE..................................................................9
FIGURE 8 : PRINCIPE DE LA REFLEXION TOTALE ATTENUEE (ATR)......................................................9
FIGURE 9: CRISTAL MULTI-REFLEXIONS......................................................................................10
FIGURE 10: REFLEXION DIFFUSE ..............................................................................................11
FIGURE 11 : SCHEMA DE PRINCIPE DE REFLEXION DIFFUSE.............................................................12
FIGURE 12 : TRAJET OPTIQUE DU FAISCEAU IR DANS LA PARTIE MICROSCOPE....................................13
FIGURE 13 : MICRO-SPECTROMETRE FT-IR AVEC SYSTEME DE PURGE ET PASSEUR D’ECHANTILLON .......14
FIGURE 14 : LES BANDES DE VIBRATION DU MOYEN INFRAROUGE...................................................15
FIGURE 15: CAS DE LA MOLECULE CO2.....................................................................................17
FIGURE 16: ALLURE D’UN SPECTRE INFRAROUGE ........................................................................19
FIGURE 17 : LA REGION DES EMPREINTES DIGITALES ET GROUPEMENTS FONCTIONNELS.......................20
FIGURE 18 : LA NATURE DE LIAISON DANS LES REGION DES EMPREINTES DIGITALES ET GROUPEMENTS FONCTIONNELS.....20
FIGURE 19 : LE TABLES INFRAROUGES .......................................................................................21
FIGURE 20 : SPECTRE DE LA PENTAN-3-ONE CH3-CH2-CO-CH2-CH3..........................................21
FIGURE 21 : SPECTRE DE LA PENT-1-EN-3-ONE CH3-CH2-CO-CH2=CH2 ....................................22
Page | 1
Introduction
Notre rapport est « LA SPECTROSCOPIE INFRAROUGE ». Nous avons donc cherché à
comprendre et connaître tous les différents spectromètres : comment sont-ils construits?
Pour obtenir quelle grandeur? Mais avant tout, il fallait savoir ce qu'était un
spectromètre. Il faut différencier spectroscope et spectromètre. En effet un spectroscope
est un instrument permettant seulement d'observer la lumière un spectromètre au
contraire mesure. Un spectromètre est un appareil de mesure qui permet de décomposer
une quantité observée en ses éléments simples qui constituent son spectre. On appelle
alors l'étude des spectres, la spectrométrie. On peut utiliser cet instrument en optique,
pour obtenir des longueurs d'ondes ou, en chimie, pour obtenir les masses spécifiques de
chacune des molécules mais encore, en acoustique pour analyser la composition d'un
signal sonore.
Une fois que nous avions bien compris les différents types de spectromètres, nous
avons pu utiliser certains spectromètres et faire quelques expériences que nous
développerons dans ce dossier.
Nous verrons donc dans une première partie de ce rapport, Les domaines spectral de
la spectroscopie infrarouge les type de spectromètres.et la deuxième partie on vu
Techniques d’examen des échantillons en spectroscopie FT-IR, G bande de vibration et
d’absorption dans les spectre le moyen infrarouge Puis, nous expliquerons ces dernières
interprétation d’un spectre infrarouge
DOMAINE SPECTRAL DE LA SPECTROSCOPIE INFRAROUG
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I - DOMAINE SPECTRAL DE LA SPECTROSCOPIE INFRAROUGE
1. Définition de la spectroscopie infrarouge
La spectroscopie infrarouge (parfois désignée comme spectroscopie IR) est une classe
de spectroscopie qui traite de la région infrarouge du spectre électromagnétique. Elle
recouvre une large gamme de techniques, la plus commune étant un type de
spectroscopie d'absorption. Comme pour toutes les techniques de spectroscopie, elle
peut être employée pour l'identification de composés ou pour déterminer la composition
d'un échantillon. Les tables de corrélation de spectroscopie infrarouge sont largement
présentes dans la littérature scientifique.
2. Niveaux d’énergie et énergie mise en jeu lors des transitions
Le principe de la spectroscopie infrarouge est tout à fait semblable à celui de la
spectroscopie dans le visible.
Si la spectroscopie visible met en jeu des transitions entre les niveaux d’énergie
électroniques, la spectroscopie infrarouge concerne l’absorption de radiations qui
provoquent des transitions entre les niveaux d’énergie de vibration et de rotation de la
molécule.
Les niveaux d’énergies sollicités par la spectroscopie infrarouge sont ceux des
énergies de vibration des liaisons moléculaires.
En fait, à chacune des méthodes spectroscopiques correspondent des domaines
spectraux distincts. Les radiations absorbées n’appartiennent donc pas à la même région
du spectre du spectre du spectre électromagnétique.
Figure 1 : les spectres électromagnétiques
Types de spectromètres
Page | 2
et elles renseignent différemment sur la structure de la molécule étudiée. Les niveaux
d’énergie mis en jeu sont très déférents.
La représentation du spectre ci-dessus montre qu’il est possible d’utiliser plusieurs
grandeurs pour caractériser une onde électromagnétique. On peut utiliser plusieurs
échelles (liées bien évidemment entre elles) :
La fréquence ν en hertz (Hz), mais finalement assez peu utilisée
La longueur d’onde λ en mètre (m mais surtout nm) employée surtout pour la gamme
UV-visible
Le nombre d’onde σ, utilisé en infrarouge et parfois pour l’UV-visible (σ s’exprime en
m−1 mais surtout cm−1).
On peut également s’intéresser à l’énergie du rayonnement (exprimée souvent en
kJ·mol−1). Les règles de conversion sont les suivantes :
∆𝐸 = ℎ. 𝑣 = ℎ. 𝑐
𝜆
⁄ = ℎ. 𝑐. 𝝈
Le domaine de l'IR s'étend d’environ 700 nm à environ 50 µm ; on y distingue trois
intervalles : l’IR proche, l’IR moyen et l’IR lointain.
On peut illustrer simplement le principe de la technique en considérant un dipôle (les
extrémités de la liaison) soumis à l’influence d’un champ électrique oscillant (l’onde
électromagnétique). Le champ imposé va provoquer alternativement l’éloignement puis
le rapprochement des extrémités du dipôle c’est-à-dire une vibration.
3. La spectroscopie infrarouge révèle l’existence de groupements fonctionnels
La spectroscopie infrarouge (IR) fournit un moyen de déceler les groupements
fonctionnels présents dans une molécule parce qu’elle détecte les élongations et les
déformations des liaisons. Elle est particulièrement adaptée pour la détection de liaisons
asymétriques qu’on trouve dans les groupes fonctionnels tels O-H, C=O, NH2 par
exemple.
II -TYPES DE SPECRTOMETRES
Il existe deux grands types d’appareils. Leurs différences résident essentiellement
dans le système de sélecteurs de longueurs d’onde.
Types de spectromètres
Page | 3
1. Spectromètres dispersifs ou à onde continue
Les premiers spectromètres infrarouges sont de type dispersif. Ces appareils sont
conçus selon le schéma de principe représenté sur la figure 4 :
Figure 2 : Schéma de principe d'un spectromètre IR dispersif
Ces instruments séparent les fréquences de l’énergie émise à partir de la source
infrarouge à l’aide d’un prisme (en chlorure de sodium utilisable jusqu’à 650 cm-1 ou
en bromure de potassium utilisable jusqu'à 400 cm-1) ou de réseaux, éléments dispersifs
plus efficaces (bloc de silice sur lequel on a gravé des traits, métallique en surface).
Le détecteur mesure la quantité d’énergie pour chaque fréquence qui passe à travers
l’échantillon. Il en résulte un spectre qui est le tracé de l’intensité en fonction du
nombre d’onde I = f(ν). Les détecteurs utilisés antérieurement étaient de type thermique
(thermocouples).
2. Les inconvénients des Spectromètres dispersifs ou à onde continue:
Les inconvénients de ces appareils sont :
 la relative lenteur des mesures (étant donné que l’instrument mesure chaque
fréquence individuellement, l’enregistrement d’un échantillon prend de 10 à 15
minutes) la relative insensibilité (la détection nécessite une quantité
raisonnable de produit pour une analyse exploitable). Actuellement, il est
nécessaire de détecter 0,01% d’un composé dans une matrice ou 10 ppb d’une
substance dans l’air.
 la complexité mécanique (existence de certaines parties mobiles toutes
sujettes à des problèmes de casse mécanique).
3. Spectromètres à transformée de Fourier (FT-IR) (non dispersifs)
Les spectromètres FT-IR ont été développés pour apporter une réponse aux limitations
des spectromètres dispersifs. La difficulté principale à résoudre était celle de la lenteur
de l’acquisition. Il était indispensable d’imaginer un dispositif mesurant toutes les
Types de spectromètres
Page | 4
fréquences simultanément. Ce dispositif est l’interféromètre.
3.1. Fonctionnement du spectromètre FT-IR
Un spectromètre FT-IR comporte essentiellement cinq parties (Figure 5) :
 Une source lumineuse
 Un dispositif permettant de générer les interférences : l’interféromètre (voir
description ci-après).
 Un compartiment échantillon qui permet d’accueillir plusieurs types
d’accessoires (porte-échantillon) dépendant du mode de mesures utilisé
(réflexion ou transmission).
 Un détecteur ou capteur photosensible : le spectromètre FT-IR peut comporter
un ou plusieurs détecteurs, pouvant être de type
 pyroélectrique (générant un courant proportionnel au différentiel de température
entre les 2 faces du détecteur) comme les détecteurs DTGS (Deuterated Tri-
glycine Sulfate),
 photoélectrique (générant une différence de potentiel par l’absorption de
photons) comme les détecteurs MCT (Mercure Cadmium Tellure) qui sont
constitués d’un monocristal en alliage de mercure-cadmium-tellure déposé sur
un support inerte.
 Enfin, le convertisseur analogique numérique qui interroge le détecteur à des
intervalles réguliers et transforme le signal analogique en un signal numérique
manipulable par le système informatique.
Figure 3 : Schéma de principe d’un spectromètre FT-IR
L’interferomètre
Types de spectromètres
Page | 5
Cet instrument permet de mesurer les longueurs d’onde par production d'interférences.
