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Auteur(s)
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Michel DALIBART : Docteur ès sciences - Docteur d’État ès sciences - Maître de conférencesLaboratoire de physico‐chimie moléculaire (UMR 5803), Bordeaux - Responsable du centre de ressources « Spectroscopies » de l’ENSCPB, Bordeaux
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Laurent SERVANT : Ingénieur ENSCPB - Docteur de l’université Bordeaux I - Maître de conférencesLaboratoire de physico‐chimie moléculaire (UMR 5803), Bordeaux
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Lire l’articleINTRODUCTION
L’objectif des spectroscopies optiques est d’obtenir des informations sur la matière à partir de son interaction avec le rayonnement. Selon la fréquence du rayonnement incident (c’est‐à‐dire son énergie), typiquement l’ultraviolet (UV), le visible ou l’infrarouge (IR), l’interaction matière‐rayonnement concerne divers types de niveaux d’énergie de la matière. Le type d’information obtenu dépendra de la sensibilité de l’appareillage (et, donc, de la méthode d’enregistrement du spectre) et de la nature de l’échantillon (état physique : gaz, liquide, solide...). En pratique, l’analyse peut être qualitative : l’identification d’un composé est recherchée à partir de sa signature spectrale, celle‐ci dépendant des niveaux d’énergie « sondés » par le rayonnement, ou quantitative : dans ce cas, outre l’identification, c’est une méthode de dosage d’une substance, grâce à sa signature spectrale, qui est recherchée.
Dans la suite, nous nous intéresserons plus spécifiquement au cas de la spectroscopie dans l’infrarouge et par suite à la spectroscopie de vibration. Après un bref rappel des notions générales sur l’interaction matière‐rayonnement, nous présenterons, dans une seconde partie, les principales approches utilisées pour l’enregistrement d’un spectre infrarouge, en comparant leurs avantages et leurs inconvénients. Dans une troisième partie, les méthodes classiques d’échantillonnage, c’est‐à‐dire les techniques permettant l’enregistrement d’un spectre selon que l’échantillon étudié est solide (massif, film ou pulvérulent), liquide ou gazeux, seront présentées. Enfin, plusieurs méthodes d’analyse quantitative seront discutées dans la quatrième partie.
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- Version archivée 1 de juil. 1977 par Bernard MALINGREY
- Version archivée 2 de juil. 1984 par Bernard MALINGREY
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1. Notions générales
1.1 Nature du rayonnement
Le rayonnement électromagnétique correspond à la propagation d’énergie grâce aux variations périodiques, de fréquence ν, d’un champ électrique E et d’un champ magnétique H. Ces deux champs, quand ils sont variables, sont interdépendants et constituent le champ électromagnétique qui, lorsqu’il se propage, définit une onde électromagnétique. Celle‐ci est dite monochromatique si elle correspond à une radiation de fréquence ν donnée, parfaitement définie. De telles sources de radiation sont particulièrement rares en pratique : on parle plutôt de radiations quasi monochromatiques, quand celles‐ci sont composées d’un ensemble de radiations dont les fréquences s’écartent peu d’une valeur moyenne, et de rayonnement polychromatique, pour une source composée de fréquences diverses.
Le formalisme décrivant la propagation des ondes a été établi par Maxwell : dans le vide ou dans un milieu matériel, l’onde électromagnétique est transversale et les vecteurs E, H et n (ce dernier vecteur étant un vecteur unitaire qui leur est normal et qui est colinéaire à la direction de propagation) forment un trièdre direct. Les équations de Maxwell permettent d’aboutir à « l’équation d’onde » qui spécifie la dépendance analytique des vecteurs E et H se propageant en fonction des variables de temps et d’espace.
Une solution de l’équation d’onde peut s’exprimer sous la forme d’ondes planes, c’est‐à‐dire telles que les champs E et H soient, à un instant donné, uniformes et perpendiculaires entre eux pour tous les points d’un plan donné (dit plan d’onde), et normaux à la direction de propagation. Dans le cas d’une onde plane monochromatique se propageant le long de l’axe Ox, le vecteur champ électrique s’exprimera par :
et, en notation complexe :
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