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LA SPECTROSCOPIE LA SPECTROSCOPIE INFRAROUGE INFRAROUGE I I - - Le rayonnement

LA SPECTROSCOPIE LA SPECTROSCOPIE INFRAROUGE INFRAROUGE I I - - Le rayonnement infrarouge Le rayonnement infrarouge II II - - Sources lumineuses de radiations IR Sources lumineuses de radiations IR II.1 II.1 - - Sources thermiques Sources thermiques II.2 II.2 - - Diodes Diodes é émettrices de lumi mettrices de lumiè ère re III III - - Types de spectrom Types de spectromè ètres tres III.1 III.1 - - Spectrom Spectromè ètres dispersifs tres dispersifs III.2 III.2 - - Spectrom Spectromè ètres tres à à transform transformé ée de Fourier (FT e de Fourier (FT- -IR) IR) IV IV - - M Mé éthodes de mesure en spectroscopie FT thodes de mesure en spectroscopie FT- -IR IR IV.1 IV.1 - - Transmission /absorption Transmission /absorption IV.2 IV.2 - - R Ré éflexion totale att flexion totale atté énu nué ée (ATR) e (ATR) IV.3 IV.3 - - R Ré éflexion diffuse (DR) flexion diffuse (DR) V V - - Microspectroscopie Microspectroscopie FT FT- -IR IR VII VII - - Bilan des techniques dans l Bilan des techniques dans l’ ’infrarouge moyen infrarouge moyen VIII VIII - - Spectroscopie dans le proche infrarouge Spectroscopie dans le proche infrarouge VIII.1 VIII.1 - - Bandes harmoniques et bandes de combinaison Bandes harmoniques et bandes de combinaison VIII.2 VIII.2 - - Absorptions caract Absorptions caracté éristiques dans le proche infrarouge ristiques dans le proche infrarouge VIII.3 VIII.3 - - Instrumentation en spectroscopie proche infrarouge Instrumentation en spectroscopie proche infrarouge VIII.4 VIII.4 - - Avantages et inconv Avantages et inconvé énients de l nients de l’ ’analyse dans le proche analyse dans le proche infrarouge infrarouge VIII.5 VIII.5 - - Applications Applications PLAN DU COURS PLAN DU COURS I I - - Le rayonnement infrarouge Le rayonnement infrarouge D Dé écouvert en 1800 par Fr couvert en 1800 par Fré éd dé éric ric Wilhelm Wilhelm Hershel Hershel Radiations localis Radiations localisé ées au es au- -del delà à des longueurs d des longueurs d’ ’onde onde dans le rouge, entre la r dans le rouge, entre la ré égion du spectre visible et gion du spectre visible et des ondes hertziennes. des ondes hertziennes. z Mesure de T dans ≠zones du spectre solaire : maximum en dehors du visible Un des télescopes construits par HERSCHEL Domaine infrarouge de 0,8 µm à 1000 µm Divisé en 3 catégories : - proche infrarouge : 0,8 à 2,5 µm ; 12500 - 4000 cm-1 - moyen infrarouge : 2,5 à 25 µm ; 4000 - 400 cm-1 - lointain infrarouge : 25 à 1000 µm ; 400 - 10 cm-1 Photographie a Photographie aé érienne de vues panoramiques par rienne de vues panoramiques par temps couvert (IR traverse facilement temps couvert (IR traverse facilement l'atmosph l'atmosphè ère, même brumeuse) re, même brumeuse) Chauffage domestique ou industriel Chauffage domestique ou industriel S Sé échage des vernis, peintures, bois, cuirs, papiers, chage des vernis, peintures, bois, cuirs, papiers, pellicules photographiques pellicules photographiques D Dé éshydratation des fruits et l shydratation des fruits et lé égumes gumes Applications militaires importantes : autoguidage Applications militaires importantes : autoguidage par IR des missiles, appareils de vis par IR des missiles, appareils de visé ée nocturne e nocturne En th En thé érapie, activation par IR des processus rapie, activation par IR des processus cellulaires, en particulier la cicatrisation cellulaires, en particulier la cicatrisation Applications 1924 : 1924 : Energie Energie du rayonnement IR moyen du rayonnement IR moyen co coï ïncide avec celle des mouvements internes de ncide avec celle des mouvements internes de la mol la molé écule cule Relation entre absorption du rayonnement IR par une molécule et structure moléculaire Spectroscopie Spectroscopie moyen IR moyen IR la plus adapt la plus adapté ée pour e pour l l’é ’élucidation de la structure mol lucidation de la structure molé éculaire d culaire d’ ’un un compos composé é Spectrom Spectromè ètres IR construits tres IR construits à à partir d partir d’é ’él lé éments ments principaux principaux Diff Diffé érences : rences : mat maté ériaux utilis riaux