Analyse spectrale - spectroscopie infrarouge

Analyse spectrale - spectroscopie infrarouge

Notre professeur de physique-chimie, M. Rachini, vous invite à présent à revoir la théorie et le principe de la spectroscopie infrarouge (IR) dans le cadre des analyses spectrales. Cette fiche de révision fournit des explications précieuses pour...

Analyse spectrale - spectroscopie infrarouge

Quiz de Physique Chimie :

Le phénomène qui permet de mettre en évidence le caractère ondulatoire de la lumière est :

  • A.Le phénomène de réflexion
  • B.Le phénomène de propagation
  • C.Le phénomène de diffraction
  • D.Le phénomène de diffusion
Répondre aux 10 questions Voir tous les Quiz de Physique Chimie

Le contenu du document

Notre professeur de physique-chimie, M. Rachini, vous invite à présent à revoir la théorie et le principe de la spectroscopie infrarouge (IR) dans le cadre des analyses spectrales. Cette fiche de révision fournit des explications précieuses pour réussir votre épreuve du Bac !

I - Théorie et principe

Chaque liaison chimique présente une fréquence d'oscillation propre à elle, appelée fréquence de résonance ou fréquence propre (les liaisons se comportent comme un ressort).
Lors de l'interaction avec une onde électromagnétique ayant la même fréquence que la liaison, cette dernière vibre. Ce qui est traduit par une absorption de la radiation. Pour les liaisons dites chimiques (C-C, C-H, C-O, N-H...), leurs fréquences se situent dans le domaine de l'infrarouge.
Les vibrations de liaison peuvent être de deux natures différentes :
  • Vibration d'élongation ou de valence : les atomes vibrent suivant l'axe de la liaison chimique qui les relie.
  • Vibration de déformation : les atomes vibrent perpendiculairement à l'axe de la liaison chimique qui les relie.
La spectroscopie IR consiste donc à envoyer des radiations IR sur un échantillon à analyser. Ainsi, certaines longueurs d'onde vont être absorbées par les liaisons chimiques de l'échantillon (par les liaisons chimiques des molécules y présentes). Ce qui génère ensuite un spectre IR présentant les différentes liaisons chimiques.

L'intérêt qualitatif de l'IR se situe dans l'identification et la caractérisation des molécules inconnues en se basant sur les liaisons chimiques identifiées. Elle peut également nous aider à tester la présence ou l'absence d'une espèce chimique dans une matière donnée.


L'IR peut être également une technique quantitative de dosage dans certaines conditions.

II - Dispositif expérimental classique (spectromètre à double faisceaux)

Un schéma simplifié d'un spectromètre IR à double faisceaux est représenté ci-dessous :

Le fonctionnement propre du spectromètre est relativement simple. Un faisceau de lumière infrarouge (400 - 4000 cm -1) est séparé en deux faisceaux afin de passer aussi bien dans la solution à tester que dans une référence, ce qui va minimiser les erreurs. Puis, les deux faisceaux vont être dirigés vers un détecteur juste après un séparateur qui va couper rapidement les longueurs d'ondes, et nous aurons la trace d'un spectre, propre à chaque espèce chimique.
Pour chaque longueur d'onde, l'intensité I transmise par l'échantillon est comparée à l'intensité incidente I 0 du référence, permettant ainsi d'en déduire la transmittance T, tel que :
T =
Par contre, concernant le spectre IR, les longueurs d'onde sont remplacées par le nombre d'onde en abscisse, noté ?, exprimé en cm -1.
Ce nombre d'onde est défini comme l'inverse de la longueur d'onde ?:
? = Equation (1)
Egalement, le nombre d'onde ? d'une radiation est proportionnel à sa fréquence :
? = Equation (2)
Avec, c en m/s est la célérité de la radiation lumineuse et f est la fréquence en Hz.

Notre professeur vous offre ses explications en vidéo sur ce cours :

III - Interprétation d'un spectre IR

Le spectre IR est constitué de creux appelés pics ou bandes d'absorption (plus ou moins larges) correspondant à la vibration des différentes liaisons chimiques présentes dans la molécule analysée.
Donc, pour interpréter un spectre IR, il suffit de sélectionner les pics ou les bandes les plus identifiables sur ce spectre et puis comparer leurs nombres d'ondes à ceux de tables de valeurs connues dans la littérature. Ce qui permettra ainsi d'avoir des informations sur les liaisons chimiques susceptibles de constituer la molécule en question.
Exemple : le spectre IR de l'Hexan-1-ol est le suivant.
Pour identifier les liaisons correspondantes, on dispose habituellement d'un tableau de correspondance entre le nombre d'onde d'un pic sélectionné sur le spectre et le type de liaison caractéristique de ce nombre d'onde.

Notre professeur vous explique comment interpréter le spectre infrarouge dans cette vidéo :

Donc, concernant l'exemple de l'Haxan-1-ol, on constate principalement deux bandes fortes (2800 - 3000 cm -1 et 3200 - 3500 cm -1). Par comparaison avec le tableau, la première bande correspond aux liaisons C-H d'un alcane et la deuxième correspond à al liaison O-H d'un alcool.
Pour les composés organiques oxygénés usuels, les pics les plus intéressants à observer sont :
- Les bandes vers 1700 cm -1 correspondants aux liaisons C = O
- Les bandes vers 3500 cm -1 dues aux liaisons O - H
Certains composés, comme les acides carboxyliques, les alcools et les amines, peuvent donner lieu à la formation de liaisons chimiques intermoléculaires appelées liaisons hydrogène (représentées par des pointillés sur la figure ci-dessous).
Les liaisons d'hydrogène résultent de l'attraction entre le nuage électronique d'un atome d'oxygène et un atome d'hydrogène d'une autre molécule.
Par exemple, pour un acide carboxylique, on aura des liaisons d'hydrogène 2 molécules :

L'existence ou non de ce type de liaison en solution est visible sur un spectre IR. Par exemple, pour un alcool pur, on observe une bande large entre 3200 cm -1 et 3400 cm -1 (présence de liaisons d'hydrogène). Lorsque l'alcool est dilué dans un solvant comme CCl4, la large bande disparait et une bande fine apparait vers 3590-3650 cm -1, on parle alors des O-H libres (pas des liaisons d'hydrogènes).
Fin de l'extrait

Vous devez être connecté pour pouvoir lire la suite

Télécharger ce document gratuitement

Donne ton avis !

Rédige ton avis

Votre commentaire est en attente de validation. Il s'affichera dès qu'un membre de Bac S le validera.
Attention, les commentaires doivent avoir un minimum de 50 caractères !
Vous devez donner une note pour valider votre avis.

Chaque semaine recevez des conseils de révisions de la part de votre
coach bac !

Recevoir

Nos infos récentes du Bac S

Communauté au top !

Révise ton BAC
Contenus en illimité

Inscription gratuite

Accès gratuit à bac-s.net pour préparer le bac !

Vous devez être membre de digiSchool bac S

Pas encore inscrit ?

Ou identifiez-vous :

Mot de passe oublié ?