Introduction à la spectroscopie

La spectroscopie est une technique qui utilise l'interaction de l'énergie avec un échantillon pour effectuer une analyse.

Qu'est-ce qu'un spectre?

Les données obtenues par spectroscopie sont appelées spectre. Un spectre est un tracé de l'intensité de l'énergie détectée en fonction de la longueur d'onde (ou masse ou impulsion ou fréquence, etc.) de l'énergie.

Quelles informations sont obtenues?

Un spectre peut être utilisé pour obtenir des informations sur les niveaux d'énergie atomique et moléculaire, les géométries moléculaires, les liaisons chimiques, les interactions des molécules et les processus associés. Souvent, les spectres sont utilisés pour identifier les composants d'un échantillon (analyse qualitative). Les spectres peuvent également être utilisés pour mesurer la quantité de matière dans un échantillon (analyse quantitative).

Quels instruments sont nécessaires?

Plusieurs instruments sont utilisés pour effectuer une analyse spectroscopique. En termes plus simples, la spectroscopie nécessite une source d'énergie (généralement un laser, mais cela pourrait être une source d'ions ou une source de rayonnement) et un appareil pour mesurer la variation de la source d'énergie après son interaction avec l'échantillon (souvent un spectrophotomètre ou un interféromètre).

Quels sont certains types de spectroscopie?

Il existe autant de types de spectroscopie différents qu'il y a de sources d'énergie! Voici quelques exemples:

Spectroscopie astronomique

L'énergie des objets célestes est utilisée pour analyser leur composition chimique, leur densité, leur pression, leur température, leurs champs magnétiques, leur vitesse et d'autres caractéristiques. Il existe de nombreux types d'énergie (spectroscopies) qui peuvent être utilisés en spectroscopie astronomique.

Spectroscopie d'absorption atomique

L'énergie absorbée par l'échantillon est utilisée pour évaluer ses caractéristiques. Parfois, l'énergie absorbée provoque la libération de lumière de l'échantillon, qui peut être mesurée par une technique telle que la spectroscopie de fluorescence.

Spectroscopie de réflectance totale atténuée

Il s'agit de l'étude des substances en couches minces ou en surface. L'échantillon est pénétré par un faisceau d'énergie une ou plusieurs fois, et l'énergie réfléchie est analysée. La spectroscopie à réflectance totale atténuée et la technique associée appelée spectroscopie à réflexion interne multiple frustrée sont utilisées pour analyser les revêtements et les liquides opaques.

Spectroscopie paramagnétique électronique

Il s'agit d'une technique micro-ondes basée sur la division de champs d'énergie électroniques dans un champ magnétique. Il est utilisé pour déterminer les structures d'échantillons contenant des électrons non appariés.

Spectroscopie électronique

Il existe plusieurs types de spectroscopie électronique, tous associés à la mesure des changements dans les niveaux d'énergie électronique.

Spectroscopie à transformée de Fourier

Il s'agit d'une famille de techniques spectroscopiques dans lesquelles l'échantillon est irradié par toutes les longueurs d'onde pertinentes simultanément pendant une courte période de temps. Le spectre d'absorption est obtenu en appliquant une analyse mathématique au modèle d'énergie résultant.

Spectroscopie aux rayons gamma

Le rayonnement gamma est la source d'énergie dans ce type de spectroscopie, qui comprend l'analyse d'activation et la spectroscopie Mossbauer.

Spectroscopie infrarouge

Le spectre d'absorption infrarouge d'une substance est parfois appelé son empreinte moléculaire. Bien que fréquemment utilisée pour identifier les matériaux, la spectroscopie infrarouge peut également être utilisée pour quantifier le nombre de molécules absorbantes.

Spectroscopie laser

La spectroscopie d'absorption, la spectroscopie de fluorescence, la spectroscopie Raman et la spectroscopie Raman améliorée en surface utilisent couramment la lumière laser comme source d'énergie. Les spectroscopies laser fournissent des informations sur l'interaction de la lumière cohérente avec la matière. La spectroscopie laser a généralement une résolution et une sensibilité élevées.

Spectrométrie de masse

Une source de spectromètre de masse produit des ions. Des informations sur un échantillon peuvent être obtenues en analysant la dispersion des ions lorsqu'ils interagissent avec l'échantillon, généralement en utilisant le rapport masse / charge.

Spectroscopie multiplex ou modulée en fréquence

Dans ce type de spectroscopie, chaque longueur d'onde optique qui est enregistrée est codée avec une fréquence audio contenant les informations de longueur d'onde d'origine. Un analyseur de longueur d'onde peut alors reconstruire le spectre d'origine.

Spectroscopie Raman

La diffusion Raman de la lumière par les molécules peut être utilisée pour fournir des informations sur la composition chimique et la structure moléculaire d'un échantillon.

Spectroscopie aux rayons X

Cette technique implique l'excitation d'électrons internes d'atomes, ce qui peut être considéré comme une absorption de rayons X. Un spectre d'émission de fluorescence de rayons X peut être produit lorsqu'un électron passe d'un état d'énergie supérieure dans le vide créé par l'énergie absorbée.