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LA SPECTROSCOPIE
INFRAROUGE
Département de Physique
Master International :
PhysiqueAppliquéeet IngénieriePhysique
Préparé par :
Abdelhai Rahmani
Encadré par :
1. Définition de la spectroscopie infrarouge
2. types de spectromètres
2.1 Spectromètres dispersifs
2.1.1 Fonctionnement du dispersifs
2.1.2 Inconvénients des spectromètres dispersifs
2.2 Spectromètres à transformée de Fourier (FT-IR) (non dispersifs)
2.2.1 Fonctionnement du spectromètre FT-IR
2.2.2 Avantages de la spectroscopie FT-IR
3. interprétation des spectres
4. Application industriel de la spectroscopie infrarouge
La spectrométrie infrarouge est l’un des outils les plus utilisés
pour la caractérisation et l’identification des molécules organiques.
La spectrométrie IR est une méthode de caractérisation
rapide et sensible de la plupart des molécules existantes.
Son utilisation est simple et le coût de son instrumentation en fait
un outil accessible à la plupart des laboratoires.
1.Définition de la spectroscopie infrarouge
La spectrométrie infrarouge est la mesure de la diminution de
l’intensité du rayonnement qui traverse un échantillon en
fonction de la longueur d’onde.
Le rayonnement infrarouge dispense suffisamment d’énergie
pour stimuler les vibrations moléculaires à des niveaux
d’énergie supérieurs.
La spectrométrie infrarouge s'utilise principalement pour
l'analyse qualitative d'une molécule en mettant en évidence la
présence de liaisons entre les atomes (fonctions et
groupements).
La majorité des applications se situe entre 2,5 et 15 μm soit
en nombre d'ondes de 4000 cm-1 à 670 cm-1 (IR moyen)
2. TYPES DE SPECRTOMETRES
2 grands types d’appareils
Différences : essentiellement dans le système de sélecteurs de
longueurs d’onde
1- Spectromètres dispersifs
2 - Spectromètres à transformée
deFourier (FT-IR) (non dispersifs)
2.1- Spectromètres dispersifs
Séparation des fréquences de l’énergie émise à partir de la source à l’aide d’un
système dispersif
Principe basé sur la réfraction de la lumière
Bloc de silice sur lequel on a gravé des traits Métalliques
en surface Eléments dispersifs plus efficaces
2.2.Inconvénients des spectromètres dispersifs
 Chaque fréquence mesurée individuellement
Enregistrement d’un échantillon dure de 10 à 15 mn
 Relative insensibilité
 Complexité mécanique :Existence de certaines parties
mobiles toutes sujettes à des problèmes de casse mécanique
3 . Spectromètres à transformée de Fourier (FT-IR) (non dispersifs)
 Difficulté principale à résoudre : lenteur de l’acquisition des
spectromètres dispersifs
 ce dispositif mesurant toutes les fréquences simultanément
dispositif est l’interféromètre
3.1 . Fonctionnement du spectromètre FT-IR
5 parties essentielles
 Une source lumineuse
 Un dispositif permettant de générer les interférences :
l’interféromètre
 Un compartiment échantillon
 Un détecteur ou capteur photosensible
 Un système de traitement du signal
 Selon le domaine de l’IR :
Globar, Filament de Nichrome, Lampe à vapeur de
mercure, Synchrotron…
Permet d’accueillir plusieurs types
portes-échantillon : selon mode de mesures utilisé
réflexion
transmission
Source lumineuse
Compartiment échantillon
 Rôle : mesure des longueurs d’onde par production
d'interférences
L’interféromètre
un miroir fixe
un miroir mobile
lame séparatrice
semi-transparente
Faisceau réfléchi vers un miroir fixe
Faisceau transmis vers un miroir mobile
Faisceaux se recombinent sur la séparatrice
Signal sortant de l’interféromètre :
interférogramme = interférences des 2 faisceaux
 Lorsque x = 0, le retard δ =0, les deux faisceaux
Par courent des distances égales avant d'atteindre
le détecteur : il y a interférence constructive
 Lorsque x = λ/4, 3λ/4, 5λ/4…(impair
du quart de λ), le retard δ = λ/2, 3λ/2..,
il y a interférence destructive
Détecteur
 Courant utilisée pour la mesure
de la puissance incidente (IR)
 Promotion d’électrons du
semi-conducteur dans la
bande de conduction
Absorption du rayonnement
générant une ddp
Transforme le signal analogique en un
signal numérique manipulable par le
système informatique
Système de traitement du signal
système informatique
 Rapidité :
Mesure simultanée de toutes les fréquences dure quelques secondes
dispersif, sera collecté en 1 seconde au même rapport signal/bruit.