L’interféromètre de Michelson (1891) utilisé pour la mesure est formé d’une lame
séparatrice semi-transparente qui divise le faisceau issu de la source en deux faisceaux,
l’un réfléchi vers un miroir fixe, l’autre transmis vers un miroir mobile (Figure 6). Le
miroir mobile, perpendiculaire au miroir fixe, bouge à une vitesse constante le long de
son axe (x=qq mm). Donc, un des faisceaux parcourt un chemin optique fixe, l'autre un
chemin optique de longueur variable à cause du miroir mobile. La phase des ondes sur
ces deux trajets optiques est donc modifiée en déplaçant le miroir mobile.
Ces deux faisceaux se recombinent alors sur la séparatrice. Le signal sortant de
l’interféromètre résulte en ces 2 faisceaux interférant entre eux (interférogramme) :
quand la différence de chemin optique entre les faisceaux correspond à un multiple
entier de la longueur d'onde d'une bande, on obtient une interférence constructive. Une
interférence négative est obtenue lorsque la différence correspond à un multiple entier
impair du quart de la longueur d'onde. L'ensemble des interférences positives et
négatives produit un interférogramme. De manière générale, lorsqu’on fait varier x, on
observe alternativement des maxima et des minima au niveau de l’intensité du faisceau
résultant.
Pour une source monochromatique, l’interférogramme du faisceau résultant correspond
à une courbe sinusoïdale : I(δ) = I0 cos(2 π ν δ) où δ représente la différence de marche
= 2x. Pour une source continue, il faut faire la somme sur +∞ chaque fréquence :
I(δ ) = ∫ I(ν ) cos(2 π ν δ ) d ν. Cet interférogramme possède la propriété que chaque
point (fonction de la position du miroir mobile) qui constitue le signal possède une
information sur chaque fréquence infrarouge provenant de la source. L’interféromètre
produit un signal unique contenant toutes les informations requises pour produire un
spectre. Il peut être mesuré très rapidement (de l’ordre de grandeur de la seconde).
Types de spectromètres
Page | 6
Figure 4 : L’interféromètre de Michelson et chemin optique dans le
spectromètre FT-IR
Le faisceau sortant de l’interféromètre est réfléchi vers l'échantillon, où des absorptions
interviennent. Il arrive ensuite sur le détecteur pour être transformé en signal électrique.
Le signal du détecteur apparaît comme un interférogramme, c'est une signature de
l'intensité en fonction du déplacement du miroir I=f(δ). Cet interférogramme ne peut
être interprété directement.
Le tracé I = f(ν) est obtenu à l’aide d’un traitement mathématique appelé transformée
de Fourier. Cette dernière est calculée (Fourier Transform (FT) inverse de
l’interférogramme) à l’aide d’un ordinateur qui permet de visualiser finalement le
spectre I = f(ν).
Rq : L’intégration de l’interférométrie à la spectroscopie IR a été rendue possible par le
développement de la transformée de Fourier rapide qui a permis la résolution en temps
réel de l’interférogramme, par le perfectionnement des lasers améliorant la précision en
fréquence de la mesure et par le couplage spectromètre-microordinateur.
4. Avantages de la spectroscopie FT-IR
 Rapidité: du fait d’une mesure simultanée de toutes les fréquences, la mesure
dure quelques secondes. Un spectre de 800-8000 cm -1 de résolution de 2 cm-1, mesuré
en 30 minutes sur un spectromètre dispersif, sera collecté en 1 seconde au même rapport
signal/bruit.
 Reproductibilité et fiabilité
 Haute résolution spectrale
TECGNIQUE D’EXAMEN DES ECHANTILLONS EN SPECRTOSCOPIE FT-IR
Page | 7
 Simplicité mécanique : la seule partie mobile de l’instrument est le miroir
mobile.
 Calibration interne : ces spectromètres sont auto-calibrés et ne nécessitent jamais
de calibration par l’utilisateur. Un laser He-Ne permet de repérer avec précision la
position du miroir mobile.
Sensibilité : la sensibilité est très largement améliorée par rapport aux systèmes
dispersifs. La possibilité de réaliser plusieurs acquisitions permet d’améliorer
considérablement le rapport signal/bruit. La très bonne sensibilité
 permet d’envisager des applications en contrôle qualité (identification de
contaminants par exemple). Il est en outre possible d’effectuer des analyses
quantitatives de grande précision avec ce type de spectromètre.
III - TECGNIQUE D’EXAMEN DES ECHANTILLONS EN SPECRTOSCOPIE
FT-IR
Le choix de la technique d’échantillonnage dépend de la nature de l’échantillon.
Plusieurs méthodes ont été mises au point pour la caractérisation d’échantillons d’état
physique différents par spectroscopie infrarouge avec l’emploi d’accessoires
spécifiques.
1. Procédés par transmission (absorption)
 Rappels sur la transmission : Le faisceau infrarouge passe à travers l’échantillon
et l’énergie provenant de ce dernier est mesurée. La transmission T est définie comme la
fraction d’énergie lumineuse traversant l’échantillon. A l’entrée de l’échantillon,
l’intensité de la lumière est I0. Elle est égale à I de l’autre côté de ce même échantillon.
On a donc T = I/I0. On définit le pourcentage de transmission (Transmittance) %T =
100 (I/I0). L’absorbance est alors A = log (I0/I).
Pour un appareil FT-IR, on définit I0=Isource(x), l’intensité globale émise par la source
en fonction du retard et I=I(x) est l’intensité transmise après passage à travers
l’échantillon (Figure 9).
Figure 5 : Principe de la transmission
Suite à la mesure enregistrée par le détecteur et après conversion de l’intensité par
TECGNIQUE D’EXAMEN DES ECHANTILLONS EN SPECRTOSCOPIE FT-IR
Page | 8
transformée de Fourier inverse, on définit le spectre soit en transmittance % T, soit en
absorbance A.
Ce mode de mesure nécessite l’utilisation de supports transparents en infrarouge :
 nombreux sels de métaux alcalins tels que le bromure de potassium (KBr)
 séléniure de zinc (ZnSe)
 fluorure de calcium (CaF2)
 fluorure de baryum (BaF2)
 germanium (Ge)
Contrairement au KBr, les supports ZnSe, CaF2 et BaF2, possèdent des qualités de
résistance à l’hygrométrie qui les qualifient pour l’étude des matériaux biologiques et en
général de tous les échantillons en solution.
Pour les techniques d’échantillonnage, Cf Annexe 2 et Polycope de TP de
Spectroscopie Infrarouge (M1).
2. Procédés par réflexion
Lorsqu’un faisceau lumineux arrive à l’interface d’un second milieu dont l’indice de
réfraction est plus grand, il subit suivant l’angle d’incidence, soit une réflexion totale
comme un miroir, soit une réflexion atténuée après avoir, en partie, pénétré dans ce
milieu d’environ une demi longueur d’onde (soit entre 2 et 10 micromètres pour le
moyen infrarouge). L’échantillon absorbe une partie de ces radiations. Plusieurs
techniques exploitent ce principe et permettent d’observer toutes sortes d’échantillons.
On distingue la réflexion spéculaire, la réflexion totale atténuée et la réflexion diffuse.
Chaque dispositif est conçu pour privilégier une seule composante de réflexion. Le
spectre obtenu doit faire l’objet de corrections au moyen de logiciels.
2.1 Réflexion spéculaire
L’accessoire de réflexion spéculaire permet la mesure de la lumière réfléchie dans une
direction d’observation symétrique à celle d’incidence (Figure 10).
Figure 6: Réflexion spéculaire
En comparant, après enregistrement, pour chaque longueur d’onde, la réflexion
TECGNIQUE D’EXAMEN DES ECHANTILLONS EN SPECRTOSCOPIE FT-IR
Page | 9
spéculaire I de l’échantillon à la réflexion totale I0 obtenue en remplaçant l’échantillon
par un miroir d’aluminium, l’appareil calcule le spectre de la réflectance
R=I/I0=f(λ). Enfin, par application d’une transformation mathématique faisant appel la
théorie de Kramers-Kronig, on aboutit à un spectre en pseudo-absorbance, équivalent à
celui qu’on obtiendrait par transmission (Figure 11).
Figure 7 : (a) Signal brut de réflexion spéculaire
(b) Application du calcul de Kramers-Kronig
(c) Spectre par transmission obtenu par le procédé conventionnel, présenté ici
en absorbance, pour comparaison
La technique de réflexion spéculaire est utilisée uniquement pour les échantillons
transparents et réfléchissants à leur surface (vernis, films de polymères…).
2.2 .Réflexion totale atténuée (ATR)
La réflexion totale atténuée est communément appelée ATR (Attenuated Total
Reflection). Le principe de l’ATR est détaillé sur la figure 12
Figure 8 : Principe de la réflexion totale atténuée (ATR)
TECGNIQUE D’EXAMEN DES ECHANTILLONS EN SPECRTOSCOPIE FT-IR
Page | 10
Le principe des dispositifs ATR est de faire subir au faisceau optique plusieurs
réflexions à l’interface entre l’échantillon et un cristal parallélépipédique (25x10x2
mm), transparent en IR mais d’indice de réfraction n2 élevé (ZnSe, TlBr, AgCl,
diamant…) et dans la plupart des cas, supérieur à celui de l’échantillon (n1).
En première approximation, d’après la loi de Descartes, le faisceau IR initial d’intensité
I(source) traverse le cristal et subit une réflexion totale à l’interface cristal-échantillon
puis est dirigé vers le détecteur. En réalité, le phénomène est perturbé par l’existence
d’une onde progressive appelée évanescente. Celle-ci pénètre de quelques micromètres
dans l’échantillon se trouvant en contact direct avec le cristal et peut être absorbée : une
partie de l’énergie est retenue et la réflexion totale est atténuée.
L’intensité de la lumière réfléchie IR est mesurée par un détecteur de réflexion. On
appelle I0 l’intensité réfléchie par un matériau non absorbant pris comme référence. La
réflectance R est R=IR/I0. % R : Pourcentage de réflexion.
En pratique, de multiples réflexions internes sont utilisées pour amplifier l’intensité
d’absorption (Figure 13).
