Spectroscopie INFRAROUGE Flashcards
La spectroscopie infrarouge étudie les _______________ des molécules ( interaction _____ - _____________ de fréquence convenable).
mouvements vibrationnels et rotationnels;
matière - rayonnement électromagnétique.
La plage de longueur d’onde (λ) pour le Proche IR: ___ et ____.
780 – 2500 nm (12800 - 4000 cm⁻¹)
La plage de longueur d’onde (λ) pour le Moyen IR: ___ et ____.
2500 – 25000 nm (4000 - 200 cm⁻¹)
La plage de longueur d’onde (λ) pour le lointain IR: ___ et ____.
25000- 50000 nm (200 -10 cm⁻¹)
IR le plus utilisé: _______________.
2500 – 15000 nm
Les transitions énergétiques se font en IR entre les niveaux d’énergie de __________des molécules ou entre leurs niveaux d’énergie de ____________.
rotation;
vibration.
Les transitions rotationnelle se produisent surtout dans le domaine IR _____________.
I.R. lointain (de 25 à 50 μm ou de 500 à 40 cm-1)
Les transitions vibrationelles se produisent surtout dans le domaine IR _____________.
1 à 20 μm (ou de 14 000 à 500 cm-1)
Principe de la spectrophotométrie infrarouge: ___________________, _________________, ______________________.
1- L’échantillon est soumis à une radiation (4000 cm-1 et 625cm-1);
2- Lorsque la fréquence de cette radiation incidente est égale à la fréquence de résonance de l’oscillateur harmonique (molécule ou atome), il y a absorption de l’énergie lumineuse et amplification des vibrations;
3- L’ état excité ne dure qu’une fraction de seconde. Le retour à l’état fondamental libère l’énergie absorbée sous forme de chaleur.
L’énergie totale d’une molécule E = __________________________.
E = E el + E v + Er
E el: Energie électronique;
E v: Energie vibrationnelle;
Er: Energie rotationnelle.
Les transitions électroniques sont exploitée en ____________ et ____________ dans les domaines ______ et _______ respectivement.
Spectroscopie UV (200-400 nm);
Spectroscopie Visible (400 - 750 nm).
Les transitions vibrationnelles et rotationnelles sont exploitée en ____________ et ____________ dans les domaines ______ et _______ respectivement.
Infrarouge Proche (13000 - 4000 Cm-1);
Infrarouge Moyen (4000 - 200 Cm-1).
L’absorption du rayonnement fourni par l’équipement n’aura lieu sauf si le _________________ étant exactement égale à la ___________ entre les deux états .
quantum de lumière hν;
différence d’énergie (E2-E1).
Puisque ______ , la lumière excitatrice provoquera pour chaque transition vibrationnelle, une multitude de_______________, qui vont donner au pic
de transition vibrationnelle l’allure d’une bande d’absorption caractéristique
de la __________ ou d’un ________________.
E v > E r;
transitions rotationnelles;
molécule;
groupement de la molécule.
En spectroscopie, les vibrations des molécules se divisent en deux grandes catégories : _____________ et _________________.
Vibrations de valence;
Vibrations de déformation.
Les vibrations de valence sont dues au _____________________.
battement de deux atomes l’un par rapport à l’autre
La vibration de valence n’est pure que pour une ________________.
vibration diatomique
Les vibration de déformation sont dues à la ____________ entre deux liaisons de valence ____ ou ____ du plan principal de la molécule.
variation angulaire;
dans ou hors.
Les vibrations de valence sont un simple _______________ qui engendre une _____________.
étirement (stretching);
élongation ou contraction d’une liaison.
La fréquence de l’onde électromagnétique qui induit la vibration d’élongation est donnée par la relation : ______________________.
ν = 1/2π * √k/μ
k: constante de force de la liaison proportionnelle à l’énergie de liaison;
µ: la masse réduite des deux atomes reliés par cette liaison
Pour une molécule diatomique composée de deux atomes avec des masses respectives m1 et m2, la masse réduite µ est donnée par la formule: ___________.
