SpectroscopieSpectroscopie Infra-RougeInfra-Rouge

Pr. Franck DENATICMUB UMR 52609, Av. Alain Savary BP 47870 21078 DijonFranck.Denat@u-bourgogne.fr

Spectroscopie infra-rouge

proche IR IR moyen IR lointain

nombre dʼonde ν 14000 4000 400 200 cm-1

Transitions entre états vibrationnels de la molécule

I. Théorie

I.1. Modèle de l’oscillateur harmonique

Loi de Hooke :

!

" =12#

kµ

avec : k constante de force de la liaison

µ masse réduite

!

µ =m1m2

m1 + m2

I.2. Effet de la masse des atomes sur la fréquence de vibration

C-H C-C C-O C-Cl C-Br

3000 1200 1100 800 550 cm-1

masse atomique

fréquence

km1 m2

I.3. Effet de la force de la liaison sur la fréquence de vibration

fréquence

force de liaison

C C C C C C

2150 1650 1200 cm-1

fréquence

force de liaison

C H C H C H

3300 3100 2900 cm-1

I.4. Effet de la polarisation de la liaison sur l’intensité de la bande d’absorption

Nécessité dʼun moment dipolaire pour quʼil y ait absorption : Molécules symétriques O2, N2, Cl2,… transparentes dans lʼIR Liaisons faiblement polarisées : bandes peu intenses

Liaisons fortement polarisées : bandes intenses

C C C C C C

C N C O C H

I.5. Les différents modes vibrationnels

X YElongation (stretching) ν

élongation symétrique et asymétriqueex : CH2

Déformation angulaire (bending) δ

Les élongations requièrent en général plus dʼénergie que les déformations (ν )

II. Le spectre infrarouge

III. Intérêts de la spectroscopie Infrarouge

- Information sur la présence de groupements fonctionnelsEx:

OH

1) BH3

2) H2O2/NaOH

http://www.aist.go.jp/RIODB/SDBS/menu-e.html

- Comparaison de spectres (/ spectrothèques)- Analyse quantitative (loi de Beer-Lambert)

IV. Appareillage IV.1. Spectromètres à double faisceaux (balayage)

Filament incandescent

Miroir mobile

Miroir fixe

Séparatrice

Détecteur

S

D

Transformée

de Fourier

ν0=1/λ

λ 2λ 3λ

λ/2 3λ/2 5λ/2

Echantillon

IV.2. Spectromètre à transformée de Fourier (FT-IR)

Détail de lʼinterféromètre de Michelson

Cas dʼune lumière monochromatique

source polychromatique interférogramme

background

T = I / Io

Toutes les λ sont traitées simultanément : - rapidité- meilleur rapport signal/bruit

V. Préparation et examen des échantillons

V.1. Par transmission

- échantillons liquides:

Pur : film entre 2 lames NaCl

En solution dans un solvant transparent dans la zone dʼintérêt Cellules (l = 0,1 mm à 1 cm) : études quantitatives

- échantillons solides:

En solutionEn suspension dans le nujol film entre 2 lames NaClSous forme de pastille (dilution dans KBr ≈ 1mg / 300 mg pour M ≈ 200 g/mol)

- échantillons gazeux : cellules à gaz

V.2. Par réflexion (solides)

- réflexion totale atténuée (ATR) : réflexions multiples ou unique

Matériau transparent dans lʼIRindice de réfraction n élevé :Ge, KRS-5, diamant,…

- réflexion diffuse (DRIFT)