Figure 9: Cristal multi-réflexions
La technique ATR est idéale pour les échantillons épais ou très absorbants (liquides
contenant de l’eau par exemple) et pour les films minces pour les études de surface
(profondeur de pénétration est de l’ordre de 1 à 2 µm). Les solides analysés par cette
technique doivent être plats ou flexibles afin d’épouser au mieux la forme du cristal. Les
solides pouvant être aisément étudiés sont :
 les matières plastiques,
 les peintures,
 les adhésifs,
 les solides pâteux.
 les solutions aqueuses,
 les liquides visqueux,
 les liquides très absorbants,
 les solutions biologiques.
Avantages :
TECGNIQUE D’EXAMEN DES ECHANTILLONS EN SPECRTOSCOPIE FT-IR
Page | 11
 préparation de l’échantillon minimale,
 nettoyage de l’accessoire simple et rapide,
 possibilité d’étudier les échantillons directement dans leur état naturel (sans
préparation préalable),
 technique très reproductible : analyse quantitative, à condition de ne pas
réclamer des sensibilités très importantes,
 cellules ATR capables de travailler en température ou sur des produits corrosifs
(acides, peroxydes…).
3. Réflexion diffuse (DR)
Lorsqu’un faisceau infrarouge est focalisé sur un matériau constitué de fines particules,
la radiation incidente peut pénétrer dans une ou plusieurs particules. Il en résulte une
diffusion de la lumière. C’est la réflexion diffuse (Figure 14). Elle peut être considérée
comme la résultante de multiples réflexions, réfractions et diffractions sur des particules
orientées de façon aléatoire.
Figure 10: Réflexion diffuse
En réflexion diffuse, le faisceau infrarouge est dirigé vers une coupelle contenant le
mélange échantillon-matrice transparente à l’infrarouge (KBr par exemple). La
radiation infrarouge interagit avec les particules entraînant un phénomène de diffusion
au cours du trajet du faisceau à travers l’échantillon. Un miroir collecte alors cette
énergie diffusée vers le détecteur du spectromètre (Figure 15).
TECGNIQUE D’EXAMEN DES ECHANTILLONS EN SPECRTOSCOPIE FT-IR
Page | 12
Figure 11 : Schéma de principe de réflexion diffuse
Le détecteur enregistre ce faisceau infrarouge altéré par la diffusion et le transforme en
interférogramme pouvant alors être traité sous la forme d’un spectre infrarouge. Un
blanc est enregistré tenant compte de la réflexion diffuse de la coupelle contenant la
matrice transparente seule.
La méthode de réflexion diffuse est couramment employée pour l’étude qualitative des
échantillons organiques et minéraux pouvant être broyés très finement (taille des grains
≤ 10 µm). Dans certains cas, la réflexion diffuse peut avantageusement remplacer le
pastillage. L’échantillonnage est plus simple, on n’a pas besoin de presser. Il existe des
kits permettant d’échantillonner en réflexion diffuse des échantillons solides comme
des polymères, des peintures… par simple grattage sur une surface abrasive.
4. Microspectroscopie FT-IR
La microspectroscopie infrarouge est le couplage entre un spectromètre IR et un
microscope. Cette technique permet d'utiliser les potentialités de la spectroscopie FT-IR
à l'échelle microscopique pour l’étude de micro-échantillons (taille ≈ 10 µm). Le rôle du
microscope est de conduire le rayon IR de l’interféromètre à l’échantillon de manière
colinéaire au chemin optique visible, sur une zone quasiment ponctuelle (quelques
micromètres).
Le microscope est relié à un spectromètre FT-IR et est muni d'une platine (porte-
échantillon) motorisée, d'un détecteur et d’objectifs (Figure 16). Les lentilles en verre
étant opaques aux radiations IR, le microscope utilise des optiques réfléchissantes
(miroirs dorés ou argentés). Le mouvement de la platine est contrôlé à l'aide d'un
logiciel et peut être réglé avec une précision sub-micrométrique. La plupart des objectifs
de microscopes IR ont des ouvertures donnant des résolutions spatiales de l’ordre de
quelques microns à plusieurs dizaines de microns suivant l’ouverture utilisée. La
résolution spatiale peut être définie comme la capacité à mesurer le spectre d’un objet
TECGNIQUE D’EXAMEN DES ECHANTILLONS EN SPECRTOSCOPIE FT-IR
Page | 13
sans contamination par les informations provenant d’objets placés hors du champ
délimité par l’ouverture.
Dans certains cas, le microscope IR peut être placé dans une enceinte de purge (azote
gazeux ou air sec) (Figure 17) pour assurer une protection efficace contre les influences
atmosphériques (vapeur d’eau et gaz carbonique). L’échantillon à analyser est placé sur
la platine motorisée et amené au centre du champ de vision du microscope. Un passeur
d’échantillon peut être utilisé. C’est un accessoire couplé au spectromètre, qui comporte
un porte-échantillon (platine), un système de reconnaissance par code-barre et un
système d'entraînement et permet d'analyser jusqu'à 15 échantillons dans les mêmes
conditions.
En micro-spectroscopie FT-IR, les modes d'enregistrement sont la transmission si
l'épaisseur de l’échantillon est compatible avec une absorbance raisonnable (de l'ordre
d’une unité). Sinon, le mode de réflexion s’applique à des échantillons plus épais ou à
des dépôts sur des supports réfléchissants.
Actuellement, la micro-spectroscopie FT-IR est largement utilisée dans de nombreux
domaines.
Ex :Application à des échantillons biologiques à l’échelle moléculaire (lipides,
protéines, polysaccharides et ADN…), cellulaire (bactéries, levures et cellules…) et
tissulaire (peau, aorte, cerveau, sein, colon et divers organes…) :
 identification et typage de levures
 compréhension de l’effet de divers agents sur les bactéries
Figure 12 : Trajet optique du faisceau IR dans la partie microscope
BANDES D’ABSORPTION DANS LE MOYEN INFRAROUGE
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1 - Faisceau infrarouge en provenance de l’échantillon
2 - Eclairage de échantillon
3 - Platine du microscope
4 - Miroir de sélection transmission/réflexion
5 - Viseur optique
6 - Détecteur dédié au dispositif
Figure 13 : Micro-spectromètre FT-IR avec système de purge et passeur
d’échantillon
A : Système de purge
B : Spectromètre FT-IR
C : Microscope
D : Module passeur d’échantillons
E : Micro-informatique
IV-BANDES DE VIBRATION DU MOYEN INFRAROUGE
En principe, l’énergie absorbée correspondant à une différence d’énergie entre deux
niveaux énergétiques de la molécule, un spectre d’absorption de la molécule devrait se
présenter comme une série de raies. En fait, il existe dans la molécule une succession
d’états qui sont énergétiquement très proches, et l’on obtient des bandes d’absorption,
plus ou moins larges.
BANDES D’ABSORPTION DANS LE MOYEN INFRAROUGE
Page | 15
Figure 14 : Les bandes de vibration du
moyen infrarouge
V -BANDES D’ABSORPTION DANS LE MOYEN INFRAROUGE
L’absorption correspond à des transitions entre les niveaux d’énergie vibrationnelle
de la molécule.
Le mouvement de vibration d’une molécule diatomique peut être modélisé par un
oscillateur harmonique, étudié en mécanique : la molécule diatomique AB apparaît
comme deux masses reliées par un ressort, de raideur k :
On peut dire qu’ici, k, raideur du ressort, nous renseigne sur la force de la liaison :
k est d’autant plus grande que la liaison entre A et B est forte.
Ce système a deux corps peut être traité comme un système à un corps à condition
d’introduire la masse réduite µ du système définie par
𝝁 =
𝒎𝑨𝒎𝑩
𝒎𝑨 + 𝒎𝑩
𝒑𝒓𝒐𝒗𝒆𝒏𝒂𝒏𝒕 𝒅𝒆 ∶
𝟏
𝝁
=
𝟏
𝒎𝑨
+
𝟏
𝒎𝑩
Cet oscillateur harmonique constituera une bonne approximation pour les vibrations de
faibles amplitudes.
La relation entre la pulsation 𝜔, les masses des atomes et la force de la liaison est la
BANDES D’ABSORPTION DANS LE MOYEN INFRAROUGE
Page | 16
même que la loi de Hooke pour l’oscillateur harmonique : 𝜔0 = √
𝑘
𝜇
A cette pulsation correspondent une fréquence 𝑣 et un nombre d’onde 𝜎 tels que :
𝝂𝟎 =
𝟏
𝟐𝝅
√
𝒌
𝝁
et 𝝈𝟎 =
𝟏
𝟐𝝅.𝒄
√
𝒌
𝝁
On peut remarquer que :
 Les liaisons qui vibrent le plus vite sont les liaisons fortes (k grande)
 Les liaisons qui vibrent le plus vite sont celles mettant en jeu des atomes
légers (car dans ce cas µ est faible).
 Exemple : Atomes C et C : µ = 12x12/(12+12) = 6.
Atomes C et H : µ’ = 12x1/(12+1) = 0,923.
Les résultats de l’étude de l’oscillateur harmonique sont utilisables à l’échelle
moléculaire, à condition de faire intervenir l’aspect quantique, c’est à dire la
quantification des niveaux d’énergie. Les niveaux d’énergie de l’oscillateur harmonique
en mécanique quantique sont
sélection sont respectées :
h.𝜈 = ∆E = q(h.𝜈) = E(vi) – E(vj)
A priori q ϵ mais des règles de sélection montrent que |q| = +1
Soit : h.𝜈 = E(vi) – E(vj) = h.𝜈 = E(v1+1) – E(v1) = h.𝜈0 …/… 𝜈. = 𝜈0
VI -LES VIBRATION DANS L’INFRAROUGE
Les liaisons des molécules vibrent de plusieurs manières elles possèdent divers modes
de vibration.
Deux atomes reliés par une liaison covalente peuvent effectuer une vibration
d’élongation/contraction.
Quand il y a plus de deux atomes dans la molécule, les atomes peuvent vibrer ensemble
selon une variété d’élongation et de déformations.