 Haute résolution spectrale
 Simplicité mécanique : la seule partie mobile de l’instrument est le
miroir mobile
3.2 - Avantages de la spectroscopie FT-IR
Signal du détecteur : interférogramme :
Intensité en fonction du déplacement du miroir I=f(δ); δ=2x
Transformé en signal électrique dans le
détecteur
Ne peut être interprété directement
Traitement mathématique par une transformée de Fourier
Fourier Transform (FT) inverse de l’interférogramme
4 étapes Enregistrement d’un interférogramme
d’un interférogramme simple-faisceau de référence sur le
support porte-échantillon (A)
Enregistrement d’un interférogramme simple-
faisceau de l’échantillon (B)
Transformation de Fourier inverse des interférogrammes et
opérations post- Fourier (C)
Calcul du spectre d’absorbance
(ou de transmittance) à partir des spectres
simple faisceau (D, E)
3. interprétation des spectres
TABLEAU DES ABSORPTIONS CARACTÉRISTIQUES
DES GROUPES FONCTIONNELS
4.Application industriel de la spectroscopie infrarouge
pour une utilisation en laboratoire de chimie
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à l'analyse de pierres précieuse
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  • 1. LA SPECTROSCOPIE INFRAROUGE Département de Physique Master International : PhysiqueAppliquéeet IngénieriePhysique Préparé par : Abdelhai Rahmani Encadré par :
  • 2. 1. Définition de la spectroscopie infrarouge 2. types de spectromètres 2.1 Spectromètres dispersifs 2.1.1 Fonctionnement du dispersifs 2.1.2 Inconvénients des spectromètres dispersifs 2.2 Spectromètres à transformée de Fourier (FT-IR) (non dispersifs) 2.2.1 Fonctionnement du spectromètre FT-IR 2.2.2 Avantages de la spectroscopie FT-IR 3. interprétation des spectres 4. Application industriel de la spectroscopie infrarouge
  • 3. La spectrométrie infrarouge est l’un des outils les plus utilisés pour la caractérisation et l’identification des molécules organiques. La spectrométrie IR est une méthode de caractérisation rapide et sensible de la plupart des molécules existantes. Son utilisation est simple et le coût de son instrumentation en fait un outil accessible à la plupart des laboratoires. 1.Définition de la spectroscopie infrarouge
  • 4. La spectrométrie infrarouge est la mesure de la diminution de l’intensité du rayonnement qui traverse un échantillon en fonction de la longueur d’onde. Le rayonnement infrarouge dispense suffisamment d’énergie pour stimuler les vibrations moléculaires à des niveaux d’énergie supérieurs. La spectrométrie infrarouge s'utilise principalement pour l'analyse qualitative d'une molécule en mettant en évidence la présence de liaisons entre les atomes (fonctions et groupements). La majorité des applications se situe entre 2,5 et 15 μm soit en nombre d'ondes de 4000 cm-1 à 670 cm-1 (IR moyen)
  • 5. 2. TYPES DE SPECRTOMETRES 2 grands types d’appareils Différences : essentiellement dans le système de sélecteurs de longueurs d’onde 1- Spectromètres dispersifs 2 - Spectromètres à transformée deFourier (FT-IR) (non dispersifs)
  • 6. 2.1- Spectromètres dispersifs Séparation des fréquences de l’énergie émise à partir de la source à l’aide d’un système dispersif
  • 7. Principe basé sur la réfraction de la lumière Bloc de silice sur lequel on a gravé des traits Métalliques en surface Eléments dispersifs plus efficaces
  • 8.
