Spectrométrie d'absorption dans l'infrarouge

Les spectroscopies optiques, en exploitant les interactions entre la matière et la lumière, permettent d'obtenir la composition chimique et de caractériser les propriétés physiques et chimiques d'échantillons. Selon la gamme spectrale utilisée (ou l'énergie des photons utilisés), cette interaction sonde les divers types de niveaux d'énergie de la matière. Dans le domaine des rayons X ou ultraviolets durs, les niveaux électroniques d'électrons de cœur, des électrons proches des noyaux sont excités, tandis que dans le domaine 200-400 nm des ultraviolets usuels, les électrons impliqués dans les liaisons chimiques seront sondés. Dans l'infrarouge , les niveaux vibrationnels sont sondés pour caractériser aussi bien les groupements chimiques constituant l'échantillon que la structure moléculaire ou encore les propriétés physiques d'ordre, de désordre, de stress mécanique, optiques, etc. La nature de l'information obtenue est cependant dépendante de la méthode d'enregistrement du spectre et de l'état physique de l'échantillon (gaz, liquide, solide...).

En pratique, les spectromètres actuels dits à transformée de Fourier (FTIR) possèdent des qualités permettant une large gamme de possibilités d'analyse. L'analyse sera qualitative pour identifier un composé à partir de sa signature spectrale (empreinte complète spectrale) ou établir, en utilisant des évolutions d'une zone restreinte de cette empreinte, des changements fins de structure ou d'interactions moléculaires dépendant des niveaux d'énergie « sondés » par le rayonnement. Outre l'identification, l'analyse sera quantitative permettant le dosage d'une substance, grâce à l'évolution de sa signature spectrale en fonction de la quantité de matière mesurée.

Cet article est spécifiquement dédié à la spectroscopie d'absorption infrarouge ou spectroscopie d'absorption de vibration. Après un bref rappel des notions générales sur l'interaction matière-rayonnement, une seconde partie présente les principaux modes d'enregistrement d'un spectre infrarouge, en comparant leurs avantages et leurs inconvénients. Dans une troisième partie, les méthodes actuellement facilement accessibles d'enregistrement d'un spectre selon que l'échantillon étudié est solide (massif, film ou pulvérulent), liquide ou gazeux, seront détaillées pour leurs applications courantes. La quatrième partie conclura sur quelques méthodes d'exploitation analytique qualitative des données spectrales infrarouges ou de prédiction quantitative d'une variable, telle qu'évidemment la concentration, mais aussi des grandeurs...