Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

SPECTROMETRIE RAMAN I.INTRODUCTION : Plusieurs phénomènes résultent de l'intera

SPECTROMETRIE RAMAN I.INTRODUCTION : Plusieurs phénomènes résultent de l'interaction de la matière avec le rayonnement électromagnétique : Absorption du rayonnement incident ,/ Transmission ,/ Réflection ,/ Diffusion La diffusion du rayonnement électromagnétique a été découverte en 1928 par Raman lauréat du prix Nobel de chimie en 1930. Ce phénomène de diffusion est à l'origine du développement d'une technique analytique inscrite à la Pharmacopée Européenne à savoir la « Spectrométrie Raman » qui fait l'objet d'une monographie générale. II. DIF'F'USION ET SPECTROMETRIE RAMAN : 1. Principe : Une fraction du rayonnement incident est : '/ Soit diffusée à la même fréquence que celle du rayonnement incident vo, il s'agit de la diffusion lumineuse élastique appelée: Diffusion Rayleigh. '/ Soit diffusée à une fréquence v différente de celle du rayonnement incident, il s'agira de la diffusion lumineuse inéIastique, appelée: Diffusion Raman. Dans le cas de la diffusion Raman: ,/ Si v > vo : Processus anti-Stokes. ,/ Si v < vo : Processus Stokes. Remarque: I photon sar lff est concerné par la diffusion Raman, d'où la nécessité d'utiliser des sources de très grande intensité. Fractitur clillirsée elir I'nvnluleurent üillirsiun,iln*titlue lllrrns fi'Équerrce \, : 1'ü llilfqlrir:rr l{.rt.r trr igh Dilhrsi,-rn inélasticpr* Cltattseurerrt c{e frÉqu ence \' .: \'û Ilifirrsirn l{ilurirs Proc*sxus ürili*§toks§ 1' ) \Jü .-h' csl, tlc l'trrtk"c cTc sründenr d*s ll'Étpr*rrrr,s de r.ihrntinn et d* r'of :lt ion ltttrlecu I ;r i I pltot*rr,i 1û û{)ü I phutou I IÛ§ Fisure 0l : Diffusion du ravonnement électromaenétisue 1. LDiagramme énergétique : La diffusion est due au passage des électrons à un niveau énergétique virtuel, qui n'est ni électronique, ni vibrationnel, ni rotationnel. La relaxation peut se faire soit : ,/ Vers le niveau énergétique initial: Diffusion Rayleigh. '/ Vers un niveau énergétique plus bas que le niveau énergétique initial: Diffusion Raman anti- Stokes. '/ Ou vers un niveau énergétique plus élevé que le niveau énergétique initial: Diffusion Raman Stokes. Remarquei Les vuriations énergétiques sont de l'ordre de grandeur des énergies vibratiortnelles (ou même rotationnelles), De ce fait, la spectrométrie Raman est une technique spectrométrique vibrationnelle, clas s é e conv entionnellement comme une spectrométrie Infraro uge. i 1., oir,*ou i I clectronique ; [ .. lxcité E1 i {-- (}--- Diffusion Roman Stokes I=hy-ÂE Niveau électronique fondamentatrEg 3 v I Fisure 02 : Diagramme énersétique l.2.Spectre de diffusion : Sur le spectre de diffusion, on distingue trois parties: ,/ v = v0: Un maximum d'intensité correspondant au spectre Rayteigh. '/ v > v0i Un ou plusieurs maxima (s) d'intensité correspondant (s) au spectre Raman anti-Stokes. '/ v < v0! Un ou plusieurs maxima (s) d'intensité correspondant (s) au spectre Raman Stokes. Le processus anti-Stokes ne concerne que les électrons à l'état excité qui est une population moins importante que celle des électrons à l'état fondamental. Ceci est à l'origine de l'amplification des intensités Raman Stokes comparées aux intensités Raman anti-Stokes. En analyse, on n'emegistre que le spectre Raman Stokes avec changement de l'échelle des fréquences où le « 0 » de la nouvelle éohelle correspond à la fréquence du rayonnement incident. Le décalage des fréquences Àv est caractéristique des analyes et permet une analyse qualitative. Peu importe la fréquence du rayonnement incident, on obtient toujours le même spectre Raman. Il est donc important d'utiliser une source de lumière monochromatique pour éviter la superposition de plusieurs spectres Raman. 4 3 2 I 0 \ê) u) q) 20092' Fréquencesv .70 -4oo Av ) Fisure 03 : Spectre de diffusion Une vibration active en spectrométrie infrarouge s'accompagne d'un changement du moment dipolaire la molécule et une vibration active en spectrométrie Raman s'accompagne d'un changement polarisabilité. (Lapolarisabilité est due à une déformation du nuage électronique autour d'une liaison). Certaines vibrations actives uniquement en infrarouge et d'autres uniquement actives en Raman, il s'agit de la règle d'exclusion mutuelle. D'autres vibrâtions seront actives pour les deux techniques ou pour ni l'une ni l'autre. de de Niveau électronique fondannental E6 4 ++- _"rrr !-f --'-ù {- -----___* Exemple 0l : molécules homonucléaires §2, Clz, Hz ...) Fisure 04 :Vibration d'élonsation des molécules homonucléaires Pour les molécules homonucléaires, le mode de vibration est une vibration d'élongation, induisant uniquement un changement de polarisabilité. C'est donc une vibration active en spectrométrie Raman et inactive en spectrométrie infrarouge. Exemple 02 : Molécules triatomiques linéaires (COr. f i hr:rrtiqn d' Él*il$rrtion irnti .!i],nrétl:iq ue *rtq:,...W..æ* .