Par exemple, dans le cas de l’environnement tétraédrique de l’atome de carbone, on
distingue deux types de vibration :
 des vibrations d’élongation (ou stretching) : on les appelle aussi vibrations de
valence. Elles ont lieu lorsque deux atomes s’éloignent ou se rapprochent
périodiquement le long de leur axe commun. On distinguera le mode
symétrique et le mode antisymétrique
BANDES D’ABSORPTION DANS LE MOYEN INFRAROUGE
Page | 17
Elongation symétrique Elongation asymétrique
Figure 15: cas de la molécule CO2
 des vibrations de déformation angulaire (ou bending) :elles correspondent à une
modification des angles de liaison. Il y a quatre modes de vibration possibles, ils
sont représentés ci-dessous.
.Vibration de déformation symétrique dans le
plan (cisaillement)
.Vibration de déformation symétrique hors
du plan (torsion)
.Vibration de déformation asymétrique
dans le plan (rotation plane)
.Vibration de déformation asymétrique hors
du plan (balancement)
CONCLUSION
Page | 18
Enfin, il faut noter qu’un mode de vibration est actif en infrarouge si le moment
dipolaire de la molécule varie durant la vibration
Ex : CO2 est une molécule linéaire : durant l’élongation symétrique de CO2, il n’y a
pas de variation du moment dipolaire : ce mode est donc inactif en infrarouge. Pour ces
mêmes raisons, une liaison double C=C symétrique absorbera très peu vers 1640 cm-1
VII -INTERPRETATION D’UN SPECTRE INFRAROUGE
1. l’allure du spectre
Un spectrophotomètre IR conduit à
un document de base appelé spectre
infrarouge. Ainsi, au laboratoire, le
spectrophotomètre infrarouge à
transformée de Fourier que l’on
possède (modèle Spectrum BX /
Perkin-Elmer) fournit les spectres
suivants :
Habituellement, on enregistre les spectres IR en portant en abscisse l’inverse de la
longueur d’onde 𝜆 exprimée en cm, ou nombre d’onde 𝜎; en ordonnée, est reportée,
pour chaque radiation, la transmittance T, ou son pourcentage :
CONCLUSION
Page | 19
Figure 16: allure d’un spectre infrarouge
2. Différentes régions du spectre infrarouge
Dans un spectre infrarouge, il y a beaucoup de bandes d’absorption, surtout dans la
partie droite.
Un spectre IR comprend 4 régions importantes :
 Environ 4 000 – environ 2 500 cm-1 : régions d’étirement des liaisons C-H,
N-H et O-H
 Environ 2 500 – 2 000 cm-1 : régions d’étirement des liaisons triples C≡C ou
C≡N
 Environ 2 000 – 1 500 cm-1 : régions d’étirement des liaisons doubles C=C
ou C=O
 En deçà de 1 500 cm-1 : régions des liaisons simples C-O, C-F, C-Cl…
3. Localisation des bandes d’absorption des types de liaisons
 En général, les 3 premières régions servent à détecter la présence de
groupements fonctionnels présents dans la molécule
4. Région des empreintes digitales
 La dernière région n’est en général pas interprétée en détail : elle est complexe,
et elle est caractéristique du composé, comme l’est une empreinte digitale pour
un être humain particulier. C’est la région des empreintes digitales.
En résumé :
CONCLUSION
Page | 20
Figure 17 : la région des empreintes digitales et groupements fonctionnels.
Figure 18 : la nature de liaison dans les région des empreintes digitales et
groupements fonctionnels
5. Utilisation de tables infrarouges.
Des tables de données infrarouges sont toujours disponibles au laboratoire, par
exemple dans le Handbook. Dans un exercice sur feuille, ces tables sont à vottre
disposition. Attention : des tables de données infrarouge permettent de connaître le type
de liaison qui correspond à une absorption donnée MAIS plusieurs facteurs structuraux
peuvent modifier les valeurs de nombre d’onde attendus.
Par exemple, la présence d’un système conjugué affaiblie une double liaison C=O et
CONCLUSION
Page | 21
déplace la valeur du nombre d’onde vers des valeurs plus faible : la conjugaison
affaiblie la double liaison, et lui confère un caractère plus marqué de liaison simple.
Voir table :« abaissement de 10 à 30 cm-1 si conjugaison ».
En effet, une cétone aliphatique absorbe vers 1715 cm-1. La conjugaison avec une
double Liaison C=C diminue la force de la liaison C=O et de la liaison C=C. Il y a effet
bathochrome pour les deux absorptions νC=O et νC=C (1685 -1619 cm-1 pour le
νC=O).
Figure 19 : le tables infrarouges
Illustration :
Sur les deux spectres de cétones proposés, on va retrouver νC=O les respectivement à 1716 cm-
1 (non conjugué) et 1685 cm-1 (conjugué).
Spectre de la pentan-3-one CH3-CH2-CO-CH2-CH3
Figure 20 : Spectre de la pentan-3-one CH3-CH2-CO-CH2-CH3
CONCLUSION
Page | 22
Spectre de la pent-1-én-3-one CH3-CH2-CO-CH2=CH2
Figure 21 : Spectre de la pent-1-én-3-one CH3-CH2-CO-CH2=CH2
VIII - CONCLUSION
Absorptions dans les spectres IR
La position des
bandes dépend
de la masse réduite
des atomes
Les atomes légers
donnent des fréquences
et des nombres d’onde
élevés
de la force de la
liaison
Les liaisons fortes
donnent des fréquences
et des nombres d’onde
élevés
L’intensité de la
bande dépend De la variation
du moment dipolaire
Un grand moment
dipolaire donne une
absorption intense
La largeur de la
bande dépend
des liaisons
hydrogène
Une liaison H forte
donne une bande large
Enfin, sachons que cette spectroscopie, couplée à la R.M.N, à la spectrométrie de
masse permet de déterminer avec une grande certitude et une grande vitesse les
structures réelles des molécules.
CONCLUSION
Page | 23
Les techniques spectroscopiques (avec en premier lieu la R.M.N) ont réellement
révolutionné toute la chimie organique. Nous étudierons, dans un prochain chapitre, la
RMN.
CONCLUSION
Page | 24
SPECTROSCOPIE INFRAROUGE
Table des nombres d’onde des vibrations de valence et de déformation.
BIBLIOGRAPHIE
Page | 25
X- BIBLIOGRAPHIE
 La Spectro. 11 décembre 2011. [ date de consultation : 11 avril 2012].
 http://bmauclaire.free.fr/astronomie/spectro/
 E2. Raie spectrale. Wikipedia. 27 mai 2012. [ date de consultation : 30 mai 2012].
 http://fr.wikipedia.org/wiki/Raie_spectrale
 Utilisation de la spectroscopie acoustique pour la caractérisation de suspensions
denses. 2007. [ date]
 Emission-flamme.pdf
 Notions d'optique pour les astronomes amateurs. [date de consultation : 25 avril
2012].
 Le réseau diffraction et interférences. [date de consultation : 5 mai 2012].
 http://media4.obspm.fr/public/FSU/pages_interference/reseau-apprendre.html
 Effet Mossbauer et applications à la physique du solide. 1976. [date consultation :
17 mai 2012].
 http://www.uel.education.fr/consultation/reference/chimie/spectro/infra_rouge/inde
x.htm
 Spectrométrie de fluorescence atomique. 2011. [date de consultation : 18 avril
2012]. http://www.iutacy.
 univ-savoie.fr/fileadmin/DUT/MPH/fichiers/semestre3/techniques
spectroscopiques/Spectrometrie-
 Fluorescence-Atomique.pdf
 Spectrométrie d’émission des rayons X. Fluorescence X . 10 septembre 2000. [date
de consultation :
 17 avril 2012]. http://www.techniques-ingenieur.fr/base-documentaire/mesures-
analysesth1/
 spectrometries-42390210/spectrometrie-d-emission-des-rayons-x-fluorescence-x-
p2695/
 (S-5) Ondes et Photons . 13 décembre 2001. [date de consultation : 17 avril 2012].
 http://www.phy6.org/stargaze/Fsun5wave.htm
 Spectromètre à fluorescence X à dispersion d'énergie (EDXRF). [date de
consultation : 17 avril 2012].
 http://www.directindustry.fr/prod/skyray-instrument/spectrometres-a-fluorescence-
x-a-dispersion-denergie-
 Effet Mosbauer. [date de consultation : 17 mai 2012]. http://www.techno-
science.net/?
 TP 4 Spectrométrie dispersive : prisme et réseau. août 2007. [date de consultation
BIBLIOGRAPHIE
Page | 26
23 avril 2012].
 http://physique-eea.ujfgrenoble.
 fr/intra/Organisation/CESIRE/OPT/DocsOptique/TextesTP/TextesTP_L3PC/TP4_
Spectromet
 rie_prisme_reseau.pdf
 Systèmes dispersifs en spectrométrie atomique. 10 mars 2002. [date de consultation
: 17 mai2012].

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LA SPECTROSCOPIE INFRAROUGE

  • 1. LA SPECTROSCOPIE INFRAROUGE Réalisé par : Mohamed KOURYANI Encadré par : Abdelhai Rahmani 2021 /2020 Département de Physique Master International : Physique Appliquée et Ingénierie Physique
  • 2. Page | a Remerciement Nous tenons tout d’abord à remercier dieu le tout puissant et miséricordieux, qui nous a donné la force et la patience d’accomplir ce travail. En second lieu, nous tenons à remercier notre encadrant Pr.Abdelhai Rahmani d’avoir partagé leurs connaissances avec nous, leurs précieux conseils et de nous avoir toujours soutenus et aidés durant toute la période du travail. Nos vifs remerciements vont également aux membres du jury pour l’intérêt qu’ils ont porté à notre recherche en acceptant d’examiner notre travail et de l’enrichir par leurs propositions. Nous souhaitons adresser nos remerciements les plus sincères aux personnes qui nous ont apporté leur aide et qui ont contribué à l’élaboration de ce projet ainsi qu’à la réussite de cette formidable année universitaire. Ces remerciements vont tout d’abord au corps professoral et administratif de la Faculté des sciences Meknès, pour la richesse et la qualité de leur enseignement et déploient de grands efforts pour assurer à leurs étudiants une formation actualisée. Enfin, on remercie tous ceux qui, de près ou de loin, ont contribué à la réalisation de ce travail.