µ = m1.m2/m1+m2
La grandeur pratique en spectroscopie vibrationnelle est le _____________donnée par la relation suivante: ________________.
nombre d’onde;
σ = 1/2πc * √k/μ
c: vitesse de la lumière dans le vide
Le nombre d’onde dépend de ___________ et ______________.
masse réduite et constante de force de liaison
Les liaisons multiples, plus __________ que les simples, auront une constante de force plus ________, donc une fréquence de vibration (donc nombre d’onde) plus ________ que celles des liaisons simples entre atomes identiques.
énergétiques;
élevée;
élevée.
C-C absorbe vers _____ cm -1 , C=C vers _____ cm -1 , CΞC vers ______ cm -1.
1100;
1600;
2100.
Les liaisons X–H, où X est un atome quelconque (C, N, O, …), auront une fréquence d’élongation plus ________ que celle d’une liaison C–X, car la _____________.
élevée;
masse réduite μ est plus petite.
Soit une molécule diatomique
Plus la masse d’un des deux atomes augmente plus le nombre d’onde _________.
diminue
Soit une molécule diatomique
K est proportionnel au ______________.
nombre de liaison
Pour les molécules avec trois atomes, les modes de vibration de valence peuvent être ________ ou __________.
symétriques;
asymétriques.
L’affaiblissement des liaisons hétéroatomes-hydrogène, comme les liaisons hydrogène, provoque un déplacement des pics de fréquence vers des nombres d’onde plus ________ dans le spectre IR.
faibles
La ____________ des électrons, souvent due à la ________ ou aux _________, peut influencer les vibrations et les propriétés de la liaison, entraînant des modifications dans les fréquences de vibration observées.
délocalisation;
conjugaison;
effets de résonance.
Vibration de déformation dans le plan (δ): ____________ et _____________.
Rotation plane ≈ 720 cm-1;
Cisaillement ≈ 1450 cm-1.
Vibration de déformation hors plan (γ): ____________ et _____________.
Torsion (1250 cm-1);
Balancement (1250 cm-1).
Il y a possibilité de déformations symétriques et asymétriques. (V/F)
V
L’oscillateur harmonique est un modèle simplifié des interactions vibrationnelles dans les molécules, où les atomes sont représentés comme des ________ reliées par des ________.
masses;
ressorts.
Les vibrations peuvent entraîner une modification du _____________ de la molécule, influençant ainsi son interaction avec les champs électriques externes.
moment dipolaire
la variation du champ dipolaire d’une molécule est en phase avec le champ électrique oscillant d’une __________, il y a absorption de l’énergie lumineuse.
radiation incidente
Selon la règle de Hookes, l’énergie vibratoire est proportionnelle à la ___________ et à la __________ des atomes impliqués.
force de la liaison;
masse réduite.
En assimilant le mouvement de vibration à celui d’un ressort parfaitement élastique
La force f de rappel est directement proportionnelle à l’écart entre l’___________ et sa valeur à l’____________.
Formule: f= ___________________.
élongation r;
équilibre re;
f = µ d²r/dt² = -k (r - re)
µ: masse réduite
k: constante de rigidité de liaison
En assimilant le mouvement de vibration à celui d’un ressort parfaitement élastique
L’amplitude x0 = __________________.
x0 = rmax - re = rmin - re
En assimilant le mouvement de vibration à celui d’un ressort parfaitement élastique
Energie de vibration = ____________________________.
Ev = 2π ² ν² x0²
Ev = _________________=____________________.
V est le ________________ qui ne peut prendre que des _____________.
Ev = (V+1/2) h ν = (V+1/2) h/2π * √k/μ
V est le nombre quantique de vibration qui ne peut prendre que des valeurs entières
Pour qu’il y ait absorption d’énergie il faut que ΔV = __, pour que les niveaux énergétiques soient __________________.
1;
équidistants.
Même lorsque V= 0 la molécule possède une énergie vibrationnelle non nulle. (V/F)
V
En réalité lorsque les atomes s’écartent beaucoup de leur position d’équilibre leur __________ diminue et s’annule même lorsque la distance est suffisante: il n’existe plus alors que ______ atomes isolés dont l’énergie est pratiquement constante
interaction;
deux.