utilisé és s montage montage - selon le domaine de l’IR exploité - selon le type d’interaction matière-rayonnement II - Sources lumineuses de radiations IR II.1 - Sources thermiques Par Par é échauffement d chauffement d’ ’un filament m un filament mé étallique tallique parcouru par un champ parcouru par un champ é électrique lectrique Radiation lumineuse Radiation lumineuse Avantages des sources thermiques : Avantages des sources thermiques : - - Emission Emission de radiations dans une grande de radiations dans une grande plage de plage de λ λ - - Intensit Intensité é forte R forte Ré éduction des duction des probl problè èmes d mes d’ ’amplification du signal amplification du signal - - Stables pendant de longues p Stables pendant de longues pé ériodes riodes Emissions énergétiques des filaments des sources thermiques : comparables au corps noir Corps qui absorbe toute l'énergie rayonnante qui l'entoure ¾ Il convertit l’énergie absorbée en énergie interne. ne réfléchit pas ne transmet pas de radiation ¾ Son spectre d'émission ne dépend que de son énergie interne et donc que de sa température. ¾ Il ne dépend pas de sa nature. Surface sous la courbe densité d’énergie en fonction de λ = énergie émise W pour toutes les longueurs d’onde W augmente rapidement en fonction de T: W = σ T4 σ = 5,67.10-8 W.m-2.K-4 Forme de la courbe donnée par la relation de Planck : ( ) 1 e 1 c h 8 T , W T k c h 5 −       λ π = λ λ Cas de la spectroscopie Cas de la spectroscopie moyen infrarouge : moyen infrarouge : Pic d Pic d’é ’émission des sources mission des sources dans ce domaine dans ce domaine à à T T ≈ ≈1000 K 1000 K Energie Energie totale totale é émise augmente comme mise augmente comme la puissance 4 de T : la puissance 4 de T : W = σ T4 Energie Energie n né écessaire suffisante cessaire suffisante par application d par application d’ ’une T plus une T plus é élev levé ée (entre 1600 et 2400 K) e (entre 1600 et 2400 K) Moyen infrarouge : Moyen infrarouge : - - Filament de Filament de globar globar : : Baguette de carbure de silicium Baguette de carbure de silicium SiC SiC Diam Diamè ètre : 5 tre : 5 à à 7 mm 7 mm Longueur : 4 Longueur : 4 à à 7 cm 7 cm T de fonctionnement : T de fonctionnement : ≈ ≈1300 1300 ° °C C Spectre continu 10000 Spectre continu 10000 - - 250 cm 250 cm- -1 1 Emission Emission maximale maximale à à 5300 cm 5300 cm- -1 1 Sources les plus utilis Sources les plus utilisé ées es Moyen infrarouge : Moyen infrarouge : - - Filament de Nichrome Filament de Nichrome : : * * Constitué de nickel et de chrome avec un peu de fer et de manganèse * Fil r * Fil ré ésistant bobin sistant bobiné é sur une plaque r sur une plaque ré éfractaire fractaire et isolante et isolante * Souvent en forme d'hélice (en spirale) pour obtenir une longueur + grande sous un faible encombrement * * Emission Emission infrarouge entre 2 et 15 infrarouge entre 2 et 15 µ µm m suffisante pour suffisante pour les spectrom les spectromè ètres de routine tres de routine * Dur * Duré ée de vie plus longue qu e de vie plus longue qu’ ’un un Globar Globar ou un ou un filament de Nernst, mais filament de Nernst, mais é énergie radiante plus faible nergie radiante plus faible Sources les plus utilis Sources les plus utilisé ées es Proche infrarouge : Proche infrarouge : Sources les plus utilis Sources les plus utilisé ées es Emission Emission Gamme spectrale Gamme spectrale : 250 : 250- -2500 nm, soit 40000 2500 nm, soit 40000- -4000 4000 cm cm- -1 1 - - Lampes en Lampes en quartz quartz- -tungst tungstè ène ne- -halog halogè ène ne (QTH) (QTH) * Verre de silice (quartz) qui constitue l'enveloppe de l'ampoule supporte les hautes températures. * Ampoule en quartz contenant un filament en tungstène et un halogène (iode par ex.) * L’halogène se combine avec la vapeur de tungstène et empêche son dépôt sur l'ampoule en quartz. * Régénération du filament optimum lorsque la lampe fonctionne à pleine puissance - - Lampe Lampe à à vapeur de mercure vapeur de mercure * Source classique * Source classique Sources les plus utilis Sources les plus utilisé ées es Lointain infrarouge : Lointain infrarouge : * Dispositif constitué uploads/Industriel/ cours-ir-m2-sciences-analytiques-lecture-seule-pdf.pdf