  • 3. Page | b Table des matières Introduction.............................................................................................................1 I - DOMAINE SPECTRAL DE LA SPECTROSCOPIE INFRAROUGE....................................1 1. Définition de la spectroscopie infrarouge ....................................................................1 2. Niveaux d’énergie et énergie mise en jeu lors des transitions.......................................1 3. La spectroscopie infrarouge révèle l’existence de groupements fonctionnels ...............2 II -TYPES DE SPECRTOMETRES ..................................................................................2 1. Spectromètres dispersifs ou à onde continue ..............................................................3 2. Les inconvénients des Spectromètres dispersifs ou à onde continue: ...........................3 3. Spectromètres à transformée de Fourier (FT-IR) (non dispersifs)..................................3 4. Avantages de la spectroscopie FT-IR............................................................................6 III - TECGNIQUE D’EXAMEN DES ECHANTILLONS EN SPECRTOSCOPIE FT-IR ................7 1. Procédés par transmission (absorption) ......................................................................7 2. Procédés par réflexion................................................................................................8 3. Réflexion diffuse (DR) ...............................................................................................11 4. Microspectroscopie FT-IR..........................................................................................12 IV-BANDES DE VIBRATION DU MOYEN INFRAROUGE..............................................14 V -BANDES D’ABSORPTION DANS LE MOYEN INFRAROUGE.....................................15 VI -LES VIBRATION DANS L’INFRAROUGE................................................................16 VII -INTERPRETATION D’UN SPECTRE INFRAROUGE ................................................18 1. l’allure du spectre.....................................................................................................18 2. Différentes régions du spectre infrarouge..................................................................19 3. Localisation des bandes d’absorption des types de liaisons........................................19 4. Région des empreintes digitales................................................................................19 5. Utilisation de tables infrarouges................................................................................20 VIII - CONCLUSION .................................................................................................22 X- BIBLIOGRAPHIE..................................................................................................25
  • 4. Page | c Table des figures FIGURE 1 : LES SPECTRES ELECTROMAGNETIQUES ..........................................................................1 FIGURE 3 : SCHEMA DE PRINCIPE D’UN SPECTROMETRE FT-IR .........................................................4 FIGURE 4 : L’INTERFEROMETRE DE MICHELSON ET CHEMIN OPTIQUE DANS LE SPECTROMETRE FT-IR ......6 FIGURE 5 : PRINCIPE DE LA TRANSMISSION...................................................................................7 FIGURE 6: REFLEXION SPECULAIRE .............................................................................................8 FIGURE 7 : (A) SIGNAL BRUT DE REFLEXION SPECULAIRE..................................................................9 FIGURE 8 : PRINCIPE DE LA REFLEXION TOTALE ATTENUEE (ATR)......................................................9 FIGURE 9: CRISTAL MULTI-REFLEXIONS......................................................................................10 FIGURE 10: REFLEXION DIFFUSE ..............................................................................................11 FIGURE 11 : SCHEMA DE PRINCIPE DE REFLEXION DIFFUSE.............................................................12 FIGURE 12 : TRAJET OPTIQUE DU FAISCEAU IR DANS LA PARTIE MICROSCOPE....................................13 FIGURE 13 : MICRO-SPECTROMETRE FT-IR AVEC SYSTEME DE PURGE ET PASSEUR D’ECHANTILLON .......14 FIGURE 14 : LES BANDES DE VIBRATION DU MOYEN INFRAROUGE...................................................15 FIGURE 15: CAS DE LA MOLECULE CO2.....................................................................................17 FIGURE 16: ALLURE D’UN SPECTRE INFRAROUGE ........................................................................19 FIGURE 17 : LA REGION DES EMPREINTES DIGITALES ET GROUPEMENTS FONCTIONNELS.......................20 FIGURE 18 : LA NATURE DE LIAISON DANS LES REGION DES EMPREINTES DIGITALES ET GROUPEMENTS FONCTIONNELS.....20 FIGURE 19 : LE TABLES INFRAROUGES .......................................................................................21 FIGURE 20 : SPECTRE DE LA PENTAN-3-ONE CH3-CH2-CO-CH2-CH3..........................................21 FIGURE 21 : SPECTRE DE LA PENT-1-EN-3-ONE CH3-CH2-CO-CH2=CH2 ....................................22
  • 5. Page | 1 Introduction Notre rapport est « LA SPECTROSCOPIE INFRAROUGE ». Nous avons donc cherché à comprendre et connaître tous les différents spectromètres : comment sont-ils construits? Pour obtenir quelle grandeur? Mais avant tout, il fallait savoir ce qu'était un spectromètre. Il faut différencier spectroscope et spectromètre. En effet un spectroscope est un instrument permettant seulement d'observer la lumière un spectromètre au contraire mesure. Un spectromètre est un appareil de mesure qui permet de décomposer une quantité observée en ses éléments simples qui constituent son spectre. On appelle alors l'étude des spectres, la spectrométrie. On peut utiliser cet instrument en optique, pour obtenir des longueurs d'ondes ou, en chimie, pour obtenir les masses spécifiques de chacune des molécules mais encore, en acoustique pour analyser la composition d'un signal sonore. Une fois que nous avions bien compris les différents types de spectromètres, nous avons pu utiliser certains spectromètres et faire quelques expériences que nous développerons dans ce dossier. Nous verrons donc dans une première partie de ce rapport, Les domaines spectral de la spectroscopie infrarouge les type de spectromètres.et la deuxième partie on vu Techniques d’examen des échantillons en spectroscopie FT-IR, G bande de vibration et d’absorption dans les spectre le moyen infrarouge Puis, nous expliquerons ces dernières interprétation d’un spectre infrarouge
  • 6. DOMAINE SPECTRAL DE LA SPECTROSCOPIE INFRAROUG Page | 1 I - DOMAINE SPECTRAL DE LA SPECTROSCOPIE INFRAROUGE 1. Définition de la spectroscopie infrarouge La spectroscopie infrarouge (parfois désignée comme spectroscopie IR) est une classe de spectroscopie qui traite de la région infrarouge du spectre électromagnétique. Elle recouvre une large gamme de techniques, la plus commune étant un type de spectroscopie d'absorption. Comme pour toutes les techniques de spectroscopie, elle peut être employée pour l'identification de composés ou pour déterminer la composition d'un échantillon. Les tables de corrélation de spectroscopie infrarouge sont largement présentes dans la littérature scientifique. 2. Niveaux d’énergie et énergie mise en jeu lors des transitions Le principe de la spectroscopie infrarouge est tout à fait semblable à celui de la spectroscopie dans le visible. Si la spectroscopie visible met en jeu des transitions entre les niveaux d’énergie électroniques, la spectroscopie infrarouge concerne l’absorption de radiations qui provoquent des transitions entre les niveaux d’énergie de vibration et de rotation de la molécule. Les niveaux d’énergies sollicités par la spectroscopie infrarouge sont ceux des énergies de vibration des liaisons moléculaires. En fait, à chacune des méthodes spectroscopiques correspondent des domaines spectraux distincts. Les radiations absorbées n’appartiennent donc pas à la même région du spectre du spectre du spectre électromagnétique. Figure 1 : les spectres électromagnétiques
  • 7. Types de spectromètres Page | 2 et elles renseignent différemment sur la structure de la molécule étudiée. Les niveaux d’énergie mis en jeu sont très déférents. La représentation du spectre ci-dessus montre qu’il est possible d’utiliser plusieurs grandeurs pour caractériser une onde électromagnétique. On peut utiliser plusieurs échelles (liées bien évidemment entre elles) : La fréquence ν en hertz (Hz), mais finalement assez peu utilisée La longueur d’onde λ en mètre (m mais surtout nm) employée surtout pour la gamme UV-visible Le nombre d’onde σ, utilisé en infrarouge et parfois pour l’UV-visible (σ s’exprime en m−1 mais surtout cm−1). On peut également s’intéresser à l’énergie du rayonnement (exprimée souvent en kJ·mol−1). Les règles de conversion sont les suivantes : ∆𝐸 = ℎ. 𝑣 = ℎ. 𝑐 𝜆 ⁄ = ℎ. 𝑐. 𝝈 Le domaine de l'IR s'étend d’environ 700 nm à environ 50 µm ; on y distingue trois intervalles : l’IR proche, l’IR moyen et l’IR lointain. On peut illustrer simplement le principe de la technique en considérant un dipôle (les extrémités de la liaison) soumis à l’influence d’un champ électrique oscillant (l’onde électromagnétique). Le champ imposé va provoquer alternativement l’éloignement puis le rapprochement des extrémités du dipôle c’est-à-dire une vibration. 3. La spectroscopie infrarouge révèle l’existence de groupements fonctionnels La spectroscopie infrarouge (IR) fournit un moyen de déceler les groupements fonctionnels présents dans une molécule parce qu’elle détecte les élongations et les déformations des liaisons. Elle est particulièrement adaptée pour la détection de liaisons asymétriques qu’on trouve dans les groupes fonctionnels tels O-H, C=O, NH2 par exemple. II -TYPES DE SPECRTOMETRES Il existe deux grands types d’appareils. Leurs différences résident essentiellement dans le système de sélecteurs de longueurs d’onde.
