Utilisations de la spectroscopie infrarouge

L’absorption du rayonnement infrarouge entraîne des changements dans les vibrations moléculaires.En étudiant la spectroscopie infrarouge, nous examinons les façons dont les liaisons dans les molécules vibrent (voir la vidéo dans la section précédente).

La taille des atomes, la longueur et la force des liaisons varient en molécules et la fréquence à laquelle une liaison particulière absorbe le rayonnement infrarouge sera donc différente sur une gamme de liaisons et de modes de vibration. La mesure de l’absorption du rayonnement infrarouge par un matériau fournit des informations très utiles sur la structure.

Comme il n’y a pas deux composés organiques ayant le même spectre IR, un composé peut être identifié avec certitude en comparant son spectre avec celui d’un composé pur connu. S’ils sont identiques, ils sont identiques.

Le spectre électromagnétique couvre une très large gamme de longueurs d’onde, et différentes unités sont donc utilisées dans différentes régions.

Pour les longueurs d’onde très courtes, les nanomètres (1 nm = 10-9 m) sont préférés.

Dans la région infrarouge, les longueurs d’onde peuvent être exprimées en microns (μ).Les nombres d’ondes sont le nombre d’ondes par cm et sont souvent appelés centimètres réciproques (cm-1):

Dans un spectre typique, une absorption C-H se produit à 3000 cm-1 tandis qu’une absorption C = O se produit à 1740 cm-1 à un nombre d’ondes inférieur, à une fréquence plus élevée et à une énergie plus élevée que la vibration d’étirement C-H.

NB:Les chimistes organiques désignent vaguement les nombres d’ondes comme « fréquence” et ainsi, dans les livres et autres sources, vous pouvez voir des spectres étiquetés comme « fréquence (cm-1)”.

Largement utilisée dans la recherche et l’industrie, la spectroscopie infrarouge est une technique simple et fiable utilisée pour une variété de mesures et dans le contrôle de la qualité. Il est particulièrement utile en médecine légale à la fois dans les affaires pénales et civiles. Les spectromètres sont maintenant petits et peuvent être facilement transportés, même pour une utilisation dans des essais sur le terrain. Avec les progrès croissants des nouvelles technologies, les échantillons en solution peuvent désormais être mesurés avec précision (l’eau produit une large absorbance dans toute la gamme d’intérêt, et rend ainsi les spectres illisibles sans cette nouvelle technologie).

Certains instruments vous indiqueront également automatiquement ce qu’est une substance en la référençant à un magasin de milliers de spectres stockés.
En mesurant à une fréquence spécifique au fil du temps, les changements dans le caractère ou la quantité d’une liaison particulière peuvent être mesurés. Ceci est particulièrement utile pour mesurer le degré de polymérisation dans la fabrication du polymère ou pour identifier la dégradation du polymère par example.
L’évolution de la formation d’une résine époxy durcie par un agent de réticulation amine peut être surveillée en observant l’apparition d’un groupe hydroxy dans le spectre d’un échantillon polymérisant (ou par la disparition d’un groupe époxy).

Les instruments de recherche modernes peuvent effectuer des mesures infrarouges dans toute la gamme d’intérêt jusqu’à 32 fois par seconde. Cela peut être fait pendant que des mesures simultanées sont effectuées en utilisant d’autres techniques. Cela rend les observations des réactions et des processus chimiques plus rapides et plus précises. La spectroscopie infrarouge a connu un grand succès pour des applications en chimie organique et inorganique.

Un second type de spectromètre IR est un spectromètre dispersif. Le miroir rotatif, M réfléchit temporairement le faisceau de référence vers l’optique de la machine tout en bloquant le faisceau d’échantillon. Le faisceau de référence et le faisceau d’échantillon sont alternativement bloqués et réfléchis. Le réseau de diffraction disperse l’IR dans un spectre de longueurs d’onde ; cette série est réfléchie vers le détecteur. Le thermocouple convertit les différentes longueurs d’onde de l’IR qui lui parviennent en un signal qui est représenté sous la forme d’un spectre. La différence entre les signaux de référence et d’échantillon montre quelles parties du spectre ont été absorbées par l’échantillon.

Un autre type de spectromètre IR est un spectromètre à transformée de Fourier (FT). Dans le spectromètre FT, un interféromètre est utilisé à la place d’un réseau de diffraction. Toutes les fréquences (ou longueurs d’onde, ν~1/λ) atteignent le détecteur en même temps. Le spectre est obtenu par un calcul mathématique (transformée de Fourier). Le spectromètre FT est plus réactif, précis et précis qu’un spectromètre dispersif.