La courbe E = f(x0) n’est pas une parabole mais une courbe dont l’équation la plus habituelle est celle de ___________.
MORSE
Equation de Morse est plus réaliste que celle de l’oscillateur harmonique et s’écrit ainsi: _______________________.
E(r)=De⋅(1−e−a⋅(r−re))2
E(r) : Énergie potentielle.
D_e : Énergie de dissociation.
r : Distance entre les atomes.
r_e : Distance d’équilibre.
a : Constante liée à la largeur du puits de potentiel.
Les transitions entre niveaux vibrationnels de nombres quantiques 𝑣 doivent suivre la _________________.
règle de sélection quantique: Δv = +/- 1
A température ambiante, presque toutes les molécules se trouve au niveau _____ et l’absorption observée résultera de la transition ____________.
v=0;
v=0 → v=1.
Sur le spectre IR, on observe trois types de bandes: ______________, ______________, _________________.
- Bandes fondamentales : vibrations v=0 → v=1;
- Bandes harmoniques: multiples de bandes fondamentales (Ex. 2ν);
- Bandes de combinaison (ν1 + ν2 par exemple) : excitation simultanée de plusieurs vibrations fondamentales.
Caractéristiques des bandes harmoniques: _______________, _____________, ___________________.
- Apparaissent à 2 ou 3 fois la fréquence de vibration fondamentale;
- Intensité de l’absorption décroit avec le nombre d’harmoniques croissant;
- Plus le nombre d’harmoniques augmente plus les recouvrements de bandes s’intensifient.
Chaque atome dans une molécule peut se déplacer dans un espace tridimensionnel. (V/F)
V
Chaque molécule a 3 degrés de liberté pour les ______________________.
translations (déplacements dans les directions x, y et z)
Une molécule possède __ ou __ degrés de rotation.
2 ou 3
Une molécule linéaire possède __ degrés de rotation.
2
Une molécule non linéaire possède __ degrés de rotation.
3
Une molécule linéaire à n atomes possède __ vibrations fondamentales.
3n- 5
Une molécule non linéaire à n atomes possède __ vibrations fondamentales.
3n - 6
Seule les vibrations modifiant le ____________de la molécule sont actives en IR.
moment dipolaire
La vibration de ____________ de CO₂ n’entraîne pas un changement de moment dipolaire car les déplacements sont symétriques. Par conséquent, cette vibration ne donne pas de signal en IR.
valence symétrique
Pour le dioxyde de carbone, Les deux vibrations de déformation sont équivalentes et sont dites ___________ elles donnent la même bande.
« dégénérées »;
Le spectre d’une substance solide cristallisée peut être déterminé par la méthode dite de _____________.
« pastille »
TECHNIQUE DE L’ÉCHANTILLONNAGE
Pour les liquides, le solvant doit être: ___________, _________, ___________.
- Grande pureté;
- Inertie vis-à-vis de l’échantillon;
- Ayant la plus basse absorption possible dans la zone étudiée.
Solvants les plus utilisés en IR: __________, ___________, ____________.
Le sulfure de carbone;
Le tétrachlorure de carbone;
Le chloroforme.
Le nombre de solvants adaptés pour la spectroscopie IR est réduit car beaucoup de solvants ___________________.
absorbent dans la région IR
TECHNIQUE DE L’ÉCHANTILLONNAGE
On place quelques gouttes de la substance entre deux fenêtres (lames) constituées de ____de 5 mm d’épaisseur, formant un sandwich.
NaCl
TECHNIQUE DE L’ÉCHANTILLONNAGE
Le NaCl est ___________ dans la région IR et ne va donc pas interférer avec la mesure.
transparent
TECHNIQUE DE L’ÉCHANTILLONNAGE
Pour les gaz, on utilise des cuvettes à gaz dont l’épaisseur varie de 5 à 10 cm qui sont constituées en __________ou en __________ ou aussi en _________________.
sel gemme;
bromure de sodium;
bromo-iodure de thallium.
Transmittance = ____________________.
T= I/I0
I: Lumière transmise;
I0: Lumière incidente.
Applications qualitatives du IR: _____________, _____________, ______________, _________________.