  • 8. Types de spectromètres Page | 3 1. Spectromètres dispersifs ou à onde continue Les premiers spectromètres infrarouges sont de type dispersif. Ces appareils sont conçus selon le schéma de principe représenté sur la figure 4 : Figure 2 : Schéma de principe d'un spectromètre IR dispersif Ces instruments séparent les fréquences de l’énergie émise à partir de la source infrarouge à l’aide d’un prisme (en chlorure de sodium utilisable jusqu’à 650 cm-1 ou en bromure de potassium utilisable jusqu'à 400 cm-1) ou de réseaux, éléments dispersifs plus efficaces (bloc de silice sur lequel on a gravé des traits, métallique en surface). Le détecteur mesure la quantité d’énergie pour chaque fréquence qui passe à travers l’échantillon. Il en résulte un spectre qui est le tracé de l’intensité en fonction du nombre d’onde I = f(ν). Les détecteurs utilisés antérieurement étaient de type thermique (thermocouples). 2. Les inconvénients des Spectromètres dispersifs ou à onde continue: Les inconvénients de ces appareils sont :  la relative lenteur des mesures (étant donné que l’instrument mesure chaque fréquence individuellement, l’enregistrement d’un échantillon prend de 10 à 15 minutes) la relative insensibilité (la détection nécessite une quantité raisonnable de produit pour une analyse exploitable). Actuellement, il est nécessaire de détecter 0,01% d’un composé dans une matrice ou 10 ppb d’une substance dans l’air.  la complexité mécanique (existence de certaines parties mobiles toutes sujettes à des problèmes de casse mécanique). 3. Spectromètres à transformée de Fourier (FT-IR) (non dispersifs) Les spectromètres FT-IR ont été développés pour apporter une réponse aux limitations des spectromètres dispersifs. La difficulté principale à résoudre était celle de la lenteur de l’acquisition. Il était indispensable d’imaginer un dispositif mesurant toutes les
  • 9. Types de spectromètres Page | 4 fréquences simultanément. Ce dispositif est l’interféromètre. 3.1. Fonctionnement du spectromètre FT-IR Un spectromètre FT-IR comporte essentiellement cinq parties (Figure 5) :  Une source lumineuse  Un dispositif permettant de générer les interférences : l’interféromètre (voir description ci-après).  Un compartiment échantillon qui permet d’accueillir plusieurs types d’accessoires (porte-échantillon) dépendant du mode de mesures utilisé (réflexion ou transmission).  Un détecteur ou capteur photosensible : le spectromètre FT-IR peut comporter un ou plusieurs détecteurs, pouvant être de type  pyroélectrique (générant un courant proportionnel au différentiel de température entre les 2 faces du détecteur) comme les détecteurs DTGS (Deuterated Tri- glycine Sulfate),  photoélectrique (générant une différence de potentiel par l’absorption de photons) comme les détecteurs MCT (Mercure Cadmium Tellure) qui sont constitués d’un monocristal en alliage de mercure-cadmium-tellure déposé sur un support inerte.  Enfin, le convertisseur analogique numérique qui interroge le détecteur à des intervalles réguliers et transforme le signal analogique en un signal numérique manipulable par le système informatique. Figure 3 : Schéma de principe d’un spectromètre FT-IR L’interferomètre
  • 10. Types de spectromètres Page | 5 Cet instrument permet de mesurer les longueurs d’onde par production d'interférences. L’interféromètre de Michelson (1891) utilisé pour la mesure est formé d’une lame séparatrice semi-transparente qui divise le faisceau issu de la source en deux faisceaux, l’un réfléchi vers un miroir fixe, l’autre transmis vers un miroir mobile (Figure 6). Le miroir mobile, perpendiculaire au miroir fixe, bouge à une vitesse constante le long de son axe (x=qq mm). Donc, un des faisceaux parcourt un chemin optique fixe, l'autre un chemin optique de longueur variable à cause du miroir mobile. La phase des ondes sur ces deux trajets optiques est donc modifiée en déplaçant le miroir mobile. Ces deux faisceaux se recombinent alors sur la séparatrice. Le signal sortant de l’interféromètre résulte en ces 2 faisceaux interférant entre eux (interférogramme) : quand la différence de chemin optique entre les faisceaux correspond à un multiple entier de la longueur d'onde d'une bande, on obtient une interférence constructive. Une interférence négative est obtenue lorsque la différence correspond à un multiple entier impair du quart de la longueur d'onde. L'ensemble des interférences positives et négatives produit un interférogramme. De manière générale, lorsqu’on fait varier x, on observe alternativement des maxima et des minima au niveau de l’intensité du faisceau résultant. Pour une source monochromatique, l’interférogramme du faisceau résultant correspond à une courbe sinusoïdale : I(δ) = I0 cos(2 π ν δ) où δ représente la différence de marche = 2x. Pour une source continue, il faut faire la somme sur +∞ chaque fréquence : I(δ ) = ∫ I(ν ) cos(2 π ν δ ) d ν. Cet interférogramme possède la propriété que chaque point (fonction de la position du miroir mobile) qui constitue le signal possède une information sur chaque fréquence infrarouge provenant de la source. L’interféromètre produit un signal unique contenant toutes les informations requises pour produire un spectre. Il peut être mesuré très rapidement (de l’ordre de grandeur de la seconde).
  • 11. Types de spectromètres Page | 6 Figure 4 : L’interféromètre de Michelson et chemin optique dans le spectromètre FT-IR Le faisceau sortant de l’interféromètre est réfléchi vers l'échantillon, où des absorptions interviennent. Il arrive ensuite sur le détecteur pour être transformé en signal électrique. Le signal du détecteur apparaît comme un interférogramme, c'est une signature de l'intensité en fonction du déplacement du miroir I=f(δ). Cet interférogramme ne peut être interprété directement. Le tracé I = f(ν) est obtenu à l’aide d’un traitement mathématique appelé transformée de Fourier. Cette dernière est calculée (Fourier Transform (FT) inverse de l’interférogramme) à l’aide d’un ordinateur qui permet de visualiser finalement le spectre I = f(ν). Rq : L’intégration de l’interférométrie à la spectroscopie IR a été rendue possible par le développement de la transformée de Fourier rapide qui a permis la résolution en temps réel de l’interférogramme, par le perfectionnement des lasers améliorant la précision en fréquence de la mesure et par le couplage spectromètre-microordinateur. 4. Avantages de la spectroscopie FT-IR  Rapidité: du fait d’une mesure simultanée de toutes les fréquences, la mesure dure quelques secondes. Un spectre de 800-8000 cm -1 de résolution de 2 cm-1, mesuré en 30 minutes sur un spectromètre dispersif, sera collecté en 1 seconde au même rapport signal/bruit.  Reproductibilité et fiabilité  Haute résolution spectrale
  • 12. TECGNIQUE D’EXAMEN DES ECHANTILLONS EN SPECRTOSCOPIE FT-IR Page | 7  Simplicité mécanique : la seule partie mobile de l’instrument est le miroir mobile.  Calibration interne : ces spectromètres sont auto-calibrés et ne nécessitent jamais de calibration par l’utilisateur. Un laser He-Ne permet de repérer avec précision la position du miroir mobile. Sensibilité : la sensibilité est très largement améliorée par rapport aux systèmes dispersifs. La possibilité de réaliser plusieurs acquisitions permet d’améliorer considérablement le rapport signal/bruit. La très bonne sensibilité  permet d’envisager des applications en contrôle qualité (identification de contaminants par exemple). Il est en outre possible d’effectuer des analyses quantitatives de grande précision avec ce type de spectromètre. III - TECGNIQUE D’EXAMEN DES ECHANTILLONS EN SPECRTOSCOPIE FT-IR Le choix de la technique d’échantillonnage dépend de la nature de l’échantillon. Plusieurs méthodes ont été mises au point pour la caractérisation d’échantillons d’état physique différents par spectroscopie infrarouge avec l’emploi d’accessoires spécifiques. 1. Procédés par transmission (absorption)  Rappels sur la transmission : Le faisceau infrarouge passe à travers l’échantillon et l’énergie provenant de ce dernier est mesurée. La transmission T est définie comme la fraction d’énergie lumineuse traversant l’échantillon. A l’entrée de l’échantillon, l’intensité de la lumière est I0. Elle est égale à I de l’autre côté de ce même échantillon. On a donc T = I/I0. On définit le pourcentage de transmission (Transmittance) %T = 100 (I/I0). L’absorbance est alors A = log (I0/I). Pour un appareil FT-IR, on définit I0=Isource(x), l’intensité globale émise par la source en fonction du retard et I=I(x) est l’intensité transmise après passage à travers l’échantillon (Figure 9). Figure 5 : Principe de la transmission Suite à la mesure enregistrée par le détecteur et après conversion de l’intensité par
  • 13. TECGNIQUE D’EXAMEN DES ECHANTILLONS EN SPECRTOSCOPIE FT-IR Page | 8 transformée de Fourier inverse, on définit le spectre soit en transmittance % T, soit en absorbance A. Ce mode de mesure nécessite l’utilisation de supports transparents en infrarouge :  nombreux sels de métaux alcalins tels que le bromure de potassium (KBr)  séléniure de zinc (ZnSe)  fluorure de calcium (CaF2)  fluorure de baryum (BaF2)  germanium (Ge) Contrairement au KBr, les supports ZnSe, CaF2 et BaF2, possèdent des qualités de résistance à l’hygrométrie qui les qualifient pour l’étude des matériaux biologiques et en général de tous les échantillons en solution. Pour les techniques d’échantillonnage, Cf Annexe 2 et Polycope de TP de Spectroscopie Infrarouge (M1). 2. Procédés par réflexion Lorsqu’un faisceau lumineux arrive à l’interface d’un second milieu dont l’indice de réfraction est plus grand, il subit suivant l’angle d’incidence, soit une réflexion totale comme un miroir, soit une réflexion atténuée après avoir, en partie, pénétré dans ce milieu d’environ une demi longueur d’onde (soit entre 2 et 10 micromètres pour le moyen infrarouge). L’échantillon absorbe une partie de ces radiations. Plusieurs techniques exploitent ce principe et permettent d’observer toutes sortes d’échantillons. On distingue la réflexion spéculaire, la réflexion totale atténuée et la réflexion diffuse. Chaque dispositif est conçu pour privilégier une seule composante de réflexion. Le spectre obtenu doit faire l’objet de corrections au moyen de logiciels. 2.1 Réflexion spéculaire L’accessoire de réflexion spéculaire permet la mesure de la lumière réfléchie dans une direction d’observation symétrique à celle d’incidence (Figure 10). Figure 6: Réflexion spéculaire En comparant, après enregistrement, pour chaque longueur d’onde, la réflexion