  • 9.
  • 10.
  • 11.
  • 12.
  • 13.
  • 14.
  • 15.
  • 16.
  • 17. 2.2.Inconvénients des spectromètres dispersifs  Chaque fréquence mesurée individuellement Enregistrement d’un échantillon dure de 10 à 15 mn  Relative insensibilité  Complexité mécanique :Existence de certaines parties mobiles toutes sujettes à des problèmes de casse mécanique
  • 18. 3 . Spectromètres à transformée de Fourier (FT-IR) (non dispersifs)  Difficulté principale à résoudre : lenteur de l’acquisition des spectromètres dispersifs  ce dispositif mesurant toutes les fréquences simultanément dispositif est l’interféromètre
  • 19. 3.1 . Fonctionnement du spectromètre FT-IR 5 parties essentielles  Une source lumineuse  Un dispositif permettant de générer les interférences : l’interféromètre  Un compartiment échantillon  Un détecteur ou capteur photosensible  Un système de traitement du signal
  • 20.  Selon le domaine de l’IR : Globar, Filament de Nichrome, Lampe à vapeur de mercure, Synchrotron… Permet d’accueillir plusieurs types portes-échantillon : selon mode de mesures utilisé réflexion transmission Source lumineuse Compartiment échantillon
  • 21.  Rôle : mesure des longueurs d’onde par production d'interférences L’interféromètre un miroir fixe un miroir mobile lame séparatrice semi-transparente Faisceau réfléchi vers un miroir fixe Faisceau transmis vers un miroir mobile
  • 22. Faisceaux se recombinent sur la séparatrice Signal sortant de l’interféromètre : interférogramme = interférences des 2 faisceaux
  • 23.  Lorsque x = 0, le retard δ =0, les deux faisceaux Par courent des distances égales avant d'atteindre le détecteur : il y a interférence constructive  Lorsque x = λ/4, 3λ/4, 5λ/4…(impair du quart de λ), le retard δ = λ/2, 3λ/2.., il y a interférence destructive
  • 24. Détecteur  Courant utilisée pour la mesure de la puissance incidente (IR)  Promotion d’électrons du semi-conducteur dans la bande de conduction Absorption du rayonnement générant une ddp
  • 25. Transforme le signal analogique en un signal numérique manipulable par le système informatique Système de traitement du signal système informatique
  • 26.  Rapidité : Mesure simultanée de toutes les fréquences dure quelques secondes dispersif, sera collecté en 1 seconde au même rapport signal/bruit.  Haute résolution spectrale  Simplicité mécanique : la seule partie mobile de l’instrument est le miroir mobile 3.2 - Avantages de la spectroscopie FT-IR
  • 27.
  • 28. Signal du détecteur : interférogramme : Intensité en fonction du déplacement du miroir I=f(δ); δ=2x Transformé en signal électrique dans le détecteur Ne peut être interprété directement Traitement mathématique par une transformée de Fourier Fourier Transform (FT) inverse de l’interférogramme
  • 29. 4 étapes Enregistrement d’un interférogramme d’un interférogramme simple-faisceau de référence sur le support porte-échantillon (A) Enregistrement d’un interférogramme simple- faisceau de l’échantillon (B) Transformation de Fourier inverse des interférogrammes et opérations post- Fourier (C) Calcul du spectre d’absorbance (ou de transmittance) à partir des spectres simple faisceau (D, E)
  • 31.
  • 32. TABLEAU DES ABSORPTIONS CARACTÉRISTIQUES DES GROUPES FONCTIONNELS
  • 33. 4.Application industriel de la spectroscopie infrarouge pour une utilisation en laboratoire de chimie analytique à l'analyse de pierres précieuse pour l'analyse de vin avec passeur automatique d'échantillons