- Identification des groupes fonctionnels;
- Tests d’identité (analyse fonctionnelle);
- Contrôle de réaction de synthèse en organique;
- Détermination de la structure (seulement en combinaison avec d’autres méthodes spectroscopiques).
La spectroscopie IR peut être utilisée pour quantifier les concentrations de diverses substances ___________ dans un échantillon.
minérales
La loi de ____________est applicable en spectroscopie IR pour l’analyse quantitative.
Beer-Lambert: A = εlc
ε: absorptivité molaire;
l: longueur du trajet parcouru par la lumière;
c: concentration de l’entité chimique absorbante.
La ____________ implique l’utilisation de techniques statistiques et mathématiques pour interpréter les données spectroscopiques et améliorer la précision des analyses quantitatives des médicaments.
chimiométrie
Le contrôle pharmaceutique du ____ selon la pharmacopée se fait par IR.
DHEA (Prastérone)
La spectroscopie infrarouge est utilisée pour identifier et caractériser les _________________ présents dans une molécule.
groupements fonctionnels
La spectroscopie infrarouge n’est souvent pas suffisante pour déterminer la structure complète des molécules complexes. (V/F)
V
Un spectre infrarouge est généralement interprété « de gauche à droite », c’est-à-dire des ________________vers les _____________________.
hautes fréquences (nombres d’onde élevés) ;
basses fréquences (nombres d’onde plus bas).
À gauche du spectre (au-delà de 1600-2000 cm⁻¹) correspond aux vibrations de ________________, qui sont caractéristiques des liaisons chimiques et toujours visibles.
valence (stretching)
À droite du spectre (400 à 1600 cm⁻¹) est dominée par les ________________, qui peuvent exister que si elles sont associées aux ____________________.
vibrations de déformation (bending);
vibrations de valence correspondantes.
Le spectre IR va servir seulement comme ________________________.
point de départ pour l’indentification
En IR, la région (1200-650 cm⁻¹) est dite ___________________.
Région d’empreintes digitales
Caractéristiques de la région d’empreintes digitales: _________________, __________________.
- Faibles variations dans la structure moléculaire peuvent entraîner de grandes différences dans l’apparence du spectre;
- Fortes interactions entre les vibrations, ce qui rend l’attribution de toutes les bandes spectrales impossible.
L’Identification d’un composé sans ambiguïté est possible avec l’utilisation d’un __________________.
spectre de référence (Bibliothèque spectrale)
L’avantage principal des applications quantitatives de IR est _____________________.
Application à très grand nombre de composés
Exemples d’applications quantitatives de IR: ______________ et _______________.
- Analyse d’un mélange d’hydrocarbures aromatiques;
- Détermination des polluants dans l’air.
Inconvénients des applications quantitatives de IR: ______________, ______________, __________________.
- Bandes étroites : déviations par rapport à la loi de Beer – Lambert;
- Bandes étroites et spectres complexes : recouvrement des bandes;
- Chaque cellule est différente : mesurer l’absorbance du solvant et de l’échantillon avec la même cellule.
Types de Spectromètres IR: ___________, __________, _____________.
Spectromètre à Faisceau Simple;
Spectromètre à Double Faisceaux;
Modèle de Spectromètre à Transformée de Fourier (FT-IR).
Composition du Spectromètre à Faisceau Simple: ___________, __________, _________, ___________, ______________.
Source lumineuse → Echantillon ou référence → Filtre ou monochromateur → Détecteur → Enregistreur
Composition du Spectromètre à Double Faisceaux: ___________, __________, _________, ___________, ______________, _________________.
Source lumineuse → Echantillon ou référence → Mirroir tournant → monochromateur → Détecteur → Enregistreur
Composition du Spectromètre à Transformée de Fourier (FT-IR): __________, _________, ___________, ___________, ______________.
Source lumineuse → Interféromètre → Echantillon ou référence → Détecteur → Traitement du signal spectre
Modèle simple faisceau à transformé de Fourier
L’Interféromètre sert à ___________________.
diviser en deux parties le faisceau
Modèle simple faisceau à transformé de Fourier
Les deux faisceaux sont ensuite _________ pour créer une interférométrie, qui est ensuite détectée.
recombinés
Modèle simple faisceau à transformé de Fourier
Le détecteur mesure l’intensité de la lumière recombinée, qui varie en fonction du ____, notée ______.
temps;
I = f(δ).
