Spectroscopie Infra-Rouge

Spectroscopie
Infra-Rouge
Pr. Franck DENAT
ICMUB UMR 5260
9, Av. Alain Savary
BP 47870 21078 Dijon
[email protected]
Spectroscopie infra-rouge
proche IR
14000
IR moyen
4000
400
IR lointain
200 cm-1
nombre dʼonde ν
 Transitions entre états vibrationnels de la molécule
I. Théorie
I.1. Modèle de l’oscillateur harmonique
k
m1
Loi de Hooke :
1
"=
2#
k
µ
m2
avec : k constante de force de la liaison
µ masse réduite
m1m2
µ=
m1 + m2
I.2. Effet de la masse des atomes sur la fréquence de vibration
masse atomique 
C-H
C-C
C-O
3000
1200
1100
!
fréquence 
!
C-Cl
C-Br
800
550 cm-1
I.3. Effet de la force de la liaison sur la fréquence de vibration
force de liaison 
C
C
2150
C
C
1650
C
C
1200 cm-1
fréquence 
force de liaison 
C
H
3300
C
H
3100
fréquence 
C
H
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
C
C
C
C
C
C
O
C
H
 Liaisons fortement polarisées : bandes intenses
C
N
I.5. Les différents modes vibrationnels
Elongation (stretching) ν
X
Y
élongation symétrique et asymétrique
ex : CH2
C
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 fonctionnels
Ex:
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)
OH
IV. Appareillage
IV.1. Spectromètres à double faisceaux (balayage)
Filament incandescent
IV.2. Spectromètre à transformée de Fourier (FT-IR)
Détail de lʼinterféromètre de Michelson
Miroir fixe
Miroir mobile
S
Séparatrice
Echantillon
D
Détecteur
λ/2
3λ/2
5λ/2
Transformée
de Fourier
λ
2λ
3λ
ν0=1/λ
Cas dʼune lumière monochromatique
source polychromatique  interférogramme
T = I / Io
background
 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 solution
En suspension dans le nujol  film entre 2 lames NaCl
Sous 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 lʼIR
indice de réfraction n élevé :
Ge, KRS-5, diamant,…
- réflexion diffuse (DRIFT)