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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)
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