Modèle simple faisceau à transformé de Fourier
Chaque point mesuré représente une intensité de lumière à une _____________ spécifique, permettant de construire le spectre IR de l’échantillon.
longueur d’onde
Modèle simple faisceau à transformé de Fourier
Le microprocesseur applique la transformée de Fourier à l’interférométrie pour convertir l’_____________ en un _______________.
intensité temporelle;
spectre d’absorption.
Sources de radiations IR outre les radiations solaires: ___________, _________, __________, _________, __________, __________, __________, ____________.
- les flammes;
- les étincelles;
- les effluves;
- les lampes à vapeur de mercure;
- lampes au néon;
- les lampes à incandescence sous voltées à filament de tungstène ou de carbone;
- certains lasers à gaz(CO2, Ar+, …);
- des diodes.
A chaque mode de vibration correspond une fréquence de ___________ et ses ____________.
vibration fondamentale;
harmoniques.
Des interactions entre les différents modes de vibration peuvent donner naissance à des _____________ qui apparaissent à des fréquences qui sont des combinaisons linéaires des _______________.
bandes de combinaisons;
bandes fondamentales.
Deux vibrations ayant des fréquences respectives ν1 et ν2 interagissent.
La fréquence de la bande de combinaison qui en résulte: _____________.
ν = aν1 + bν2
Les bandes de combinaison se situent à des énergies plus importantes que les harmoniques. (V/F)
V
Les bandes de combinaisons, comme les __________, apparaissent à des fréquences supérieures à celles des bandes fondamentales qui leur ont donné naissance.
harmoniques
Les bandes de combinaisons apparaissent dans le spectre sous forme de bande __________ et de ______________ que les bandes fondamentales.
plus large;
plus faible intensité.
La SPIR est bien adaptée au développement des applications analytiques car: _______________, _______________, _________________, __________________.
- Les harmoniques et les bandes de combinaison sont moins intenses que les bandes fondamentales correspondantes;
- La lumière est moins fortement absorbée dans le PIR que dans l’infrarouge moyen;
- La lumière incidente pénètre de plusieurs millimètres à l’intérieur du produit étudié, et il n’est pas nécessaire de le diluer pour obtenir des spectres exploitables;
- Les bandes d’absorptions PIR forment des pics larges et donc une petite dérive dans l’échelle des longueurs d’onde ne change pas considérablement l’intensité de la lumière absorbée.
L’instrument PIR contient 4 parties essentielles: ____________, ___________, ____________, _____________.
- Une source lumineuse (le plus souvent une lampe halogène);
- Détecteur de transmission;
- Système permettant de présenter un échantillon solide (comprimé ou poudre);
- Sphère d’intégration (pour la Réflexion).
SPIR : Différents Modes d’Acquisition: __________ et ____________.
Transmission et réflexion
Principe du mode de transmission en SPIR: _______________________.
Le rayonnement infrarouge traverse l’échantillon, qui peut avoir une épaisseur allant jusqu’à 1 cm et on mesure l’absorbance
Principe du mode de réflexion en SPIR: _______________________.
Le rayonnement pénètre seulement jusqu’à 2 mm dans l’échantillon. On mesure l’absorbance.
La SPIR peut être couplé à des outils chimiométriques: _____, ______, _______.
ACP, PLS, AD…
Avantages de la SPIR couplée aux outils chimiométriques: ___________, _________, ___________, ___________, ______________.
– Carte d’identité physico-chimique;
– Technique rapide;
– Technique non destructive;
– Technique peu onéreuse;
– Technique non polluante.
Inconvénients de la SPIR couplée aux outils chimiométriques: ____________ et _____________.
– Impossibilité d’interpréter directement les spectres;
– Robustesse lors du transfert de méthodes.
PIR intervient dans différentes étapes de contrôle galénique dont: _________, _________ et ___________.
- Analyse de l’uniformité d’un mélange;
- Suivi de séchage;
- Uniformité de teneur.