§ * ,'âr,rffi ; *-- +_ -*|. -----* Fas eie cltangetnent de la polarisabilire et urodification du tnornenr dipolaire \:i brirfian (lt tlÉfarmnti*n Pas cle chattgelrteut de lir polarisabilitê et rrroelitication du ruornent clipolaire Fieure 05 : Rèeles de sélec:tion oour les molécules triatamiques,linéaires Dans cette exemple, on note que les modes de vibration actifs en spectrométrie Raman sont inactifs en spectrométrie infrarouge et inversement. Il s'agit de l'exemple type de la règle d'exclusion mutuelle. 3. Spectre Raman : Une vibration active en spectrométrie Raman se traduit sur le spectre par une bande de grande intensité correspondant aux fréquences caractéristiques de la vibration en question. Fi{ure 05 : spectre infrarouge et snectre Raman du 2,s dichloroacétophénone 4. Différents effets Raman : On distingue les effets suivants : 4.1. Effet Raman classique : L'état virtuel correspond à une énergie intermédiaire entre celles de l'état fondamental et le premier état électronique excité. 4.2. Effet Raman prérésonance : L'étatvirtuel correspond à une énergie voisine de l'énergie du premier état électronique excité avec Ev ( Er. 4.3. Effet Raman de résonance: L'étatvirtuel correspond à une énergie voisine de l'énergie du premier état électronique excité avec Eu > Er. FrÉquences élongrtloa JT 1i ii Transmission .1 élan§âtiorl ;r ,. r. IntensitÉ FrÉquences 6 *****-T*" §eà §et ;t. ri léts,ngatlon i " lo"t"u ' : I .rr élonoolion L. tlil I ! :!t-\, I j .il. § ,.i-, I I :- .*,-.."-.. ..-i I, l<i; l t-"' | 6tongËion I i § § * I Jl*rt*: ,§ I r*',. I li I -« ,ll tli q *_ trl ,i§ 1 Â !àfl l,tfr t- \*r xt*/-"u." 1rvl & rt t -tw iês* aC,,r, : ..,.....:,:l..T ::.''r -L,IaI elecïfot]lQue t,r :ry- _ ff État électronique E1 - - : -**** w I t I 4l lr iti État'ir1*e1E,, -î-r- i i i i êl ll ll {l il l*L_ Étatfondamenraltr^ æ æ re oo@ Q eff.t Raman classique ffi eftet Rarnan prérêsonance S Efet Raman de rÉsana:rce Fisure 06 : Les diffiérents effets Raman III. APPAREILLAGE : Il existe des spectromètres Raman de paillasse ou portatif qui sont tous constitués de : ,/ Une source de rayonnement ,/ Des filtres ,/ Un système de collection du rayonnement diffusé ./ Un système de séparation des longueurs d'onde collectées ,/ Un détecteur et d'acquisition Spectromètre Raman portable Fieure 07 : Soectromètfes Raman 1. Sources de rayonnement : Ce sont des sources laser fournissant un rayonnement monochromatique de grande intensité émis dans l'ultraviolet, le visible ou le proche infrarouge. Dans le commerce, les lasers les plus communs émettent aux longueurs d'onde suivantes: r 532 nm r 785 nm i1064 nm 2. Système de cqllection : collecte la lumière diffi.rsée, c'est soit un microscope soit une fibre optique. 3. Séparation des longueurs d'onde: I1 existe deux systèmes pour la séparation des longueurs d'onde ,/ Sltstème dispersif : Prisme ou réseaux. '/ Interféromètre: Pour la Spectrométrie Raman à Transformée de Fourier. 4. Détecteurs: Selon le système de séparation des longueurs d'onde : '/ Détecteur ccD (charged coupled Device) pour les systèmes dispersifs. ,/ Détecteurs InGaAs pour le spectrométrie Raman-TF. VI. PROPRIETES ET LIMITATIONS DE LA SPECTROMETRIE RAMAN : 1. Propriétés de la spectrométrie Raman : - Ne nécessite pas de préparation de l'échantillon. - Utilisable pour tout les types d'échantillons: solide, liquide ou gazeux. - Analyse non destructive et facile à mettre en æuvre. - L'eau peut être utilisée comme solvant et les cellules en verre sont utilisables. - Se prête bien aux mesures in-situ. - Exaltation possible du signal par la Résonance Raman. 2. Lin,ritations de Ia spectrométrie Raman : - La diffusion Raman peut être totalement occultée par la fluorescence. - L'épaisseur de l'échantillon doit être supérieure à 100 pm. - Sensibilité moins bonne que la SIR pour certains échantillons. - Bibliothèque de spectres incomplète. V. APPLICATIONS DE LA SPECTBOMETRIE RAMAN : 1. Analyse qualitative : - Détermination de la structure chimique: La spectrométrie Raman combinée aux autres techniques spectrométriques donne une signature complète de la conformation moléculaire. - Détermination de la configuration « cis-trans » pour les polymères. - Etude de la conformation (arrangement planaire...) - Détermination de la cristallinité. - Etude de forces intra et intermoléculaires (liaisons hydrogène). - Étude de l'orientation des molécules (polarisation). 2. Analvse quantitative : L'analyse quantitative est possible grâce à l'outil chimiométrique (traitement mathématique des données). 3. Domaines d'application : 3. l . lndustrie pharmaceutique: '/ Identification des matières premières à la réception avec possibilité d'analyse direct des substances au travers leur conditionnement. '/ L'imagerie Raman permet de caractériser la répartition des principes actifs et des excipients dans un produit fini (carte d'identité du médicament) d'où la possibilité de discriminer uploads/Litterature/ 06-spectroscopie-raman.pdf