5.4 Spectroscopie infrarouge
Lorsqu’un produit synthétisé doit être caractérisé et que celui-ci possède un groupement fonctionnel différent des réactifs, la spectroscopie infrarouge est une des techniques d’analyse qui s’avère très utile.
Il existe trois types de spectrophotomètres infrarouges. En premier lieu, les spectrophotomètres classiques de dispersion (dispersive spectrophotometer) emploient un
prisme monochromateur pour séparer les différentes longueurs d’onde de la lumière
infrarouge par dispersion. La lumière monochromatique se divise ensuite en deux faisceaux grâce à un dispositif de miroirs. Le premier passe à travers l’échantillon, et le
second passe à travers une référence telle que le solvant qui est utilisé pour dissoudre
l’échantillon ou simplement à travers l’air. Pour chaque longueur d’onde, la différence
d’intensité lumineuse entre les deux faisceaux est perçue par un détecteur, puis ampli?ée. Cette différence est due à l’absorption de la lumière infrarouge par l’échantillon à
certaines longueurs d’onde caractéristiques.
En deuxième lieu, les spectrophotomètres infrarouges à transformée de Fourier
(Fourier transform infrared spectrophotometer [FTIR]) sont des spectrophotomètres
plus modernes dans lesquels les différentes longueurs d’onde de la lumière infrarouge
incidente passent au travers d’un interféromètre. Ces dernières interagissent avec les
molécules de l’échantillon (placé dans le faisceau avant ou après l’interféromètre) pour
produire un interférogramme analysé grâce aux équations mathématiques de transformée de Fourier et converti en un spectre.
Finalement, il existe des appareils nommés ATRFTIR. Les lettres « ATR » signi?ent
attenuated total reectance. Ce type d’appareil se caractérise par la façon dont le rayonnement infrarouge incident interagit avec l’échantillon analysé. Un échantillon solide
ou liquide est placé directement sur la surface lisse d’un cristal de séléniure de zinc
(ZnSe), de germanium (Ge) ou de diamant. L’échantillon est ensuite emprisonné dans
la cavité d’analyse en vissant un couvercle sur celui-ci. Le rayonnement incident est
réfracté dans le cristal et frappe l’échantillon à plusieurs reprises avant d’atteindre le
détecteur. Ce type d’appareil permet donc d’acquérir des données sans avoir à préparer
des matrices (p. ex. : les pastilles de NaCl et de KBr) servant de support aux échantillons
à analyser. Cela permet d’améliorer grandement la vitesse d’échantillonnage de même
que la reproductibilité des mesures.
Ces appareils (FTIR et ATR-FTIR) sont les plus fréquemment employés de nos
jours dans les laboratoires. En effet, ils ont une meilleure sensibilité grâce à la prise de
nombreuses mesures. Ils permettent également une mesure beaucoup plus rapide du
spectre, puisque toutes les longueurs d’onde de la lumière infrarouge sont employées
et traitées simultanément.
Ainsi, pour les trois types d’appareils, le même spectre infrarouge (spectre IR) est
?nalement tracé à l’intérieur duquel les vibrations des liaisons typiques de groupements
fonctionnels (perturbations) sont représentées par des bandes d’absorption, soit des
courbes orientées vers le bas (voir un exemple de spectre IR dans la ?gure 5.8, p. 236).
Le spectre IR obtenu est plus précisément un spectre de la transmittance en fonction des nombres d’onde des radiations. La transmittance (T ) représente la quantité
de lumière transmise (non absorbée) par l’échantillon. Elle correspond au ratio de
la lumière sortante, I, sur la lumière incidente, I 0 , soit T = I/I 0 . Elle s’exprime souvent en pourcentage et n’a pas d’unité. Le nombre d’onde, plutôt que la fréquence ou
la longueur d’onde, est le paramètre utilisé pour caractériser l’énergie des radiations
infrarouges émises a?n de faciliter l’analyse et l’interprétation du spectre IR. En effet,
dans cette région du spectre électromagnétique, les valeurs des nombres d’onde sont
des nombres simples. Les spectrophotomètres infrarouges balaient habituellement les
nombres d’onde dans un intervalle variant entre 4000 cm
−1 et 400 cm
−1 (longueurs
d’onde correspondantes : [2,5 à 25] × 10
3 nm). Cette région du spectre électromagnétique s’appelle l’infrarouge moyen, contrairement à l’infrarouge lointain ou le proche
infrarouge qui varient respectivement de 400 cm
−1 à 200 cm
−1 , et de 14 000 cm
−1 à
4000 cm
−1 .
Les échantillons solides sont
généralement broyés avec du KBr
(qui n’absorbe pas dans la région
infrarouge), puis transformés en
pastilles translucides en appliquant
une forte pression.
Spectrophotomètre infrarouge
moderne à transformée de
Fourier (FTIR)
Spectrophotomètre infrarouge
moderne à dépôt direct (ATR-FTIR)
Pour effectuer un spectre IR, les
échantillons liquides sont placés
entre deux pastilles polies de NaCl
(qui n’absorbe pas dans la région
infrarouge).
