Physics">
Spectroscopie IR
Spectroscopie IR
Spectroscopie IR
I - INTRODUCTION
Les mouvements des atomes d’une molécule peuvent être classes en trois catégories:
- les translations
- les rotations
- les vibrations
La spectroscopie infrarouge (IR) étudié les vibrations des molécules lorsqu’elles sont irradiées par une
onde électromagnétique de fréquence comprise dans le domaine de l’infrarouge : environ 0,8 et 1000 μm.
Cette zone spectrale est divisée en :
- Proche-IR 0,8-2,5 m 13300-4000 cm-1
- IR moyen 2,5-25 m 4000-400 cm-1
- IR-lointain 25-1000 m 400-10 cm-1
La gamme de nombres d’onde généralement utilisée est 4000 cm-1 a 400 cm-1 (Soit des longueurs d’onde
de 2,5 μm a 25 μm).
La spectroscopie infrarouge est l’un des outils spectroscopiques les plus utilises pour la caractérisation
des molécules.
II - PRINCIPE
Les principes a la base de la spectroscopie IR sont très proches de ceux qui régissent la spectroscopie UV-
visible. La différence provient des niveaux d’énergies sollicites par cette technique : il s’agit des énergies de
vibration moléculaire.
Lors du changement de niveau vibrationnel, une onde électromagnétique ne peut être absorbée (ou émise)
que si on a simultanément une variation du moment dipolaire permanent.
III - VIBRATIONS MOLECULAIRES
- Molécule diatomique
On peut comparer la vibration de deux atomes lies par une liaison chimique a celle de deux boules de
masses mA et mB reliées par un ressort de raideur k.
ν : fréquence de la vibration
μ : masse réduite
k : constante de force de la liaison
mA et mB: masses des atomes A et B respectivement
Cette fréquence dépend de k et de μ
-2-
Analyse instrumentale : Licence toxicologie Méthodes spectrales Enseignante : MELLAHI L.
Techniques préparatives et analytiques en biochimie : Licence biochimie
Méthodes d’analyse appliquées à l’environnement : Master 2 protection des écosystème
- Modes de vibration
Pour une molécule diatomique A-B, le seul mouvement de vibration possible est la variation de la
distance interatomique.
-3-
Analyse instrumentale : Licence toxicologie Méthodes spectrales Enseignante : MELLAHI L.
Techniques préparatives et analytiques en biochimie : Licence biochimie
Méthodes d’analyse appliquées à l’environnement : Master 2 protection des écosystème
Dans les molécules polyatomiques, la situation est plus complexe. Les liaisons subissent non seulement
des mouvements d'élongation, mais également divers mouvements de déformation angulaire qui
modifient les angles entre liaisons :
On peut montrer que pour une molécule polyatomique non linéaire (respectivement linéaire) possédant n
atomes, il existe 3n-6 (respectivement 3n-5) vibrations dites fondamentales (élongation et/ou
déformation). Aux 3n-6 vibrations fondamentales s’ajoutent sur le spectre d’autres types de bandes :
- les harmoniques multiples de bandes fondamentales (2ν essentiellement).
- les bandes de combinaison (ν1 + ν2 par exemple).
IV - ALLURE DU SPECTRE IR
En pratique, un spectre infrarouge est souvent représente comme la transmittance (%T) en fonction du
nombre d’onde (cm-1). Chaque bande est caractérisée par sa valeur de n au maximum d'absorption; on
précise également son intensité relative (F : forte, m : moyenne, f : faible).
V - FREQUENCES DE VIBRATION CARACTERISTIQUES
Malgré la complexité apparente des spectres IR, due au nombre important de bandes d'absorption, il
existe des absorptions à des nombres d’onde caractéristiques qui permettent d’identifier les différents
groupements d’une molécule. On peut distinguer quatre régions principales :
- 4000-2500 cm-1 : Elongations X-H (O-H , N-H, C-H)
- 2500-1900-cm-1 : Elongations des triples liaisons C≡C et C≡N et des doubles liaisons cumulées X=Y=Z
(allènes, isocyanates….)
- 1900-1500 cm-1 : Elongations des doubles liaisons (C=O, C=N, C=C, NO2)
- 1500-200 cm-1 : Elongations de simples liaison (C-N (NO2 : forte a ≈ 1350 cm-1) ; C-O : forte entre
1000 et 1300 cm-1…). Cette zone, appelée région des empreintes digitales, est utilisée pour identifier avec
certitude un compose et attester de sa pureté.
-4-
Analyse instrumentale : Licence toxicologie Méthodes spectrales Enseignante : MELLAHI L.
Techniques préparatives et analytiques en biochimie : Licence biochimie
Méthodes d’analyse appliquées à l’environnement : Master 2 protection des écosystème
• Conjugaison
• Environnement de la liaison
-5-
Analyse instrumentale : Licence toxicologie Méthodes spectrales Enseignante : MELLAHI L.
Techniques préparatives et analytiques en biochimie : Licence biochimie
Méthodes d’analyse appliquées à l’environnement : Master 2 protection des écosystème
• Liaison hydrogène
-6-
Analyse instrumentale : Licence toxicologie Méthodes spectrales Enseignante : MELLAHI L.
Techniques préparatives et analytiques en biochimie : Licence biochimie
Méthodes d’analyse appliquées à l’environnement : Master 2 protection des écosystème
-7-
Analyse instrumentale : Licence toxicologie Méthodes spectrales Enseignante : MELLAHI L.
Techniques préparatives et analytiques en biochimie : Licence biochimie
Méthodes d’analyse appliquées à l’environnement : Master 2 protection des écosystème
-8-
Analyse instrumentale : Licence toxicologie Méthodes spectrales Enseignante : MELLAHI L.
Techniques préparatives et analytiques en biochimie : Licence biochimie
Méthodes d’analyse appliquées à l’environnement : Master 2 protection des écosystème
-9-
Analyse instrumentale : Licence toxicologie Méthodes spectrales Enseignante : MELLAHI L.
Techniques préparatives et analytiques en biochimie : Licence biochimie
Méthodes d’analyse appliquées à l’environnement : Master 2 protection des écosystème
- 10 -
Analyse instrumentale : Licence toxicologie Méthodes spectrales Enseignante : MELLAHI L.
Techniques préparatives et analytiques en biochimie : Licence biochimie
Méthodes d’analyse appliquées à l’environnement : Master 2 protection des écosystème
- 11 -