  • 14. TECGNIQUE D’EXAMEN DES ECHANTILLONS EN SPECRTOSCOPIE FT-IR Page | 9 spéculaire I de l’échantillon à la réflexion totale I0 obtenue en remplaçant l’échantillon par un miroir d’aluminium, l’appareil calcule le spectre de la réflectance R=I/I0=f(λ). Enfin, par application d’une transformation mathématique faisant appel la théorie de Kramers-Kronig, on aboutit à un spectre en pseudo-absorbance, équivalent à celui qu’on obtiendrait par transmission (Figure 11). Figure 7 : (a) Signal brut de réflexion spéculaire (b) Application du calcul de Kramers-Kronig (c) Spectre par transmission obtenu par le procédé conventionnel, présenté ici en absorbance, pour comparaison La technique de réflexion spéculaire est utilisée uniquement pour les échantillons transparents et réfléchissants à leur surface (vernis, films de polymères…). 2.2 .Réflexion totale atténuée (ATR) La réflexion totale atténuée est communément appelée ATR (Attenuated Total Reflection). Le principe de l’ATR est détaillé sur la figure 12 Figure 8 : Principe de la réflexion totale atténuée (ATR)
  • 15. TECGNIQUE D’EXAMEN DES ECHANTILLONS EN SPECRTOSCOPIE FT-IR Page | 10 Le principe des dispositifs ATR est de faire subir au faisceau optique plusieurs réflexions à l’interface entre l’échantillon et un cristal parallélépipédique (25x10x2 mm), transparent en IR mais d’indice de réfraction n2 élevé (ZnSe, TlBr, AgCl, diamant…) et dans la plupart des cas, supérieur à celui de l’échantillon (n1). En première approximation, d’après la loi de Descartes, le faisceau IR initial d’intensité I(source) traverse le cristal et subit une réflexion totale à l’interface cristal-échantillon puis est dirigé vers le détecteur. En réalité, le phénomène est perturbé par l’existence d’une onde progressive appelée évanescente. Celle-ci pénètre de quelques micromètres dans l’échantillon se trouvant en contact direct avec le cristal et peut être absorbée : une partie de l’énergie est retenue et la réflexion totale est atténuée. L’intensité de la lumière réfléchie IR est mesurée par un détecteur de réflexion. On appelle I0 l’intensité réfléchie par un matériau non absorbant pris comme référence. La réflectance R est R=IR/I0. % R : Pourcentage de réflexion. En pratique, de multiples réflexions internes sont utilisées pour amplifier l’intensité d’absorption (Figure 13). Figure 9: Cristal multi-réflexions La technique ATR est idéale pour les échantillons épais ou très absorbants (liquides contenant de l’eau par exemple) et pour les films minces pour les études de surface (profondeur de pénétration est de l’ordre de 1 à 2 µm). Les solides analysés par cette technique doivent être plats ou flexibles afin d’épouser au mieux la forme du cristal. Les solides pouvant être aisément étudiés sont :  les matières plastiques,  les peintures,  les adhésifs,  les solides pâteux.  les solutions aqueuses,  les liquides visqueux,  les liquides très absorbants,  les solutions biologiques. Avantages :
  • 16. TECGNIQUE D’EXAMEN DES ECHANTILLONS EN SPECRTOSCOPIE FT-IR Page | 11  préparation de l’échantillon minimale,  nettoyage de l’accessoire simple et rapide,  possibilité d’étudier les échantillons directement dans leur état naturel (sans préparation préalable),  technique très reproductible : analyse quantitative, à condition de ne pas réclamer des sensibilités très importantes,  cellules ATR capables de travailler en température ou sur des produits corrosifs (acides, peroxydes…). 3. Réflexion diffuse (DR) Lorsqu’un faisceau infrarouge est focalisé sur un matériau constitué de fines particules, la radiation incidente peut pénétrer dans une ou plusieurs particules. Il en résulte une diffusion de la lumière. C’est la réflexion diffuse (Figure 14). Elle peut être considérée comme la résultante de multiples réflexions, réfractions et diffractions sur des particules orientées de façon aléatoire. Figure 10: Réflexion diffuse En réflexion diffuse, le faisceau infrarouge est dirigé vers une coupelle contenant le mélange échantillon-matrice transparente à l’infrarouge (KBr par exemple). La radiation infrarouge interagit avec les particules entraînant un phénomène de diffusion au cours du trajet du faisceau à travers l’échantillon. Un miroir collecte alors cette énergie diffusée vers le détecteur du spectromètre (Figure 15).
  • 17. TECGNIQUE D’EXAMEN DES ECHANTILLONS EN SPECRTOSCOPIE FT-IR Page | 12 Figure 11 : Schéma de principe de réflexion diffuse Le détecteur enregistre ce faisceau infrarouge altéré par la diffusion et le transforme en interférogramme pouvant alors être traité sous la forme d’un spectre infrarouge. Un blanc est enregistré tenant compte de la réflexion diffuse de la coupelle contenant la matrice transparente seule. La méthode de réflexion diffuse est couramment employée pour l’étude qualitative des échantillons organiques et minéraux pouvant être broyés très finement (taille des grains ≤ 10 µm). Dans certains cas, la réflexion diffuse peut avantageusement remplacer le pastillage. L’échantillonnage est plus simple, on n’a pas besoin de presser. Il existe des kits permettant d’échantillonner en réflexion diffuse des échantillons solides comme des polymères, des peintures… par simple grattage sur une surface abrasive. 4. Microspectroscopie FT-IR La microspectroscopie infrarouge est le couplage entre un spectromètre IR et un microscope. Cette technique permet d'utiliser les potentialités de la spectroscopie FT-IR à l'échelle microscopique pour l’étude de micro-échantillons (taille ≈ 10 µm). Le rôle du microscope est de conduire le rayon IR de l’interféromètre à l’échantillon de manière colinéaire au chemin optique visible, sur une zone quasiment ponctuelle (quelques micromètres). Le microscope est relié à un spectromètre FT-IR et est muni d'une platine (porte- échantillon) motorisée, d'un détecteur et d’objectifs (Figure 16). Les lentilles en verre étant opaques aux radiations IR, le microscope utilise des optiques réfléchissantes (miroirs dorés ou argentés). Le mouvement de la platine est contrôlé à l'aide d'un logiciel et peut être réglé avec une précision sub-micrométrique. La plupart des objectifs de microscopes IR ont des ouvertures donnant des résolutions spatiales de l’ordre de quelques microns à plusieurs dizaines de microns suivant l’ouverture utilisée. La résolution spatiale peut être définie comme la capacité à mesurer le spectre d’un objet
  • 18. TECGNIQUE D’EXAMEN DES ECHANTILLONS EN SPECRTOSCOPIE FT-IR Page | 13 sans contamination par les informations provenant d’objets placés hors du champ délimité par l’ouverture. Dans certains cas, le microscope IR peut être placé dans une enceinte de purge (azote gazeux ou air sec) (Figure 17) pour assurer une protection efficace contre les influences atmosphériques (vapeur d’eau et gaz carbonique). L’échantillon à analyser est placé sur la platine motorisée et amené au centre du champ de vision du microscope. Un passeur d’échantillon peut être utilisé. C’est un accessoire couplé au spectromètre, qui comporte un porte-échantillon (platine), un système de reconnaissance par code-barre et un système d'entraînement et permet d'analyser jusqu'à 15 échantillons dans les mêmes conditions. En micro-spectroscopie FT-IR, les modes d'enregistrement sont la transmission si l'épaisseur de l’échantillon est compatible avec une absorbance raisonnable (de l'ordre d’une unité). Sinon, le mode de réflexion s’applique à des échantillons plus épais ou à des dépôts sur des supports réfléchissants. Actuellement, la micro-spectroscopie FT-IR est largement utilisée dans de nombreux domaines. Ex :Application à des échantillons biologiques à l’échelle moléculaire (lipides, protéines, polysaccharides et ADN…), cellulaire (bactéries, levures et cellules…) et tissulaire (peau, aorte, cerveau, sein, colon et divers organes…) :  identification et typage de levures  compréhension de l’effet de divers agents sur les bactéries Figure 12 : Trajet optique du faisceau IR dans la partie microscope
  • 19. BANDES D’ABSORPTION DANS LE MOYEN INFRAROUGE Page | 14 1 - Faisceau infrarouge en provenance de l’échantillon 2 - Eclairage de échantillon 3 - Platine du microscope 4 - Miroir de sélection transmission/réflexion 5 - Viseur optique 6 - Détecteur dédié au dispositif Figure 13 : Micro-spectromètre FT-IR avec système de purge et passeur d’échantillon A : Système de purge B : Spectromètre FT-IR C : Microscope D : Module passeur d’échantillons E : Micro-informatique IV-BANDES DE VIBRATION DU MOYEN INFRAROUGE En principe, l’énergie absorbée correspondant à une différence d’énergie entre deux niveaux énergétiques de la molécule, un spectre d’absorption de la molécule devrait se présenter comme une série de raies. En fait, il existe dans la molécule une succession d’états qui sont énergétiquement très proches, et l’on obtient des bandes d’absorption, plus ou moins larges.
