Les spectromètres infrarouges à transformée de Fourier

Le 01/12/2015 à 13:30  

Q u'ils soient d'origine naturelle ou produits par synthèse, les composés organiques, à savoir des molécules composées d'au moins deux éléments chimiques dont l'un est le carbone, sont à la base d'une quasi-infinité de produits que tout un chacun utilise ou consomme tous les jours. On comprend aisément qu'être capable de caractériser, d'identifier, de vérifier la composition et la qualité de tous ces produits est indispensable, voire essentiel pour les industriels de la chimie, des polymères, de la pharmaceutique, de l'agroalimentaire, des matériaux. Et même au-delà, pour les laboratoires de recherche et l'enseignement. Il existe un large éventail de techniques analytiques disponibles pour tous ces utilisateurs. Parmi celles mises en œuvre en laboratoire, la spectroscopie infrarouge, et plus particulièrement la spectrométrie infrarouge à transformée de Fourier (IR-TF ou FTIR pour Fourier Transform Infrared ), occupe une place de choix. Avant de s'immerger dans cette spectroscopie infrarouge, il est utile de rap-peler quelques fondamentaux.Première particularité, lorsque l'on parle de gamme spectrale, on fait plus souvent référence au nombre d'ondes d'un rayonnement qu'à sa fréquence ou sa longueur d'onde. « Le nombre d'ondes , qui représente le nombre d'oscillations de l'onde par unité de longueur, est défini de la manière suivante : =1/ ,avec qui est la longueur d'onde dans le vide exprimée en cm.Une gamme spectrale de 400 à 4 000 cm -1 pour un spectromètre FTIR correspond ainsi à

On distingue les spectromètres FTIR de laboratoire (très) haut de gamme destinés aux applications de R&D, voire de recherche académique, des appareils conçus pour les opérations d'analyse de routine. Il s'agit d'analyses réalisées au sein des laboratoires de contrôle qualité industriels ou des organismes de règlementation et de détection des fraudes.

une gamme de 2 500 à 25 000 nm en longueur d'onde.C'est aussi une manière de simplifier l'écriture des fréquences », explique Fabien Daurangeon, spécialiste produits Spectroscopie UV/Visible, NIR/FTIR, SAA et ICP chez Shimadzu France. Si l'on applique cette écriture à la région infrarouge du spectre électromagnétique (de 780 nm à 1 000 µm), on obtient les valeurs suivantes: 12 800 à 4000 cm -1 pour le proche infrarouge ( Near Infrared ou NIR), 4000 à 200cm -1 pour l'infrarouge moyen ( Middle Infrared ou MIR) et 200 à 10cm -1 pour l'infrarouge lointain.

Si les applications de la spectroscopie infrarouge sont très étendues (identification de composés organiques, analyses qualitatives et quantitatives, etc.), c'est que le spectre d'un composé organique représente l'une de ses propriétés physiques caractéristiques et que deux substances ne possèdent donc jamais de spectres identiques, exceptés les isomères optiques. Petit paragraphe théorique: l'absorption infrarouge est confinée principalement à des transitions moléculaires de type vibrationnel et rotationnel. Pour qu'une molécule puisse absorber un rayonnement infrarouge, elle doit subir une modification de son moment dipolaire, lors d'un mouvement vibrationnel ou rotationnel. Ce n'est que sous cette condition que le champ alternatif du rayonnement interagira avec la molécule et provoquera un changement d'amplitude du mouvement considéré.« Les molécules diatomiques homopolaires, telles que l'O2 ,le H 2 ,leN 2 ,leCl 2 ,nesubissent pas de variation de moment dipolaire lors de leur vibration ou de leur rotation. Elles ne peuvent donc pas absorber dans l'infrarouge. Cette non-absorption dans le spectre infrarouge est également le cas pour les métaux, mais cette fois en raison de l'absence de liaisons carbone », précise Patrick Bernard-Moulin, chef de produits Proche infrarouge chez Thermo Scientific France.

Parmi les techniques mises en œuvre en laboratoire, la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier occupe une place de choix. Elle est en effet utilisée dans les secteurs de la chimie (chimie des polymères, recherche de contaminants, étude de polymères, analyse de films multicouches et d'emballage), de la pharmaceutique (identification de matières premières), des matériaux (étude de nouveaux matériaux), etc.

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