5.4 Spectroscopie infrarouge
233
Lorsqu’un produit synthétisé doit être caractérisé et que celui-ci possède un groupement fonctionnel différent des réactifs, la spectroscopie infrarouge est une des techniques d’analyse qui s’avère très utile.
Il existe trois types de spectrophotomètres infrarouges. En premier lieu, les spectrophotomètres classiques de dispersion (dispersive spectrophotometer) emploient un
prisme monochromateur pour séparer les différentes longueurs d’onde de la lumière
infrarouge par dispersion. La lumière monochromatique se divise ensuite en deux faisceaux grâce à un dispositif de miroirs. Le premier passe à travers l’échantillon, et le
second passe à travers une référence telle que le solvant qui est utilisé pour dissoudre
l’échantillon ou simplement à travers l’air. Pour chaque longueur d’onde, la différence
d’intensité lumineuse entre les deux faisceaux est perçue par un détecteur, puis ampli?ée. Cette différence est due à l’absorption de la lumière infrarouge par l’échantillon à
certaines longueurs d’onde caractéristiques.
En deuxième lieu, les spectrophotomètres infrarouges à transformée de Fourier
(Fourier transform infrared spectrophotometer [FTIR]) sont des spectrophotomètres
plus modernes dans lesquels les différentes longueurs d’onde de la lumière infrarouge
incidente passent au travers d’un interféromètre. Ces dernières interagissent avec les
molécules de l’échantillon (placé dans le faisceau avant ou après l’interféromètre) pour
produire un interférogramme analysé grâce aux équations mathématiques de transformée de Fourier et converti en un spectre.
Finalement, il existe des appareils nommés ATRFTIR. Les lettres « ATR » signi?ent
attenuated total reectance. Ce type d’appareil se caractérise par la façon dont le rayonnement infrarouge incident interagit avec l’échantillon analysé. Un échantillon solide
ou liquide est placé directement sur la surface lisse d’un cristal de séléniure de zinc
(ZnSe), de germanium (Ge) ou de diamant. L’échantillon est ensuite emprisonné dans
la cavité d’analyse en vissant un couvercle sur celui-ci. Le rayonnement incident est
réfracté dans le cristal et frappe l’échantillon à plusieurs reprises avant d’atteindre le
détecteur. Ce type d’appareil permet donc d’acquérir des données sans avoir à préparer
des matrices (p. ex. : les pastilles de NaCl et de KBr) servant de support aux échantillons
à analyser. Cela permet d’améliorer grandement la vitesse d’échantillonnage de même
que la reproductibilité des mesures.
Ces appareils (FTIR et ATR-FTIR) sont les plus fréquemment employés de nos
jours dans les laboratoires. En effet, ils ont une meilleure sensibilité grâce à la prise de
nombreuses mesures. Ils permettent également une mesure beaucoup plus rapide du
spectre, puisque toutes les longueurs d’onde de la lumière infrarouge sont employées
et traitées simultanément.
Ainsi, pour les trois types d’appareils, le même spectre infrarouge (spectre IR) est
?nalement tracé à l’intérieur duquel les vibrations des liaisons typiques de groupements
fonctionnels (perturbations) sont représentées par des bandes d’absorption, soit des
courbes orientées vers le bas (voir un exemple de spectre IR dans la ?gure 5.8, p. 236).
Le spectre IR obtenu est plus précisément un spectre de la transmittance en fonction des nombres d’onde des radiations. La transmittance (T ) représente la quantité
de lumière transmise (non absorbée) par l’échantillon. Elle correspond au ratio de
la lumière sortante, I, sur la lumière incidente, I 0 , soit T = I/I 0 . Elle s’exprime souvent en pourcentage et n’a pas d’unité. Le nombre d’onde, plutôt que la fréquence ou
la longueur d’onde, est le paramètre utilisé pour caractériser l’énergie des radiations
infrarouges émises a?n de faciliter l’analyse et l’interprétation du spectre IR. En effet,
dans cette région du spectre électromagnétique, les valeurs des nombres d’onde sont
des nombres simples. Les spectrophotomètres infrarouges balaient habituellement les
nombres d’onde dans un intervalle variant entre 4000 cm
−1 et 400 cm
−1 (longueurs
d’onde correspondantes : [2,5 à 25] × 10
3 nm). Cette région du spectre électromagnétique s’appelle l’infrarouge moyen, contrairement à l’infrarouge lointain ou le proche
infrarouge qui varient respectivement de 400 cm
−1 à 200 cm
−1 , et de 14 000 cm
−1 à
4000 cm
−1 .
Les échantillons solides sont
généralement broyés avec du KBr
(qui n’absorbe pas dans la région
infrarouge), puis transformés en
pastilles translucides en appliquant
une forte pression.
Spectrophotomètre infrarouge
moderne à transformée de
Fourier (FTIR)
Spectrophotomètre infrarouge
moderne à dépôt direct (ATR-FTIR)
Pour effectuer un spectre IR, les
échantillons liquides sont placés
entre deux pastilles polies de NaCl
(qui n’absorbe pas dans la région
infrarouge).
5.4 Spectroscopie infrarouge
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