SPECTROSCOPIE
Instrumentation
On distingue deux types d'instruments pour analyser les radiations électromagnétiques : les dispositifs dispersifs et les dispositifs interférométriques. Le principe du premier type repose sur la dispersion qui résulte soit de la réfraction, soit de la diffraction. La diffraction des ondes est produite par des obstacles de dimension voisine de la longueur d'onde : bord d'une fente, atomes d'un solide, etc. Près de ces obstacles, la lumière ne se propage plus en ligne droite et il y a localement interférence entre les ondes déviées, ce qui, suivant leur phase relative, conduit à un renforcement de l'onde résultante ou, au contraire, à un affaiblissement. Ces instruments, qu'ils soient des spectrographes ou des spectromètres, comprennent généralement trois parties : la source de rayonnement, qui illumine la fente d'entrée, le système dispersif et le détecteur, qui peut ou non être précédé d'une fente de sortie. Un dispositif de focalisation est intercalé entre la source et le système dispersif de façon à diriger sur celui-ci un faisceau de rayons parallèles. De même, à la sortie du système dispersif, les faisceaux parallèles traversent un second dispositif de focalisation de façon à former pour chacune des composantes l'image de la fente d'entrée ; l'ensemble de ces images constitue le spectre.
Les interféromètres appartiennent au second type. Fondés sur des dispositifs qui divisent l'onde incidente en plusieurs faisceaux amenés à interférer, ils transmettent ou non la lumière et se comportent ainsi comme des filtres.
Sources de radiations électromagnétiques
Pour étudier le spectre d'absorption d'un échantillon, une source produit un rayonnement dont le spectre est connu et continu. Pour cela, de l'ultraviolet à l'infrarouge lointain, on utilise des lampes à incandescence à température plus ou moins élevée. Pour l'ultraviolet extrême, les lampes à décharge électrique dans des gaz sous pression sont plus performantes. Vers les longueurs d'ondes encore plus courtes, un faisceau d'électrons de quelques dizaines d'électronvolts (1 eV ≈ 1,6 × 10–19 J) d'énergie cinétique bombarde une cible métallique afin de produire des rayons X. Du côté des grandes longueurs d'onde, la décharge électrique dans la vapeur de mercure sert à produire des infrarouges.
La source peut être elle-même l'objet de l'étude, comme c'est le cas en astrophysique par exemple, ou elle peut être utilisée pour éclairer l'échantillon dans lequel elle provoque une émission lumineuse par fluorescence ou phosphorescence. Dans ce cas, les spectres discontinus sont produits par des flammes, des fours portés à haute température ou des décharges électriques dans des gaz à faible pression (plasma). Les atomes des éléments rares peuvent être excités dans des lampes à cathode creuse.
Le laser, avec un faisceau lumineux très intense et une bande de fréquence très étroite, a révolutionné la spectroscopie. Ce dispositif constitue une source de premier choix car sa radiation, pratiquement monochromatique, permet d'exciter une transition atomique sélectionnée, sa forte intensité permet l'absorption simultanée de plusieurs photons par un atome et, de plus, cette radiation est cohérente dans le temps, ce qui permet l'étude de phénomènes très rapides (comme certaines réactions chimiques).
Le rayonnement produit par rayonnement synchrotron dans certains types d'accélérateurs de particules est devenu un outil de recherche irremplaçable. Il a un spectre continu qui va des X durs aux infrarouges. Pour les radiations γ d'origine nucléaire, la source est constituée d'un échantillon radioactif, ou les noyaux radioactifs émetteurs sont directement produits par une réaction nucléaire entre un noyau projectile[...]
La suite de cet article est accessible aux abonnés
- Des contenus variés, complets et fiables
- Accessible sur tous les écrans
- Pas de publicité
Déjà abonné ? Se connecter
Écrit par
- Michel de SAINT SIMON : directeur de recherche au C.N.R.S., centre de spectrométrie nucléaire et de spectrométrie de masse (Institut national de physique nucléaire et de physique des particules)
Classification
Médias
Isaac Newton
Hulton Archive/ Getty Images
Joseph von Fraunhofer
Hulton Archive/ Getty Images
Robert Bunsen
SSPL/ Getty Images
Autres références
-
ALDÉHYDES ET CÉTONES
- Écrit par Jacques METZGER
- 7 350 mots
- 4 médias
Legroupe carbonyle est caractérisé par une bande d'absorption ultraviolette de faible intensité dans la région 270-285 nm pour les cétones et 280-300 nm pour les aldéhydes ; cette bande correspond à une transition n → π*, c'est-à-dire à l'excitation de l'un des électrons des deux doublets... -
ANALYSE ET SYNTHÈSE, chimie
- Écrit par Pierre LASZLO
- 1 526 mots
- 1 média
Ces deux notions, en principe complémentaires et réciproques, ne le sont pas en fait. Certes, les deux tendances à l'analyse et à la synthèse s'opposent, la première visant à couper les entités chimiques en petits morceaux et la seconde se donnant pour objectif la reconstruction des ensembles mis à...
-
ANALYTIQUE CHIMIE
- Écrit par Alain BERTHOD et Jérôme RANDON
- 8 885 mots
- 4 médias
Les méthodes spectroscopiques sont des méthodes analytiques fondées sur la mesure d'une radiation électromagnétique et de ses interactions avec l'échantillon. -
ANTIMATIÈRE
- Écrit par Bernard PIRE et Jean-Marc RICHARD
- 6 931 mots
- 4 médias
...de base de la physique actuelle. Si l'on parvient à stocker dans des pièges électromagnétiques un nombre suffisant d'antiatomes, on pourra étudier leur spectroscopie et ainsi tester la symétrie entre matière et antimatière. Comme l'atome d'hydrogène, l'antiatome peut être excité de son état fondamental... - Afficher les 69 références