  • 20. BANDES D’ABSORPTION DANS LE MOYEN INFRAROUGE Page | 15 Figure 14 : Les bandes de vibration du moyen infrarouge V -BANDES D’ABSORPTION DANS LE MOYEN INFRAROUGE L’absorption correspond à des transitions entre les niveaux d’énergie vibrationnelle de la molécule. Le mouvement de vibration d’une molécule diatomique peut être modélisé par un oscillateur harmonique, étudié en mécanique : la molécule diatomique AB apparaît comme deux masses reliées par un ressort, de raideur k : On peut dire qu’ici, k, raideur du ressort, nous renseigne sur la force de la liaison : k est d’autant plus grande que la liaison entre A et B est forte. Ce système a deux corps peut être traité comme un système à un corps à condition d’introduire la masse réduite µ du système définie par 𝝁 = 𝒎𝑨𝒎𝑩 𝒎𝑨 + 𝒎𝑩 𝒑𝒓𝒐𝒗𝒆𝒏𝒂𝒏𝒕 𝒅𝒆 ∶ 𝟏 𝝁 = 𝟏 𝒎𝑨 + 𝟏 𝒎𝑩 Cet oscillateur harmonique constituera une bonne approximation pour les vibrations de faibles amplitudes. La relation entre la pulsation 𝜔, les masses des atomes et la force de la liaison est la
  • 21. BANDES D’ABSORPTION DANS LE MOYEN INFRAROUGE Page | 16 même que la loi de Hooke pour l’oscillateur harmonique : 𝜔0 = √ 𝑘 𝜇 A cette pulsation correspondent une fréquence 𝑣 et un nombre d’onde 𝜎 tels que : 𝝂𝟎 = 𝟏 𝟐𝝅 √ 𝒌 𝝁 et 𝝈𝟎 = 𝟏 𝟐𝝅.𝒄 √ 𝒌 𝝁 On peut remarquer que :  Les liaisons qui vibrent le plus vite sont les liaisons fortes (k grande)  Les liaisons qui vibrent le plus vite sont celles mettant en jeu des atomes légers (car dans ce cas µ est faible).  Exemple : Atomes C et C : µ = 12x12/(12+12) = 6. Atomes C et H : µ’ = 12x1/(12+1) = 0,923. Les résultats de l’étude de l’oscillateur harmonique sont utilisables à l’échelle moléculaire, à condition de faire intervenir l’aspect quantique, c’est à dire la quantification des niveaux d’énergie. Les niveaux d’énergie de l’oscillateur harmonique en mécanique quantique sont sélection sont respectées : h.𝜈 = ∆E = q(h.𝜈) = E(vi) – E(vj) A priori q ϵ mais des règles de sélection montrent que |q| = +1 Soit : h.𝜈 = E(vi) – E(vj) = h.𝜈 = E(v1+1) – E(v1) = h.𝜈0 …/… 𝜈. = 𝜈0 VI -LES VIBRATION DANS L’INFRAROUGE Les liaisons des molécules vibrent de plusieurs manières elles possèdent divers modes de vibration. Deux atomes reliés par une liaison covalente peuvent effectuer une vibration d’élongation/contraction. Quand il y a plus de deux atomes dans la molécule, les atomes peuvent vibrer ensemble selon une variété d’élongation et de déformations. Par exemple, dans le cas de l’environnement tétraédrique de l’atome de carbone, on distingue deux types de vibration :  des vibrations d’élongation (ou stretching) : on les appelle aussi vibrations de valence. Elles ont lieu lorsque deux atomes s’éloignent ou se rapprochent périodiquement le long de leur axe commun. On distinguera le mode symétrique et le mode antisymétrique
  • 22. BANDES D’ABSORPTION DANS LE MOYEN INFRAROUGE Page | 17 Elongation symétrique Elongation asymétrique Figure 15: cas de la molécule CO2  des vibrations de déformation angulaire (ou bending) :elles correspondent à une modification des angles de liaison. Il y a quatre modes de vibration possibles, ils sont représentés ci-dessous. .Vibration de déformation symétrique dans le plan (cisaillement) .Vibration de déformation symétrique hors du plan (torsion) .Vibration de déformation asymétrique dans le plan (rotation plane) .Vibration de déformation asymétrique hors du plan (balancement)
  • 23. CONCLUSION Page | 18 Enfin, il faut noter qu’un mode de vibration est actif en infrarouge si le moment dipolaire de la molécule varie durant la vibration Ex : CO2 est une molécule linéaire : durant l’élongation symétrique de CO2, il n’y a pas de variation du moment dipolaire : ce mode est donc inactif en infrarouge. Pour ces mêmes raisons, une liaison double C=C symétrique absorbera très peu vers 1640 cm-1 VII -INTERPRETATION D’UN SPECTRE INFRAROUGE 1. l’allure du spectre Un spectrophotomètre IR conduit à un document de base appelé spectre infrarouge. Ainsi, au laboratoire, le spectrophotomètre infrarouge à transformée de Fourier que l’on possède (modèle Spectrum BX / Perkin-Elmer) fournit les spectres suivants : Habituellement, on enregistre les spectres IR en portant en abscisse l’inverse de la longueur d’onde 𝜆 exprimée en cm, ou nombre d’onde 𝜎; en ordonnée, est reportée, pour chaque radiation, la transmittance T, ou son pourcentage :
  • 24. CONCLUSION Page | 19 Figure 16: allure d’un spectre infrarouge 2. Différentes régions du spectre infrarouge Dans un spectre infrarouge, il y a beaucoup de bandes d’absorption, surtout dans la partie droite. Un spectre IR comprend 4 régions importantes :  Environ 4 000 – environ 2 500 cm-1 : régions d’étirement des liaisons C-H, N-H et O-H  Environ 2 500 – 2 000 cm-1 : régions d’étirement des liaisons triples C≡C ou C≡N  Environ 2 000 – 1 500 cm-1 : régions d’étirement des liaisons doubles C=C ou C=O  En deçà de 1 500 cm-1 : régions des liaisons simples C-O, C-F, C-Cl… 3. Localisation des bandes d’absorption des types de liaisons  En général, les 3 premières régions servent à détecter la présence de groupements fonctionnels présents dans la molécule 4. Région des empreintes digitales  La dernière région n’est en général pas interprétée en détail : elle est complexe, et elle est caractéristique du composé, comme l’est une empreinte digitale pour un être humain particulier. C’est la région des empreintes digitales. En résumé :
  • 25. CONCLUSION Page | 20 Figure 17 : la région des empreintes digitales et groupements fonctionnels. Figure 18 : la nature de liaison dans les région des empreintes digitales et groupements fonctionnels 5. Utilisation de tables infrarouges. Des tables de données infrarouges sont toujours disponibles au laboratoire, par exemple dans le Handbook. Dans un exercice sur feuille, ces tables sont à vottre disposition. Attention : des tables de données infrarouge permettent de connaître le type de liaison qui correspond à une absorption donnée MAIS plusieurs facteurs structuraux peuvent modifier les valeurs de nombre d’onde attendus. Par exemple, la présence d’un système conjugué affaiblie une double liaison C=O et
  • 26. CONCLUSION Page | 21 déplace la valeur du nombre d’onde vers des valeurs plus faible : la conjugaison affaiblie la double liaison, et lui confère un caractère plus marqué de liaison simple. Voir table :« abaissement de 10 à 30 cm-1 si conjugaison ». En effet, une cétone aliphatique absorbe vers 1715 cm-1. La conjugaison avec une double Liaison C=C diminue la force de la liaison C=O et de la liaison C=C. Il y a effet bathochrome pour les deux absorptions νC=O et νC=C (1685 -1619 cm-1 pour le νC=O). Figure 19 : le tables infrarouges Illustration : Sur les deux spectres de cétones proposés, on va retrouver νC=O les respectivement à 1716 cm- 1 (non conjugué) et 1685 cm-1 (conjugué). Spectre de la pentan-3-one CH3-CH2-CO-CH2-CH3 Figure 20 : Spectre de la pentan-3-one CH3-CH2-CO-CH2-CH3
  • 27. CONCLUSION Page | 22 Spectre de la pent-1-én-3-one CH3-CH2-CO-CH2=CH2 Figure 21 : Spectre de la pent-1-én-3-one CH3-CH2-CO-CH2=CH2 VIII - CONCLUSION Absorptions dans les spectres IR La position des bandes dépend de la masse réduite des atomes Les atomes légers donnent des fréquences et des nombres d’onde élevés de la force de la liaison Les liaisons fortes donnent des fréquences et des nombres d’onde élevés L’intensité de la bande dépend De la variation du moment dipolaire Un grand moment dipolaire donne une absorption intense La largeur de la bande dépend des liaisons hydrogène Une liaison H forte donne une bande large Enfin, sachons que cette spectroscopie, couplée à la R.M.N, à la spectrométrie de masse permet de déterminer avec une grande certitude et une grande vitesse les structures réelles des molécules.
  • 28. CONCLUSION Page | 23 Les techniques spectroscopiques (avec en premier lieu la R.M.N) ont réellement révolutionné toute la chimie organique. Nous étudierons, dans un prochain chapitre, la RMN.
  • 29. CONCLUSION Page | 24 SPECTROSCOPIE INFRAROUGE Table des nombres d’onde des vibrations de valence et de déformation.
  • 30. BIBLIOGRAPHIE Page | 25 X- BIBLIOGRAPHIE  La Spectro. 11 décembre 2011. [ date de consultation : 11 avril 2012].  http://bmauclaire.free.fr/astronomie/spectro/  E2. Raie spectrale. Wikipedia. 27 mai 2012. [ date de consultation : 30 mai 2012].  http://fr.wikipedia.org/wiki/Raie_spectrale  Utilisation de la spectroscopie acoustique pour la caractérisation de suspensions denses. 2007. [ date]  Emission-flamme.pdf  Notions d'optique pour les astronomes amateurs. [date de consultation : 25 avril 2012].  Le réseau diffraction et interférences. [date de consultation : 5 mai 2012].  http://media4.obspm.fr/public/FSU/pages_interference/reseau-apprendre.html  Effet Mossbauer et applications à la physique du solide. 1976. [date consultation : 17 mai 2012].  http://www.uel.education.fr/consultation/reference/chimie/spectro/infra_rouge/inde x.htm  Spectrométrie de fluorescence atomique. 2011. [date de consultation : 18 avril 2012]. http://www.iutacy.  univ-savoie.fr/fileadmin/DUT/MPH/fichiers/semestre3/techniques spectroscopiques/Spectrometrie-  Fluorescence-Atomique.pdf  Spectrométrie d’émission des rayons X. Fluorescence X . 10 septembre 2000. [date de consultation :  17 avril 2012]. http://www.techniques-ingenieur.fr/base-documentaire/mesures- analysesth1/  spectrometries-42390210/spectrometrie-d-emission-des-rayons-x-fluorescence-x- p2695/  (S-5) Ondes et Photons . 13 décembre 2001. [date de consultation : 17 avril 2012].  http://www.phy6.org/stargaze/Fsun5wave.htm  Spectromètre à fluorescence X à dispersion d'énergie (EDXRF). [date de consultation : 17 avril 2012].  http://www.directindustry.fr/prod/skyray-instrument/spectrometres-a-fluorescence- x-a-dispersion-denergie-  Effet Mosbauer. [date de consultation : 17 mai 2012]. http://www.techno- science.net/?  TP 4 Spectrométrie dispersive : prisme et réseau. août 2007. [date de consultation
  • 31. BIBLIOGRAPHIE Page | 26 23 avril 2012].  http://physique-eea.ujfgrenoble.  fr/intra/Organisation/CESIRE/OPT/DocsOptique/TextesTP/TextesTP_L3PC/TP4_ Spectromet  rie_prisme_reseau.pdf  Systèmes dispersifs en spectrométrie atomique. 10 mars 2002. [date de consultation : 17 mai2012].