Comment fonctionne la spectroscopie infrarouge ?

La spectroscopie infrarouge, aussi connue sous le nom de spectroscopie IR, peut révéler les structures de composés chimiques liés par covalence, comme les composés organiques. Ainsi, pour les étudiants et les chercheurs qui synthétisent ces composés en laboratoire, il devient un outil utile pour vérifier les résultats d’une expérience. Différentes liaisons chimiques absorbent différentes fréquences de l’infrarouge, et la spectroscopie infrarouge montre les vibrations à ces fréquences (affichées en tant que’nombres d’ondes’) en fonction du type de liaison.

Fonction

La spectroscopie infrarouge est un outil utile dans la boîte à outils du chimiste pour identifier les composés. Il ne donne pas la structure exacte d’un composé, mais montre plutôt l’identité des groupes fonctionnels, ou fragments, dans une molécule – les différents segments de la composition de la molécule. En tant qu’outil inexact, la spectroscopie IR fonctionne mieux lorsqu’elle est utilisée conjointement avec d’autres formes d’analyse telles que la détermination du point de fusion.

En chimie professionnelle, l’IR est largement démodé, remplacé par des méthodes plus informatives comme la spectroscopie par résonance magnétique nucléaire (RMN). Il est encore fréquemment utilisé dans les laboratoires étudiants, car la spectroscopie IR reste utile pour identifier les caractéristiques importantes des molécules synthétisées dans les expériences des laboratoires étudiants, selon l’Université du Colorado à Boulder.

Méthode

Généralement, le chimiste broie un échantillon solide avec une substance comme le bromure de potassium (qui, en tant que composé ionique, n’apparaît pas dans la spectroscopie IR) et le place dans un dispositif spécial pour permettre au capteur de briller à travers lui. Parfois, il mélange des échantillons solides avec des solvants comme l’huile minérale (qui donne une lecture limitée et connue dans l’impression IR) pour utiliser la méthode liquide, qui consiste à placer un échantillon entre deux plaques de sel pressé (NaCl, chlorure de sodium) pour permettre à la lumière infrarouge de briller, selon la Michigan State University.

Importance

Lorsque la lumière ou le rayonnement infrarouge frappe une molécule, les liaisons dans la molécule absorbent l’énergie de l’infrarouge et répondent par vibration. Généralement, les scientifiques appellent les différents types de vibrations de flexion, d’étirement, de balancement ou de ciseaux.

Selon Michele Sherban-Kline de l’Université de Yale, un spectromètre IR possède une source, un système optique, un détecteur et un amplificateur. La source émet des rayons infrarouges ; le système optique déplace ces rayons dans la bonne direction ; le détecteur observe les variations du rayonnement infrarouge et l’amplificateur améliore le signal du détecteur.

Types

Parfois, les spectromètres utilisent des faisceaux uniques d’infrarouge et les divisent ensuite en longueurs d’onde de composantes ; d’autres conceptions utilisent deux faisceaux séparés et utilisent la différence entre ces faisceaux après que l’un d’eux est passé à travers l’échantillon pour donner des informations sur l’échantillon. Les spectromètres à l’ancienne amplifiaient le signal optiquement, et les spectromètres modernes utilisent l’amplification électronique dans le même but, selon Michele Sherban-Kline de l’Université de Yale.

Identification

La spectroscopie IR identifie les molécules en fonction de leurs groupes fonctionnels. Le chimiste qui utilise la spectroscopie IR peut utiliser un tableau ou un graphique pour identifier ces groupes. Chaque groupe fonctionnel a un  » numéro d’onde  » différent, indiqué en centimètres inversés, et une apparence typique – par exemple, le tronçon d’un groupe O-H, comme celui de l’eau ou de l’alcool, occupe un pic très large avec un numéro d’onde près de 3500, selon l’Université de l’État du Michigan. Si le composé synthétisé ne contient pas de groupes alcool (également connus sous le nom de groupes hydroxyle), ce pic peut indiquer la présence accidentelle d’eau dans l’échantillon, une erreur d’étudiant courante en laboratoire.