Spectroscopie FTIR

Spectre du bruit de fond

Absorption de CO2 et H2O dans l'IR

L'acquisition du spectre FTIR de l'échantillon intégré à la pastille de KBr a été précédée de celle des spectres d'absorption de l'air seul et d'une pastille de KBr sans échantillon, dans la gamme de nbres d'onde allant de 650 à 4000 cm-1. On a également obtenu le spectre d'absorption qui revient au KBr.

Spectre d'absorption FTIR de l'air

  • H2O et CO2 absorbent dans l'IR
- 3 modes normaux de vibration, actifs dans l'IR, pour la molécule H2O
Modes de vibration
Nbre d'onde prévu
Animation
Variation du moment dipolaire permanent
Vibration active ou inactive en IR
ns : vibration d'élongation symétrique, les longueurs des liaisons OH varient en phase.
3652 cm-1
Oui
Active
nas : vibration d'élongation antisymétrique , les longueurs des liaisons OH varient en opposition de phase.
3756 cm-1
Oui
Active
d : vibration de déformation, fait varier l'angle HOH.
1595 cm-1
Oui
Active
- 4 modes normaux de vibration dont 3 actifs dans l'IR, pour la molécule de CO2
Modes de vibration
Nbre d'onde prévu
Animation
Variation du moment dipolaire induit*
Vibration active ou inactive en IR
ns : vibration d'élongation symétrique
1388 cm-1
Le moment dipolaire reste nul car les longueurs des liaisons varient en phase.
Inactive
nas : vibration d'élongation asymétrique
2349 cm-1
Moment dipolaire induit qui varie périodiquement.
Active
d1 : vibration de déformation d'angle
667 cm-1
Apparition d'un moment dipolaire et variation
Actives mais dégénérées** (même bande d'absorption)
d2 : vibration de déformation d'angle, autre direction
667 cm-1
* La molécule CO2 n'a pas de moment dipolaire permanent mais certains modes de vibration entraînent une modification de la répartition des charges qui génère un moment dipolaire variant périodiquement.
** Les 2 vibrations de déformation ont lieu dans des plans orthogonaux, elles sont dégénérées sur le plan énergétique.
  • N2 et O2 n'absorbent pas dans l'IR
Le diazote et le dioxygène, présents dans l'air ont une molécule symétrique, avec un moment dipolaire qui reste nul. Ces gaz n'absorbent pas en IR.
  • Interprétation sommaire du spectre FTIR de l'air

Survolez l'image avec la souris pour obtenir une interprétation sommaire

Sur le spectre enregistré, on repère 3 bandes d'absorption significatives qui correspondent aux vibrations actives (voir tableaux ci-dessus) dans l'IR de la vapeur d'eau et du dioxyde de carbone. Les bandes attribuées à H2O, centrée sur 1600 cm-1 environ pour l'une et vers 3800 cm-1 pour l'autre correspondent respectivement à la vibration de déformation d'angle et aux vibrations d'élongation (symétrique et antisymétrique) des liaisons OH. Elles comprennent de nombreuses raies qui seront ici attribuées à des transitions vibro-rotationnelles (enregistrées seulement en phase gazeuse). La bande située près de 2400 cm-1 est due à la vibration d'élongation asymétrique de la molécule de CO2, une meilleure résolution montrerait également une structure fine avec raies.

Rq/ Vapeur d'eau et dioxyde de carbone, gaz à effet de serre
Ces gaz absorbent de façon complémentaire le rayonnement IR émis par la surface de la terre.

Spectre du bruit de fond
La part de l'absorption en IR qui revient au KBr est due essentiellement à la présence d'eau. Ce support d'échantillon présente l'inconvénient d'être hygroscopique.
Le spectre final de l'échantillon étudié devra donc être débarrassé des absorptions parasites qui constituent le bruit de fond.