UNIVERSITE CONSTANTINE 3

FACULTE DE MEDECINE

DEPARTEMENT DE PHARMACIE

CHIMIE ANALYTIQUE

Dr. Yazid MAMERI

Maitre de conférences en chimie analytique

La spectrophotométrie d’absorption IR est basé

essentiellement sur l’absorption des photons peu

énergétique par des substances. Ce qui va donc entrainer

des mouvements de vibration et de rotation parmi les

atomes de ces substances. Son domaine s’étend de 4000 à

600 cm-1.

INTRODUCTION

Théorie de l’infrarouge

Domaine énergétique de l’IR

Théorie de l’infrarouge

Principe

L’absorption d’une radiation IR ne peut provoquer une modification de l’état

énergétique des électrons puisqu’elle est de faible énergie.

Théorie de l’infrarouge

Principe

Par contre elle peut exciter les niveaux vibrationnels et rotationnels d’une

molécule, entrainant ainsi des mouvements de vibration et de rotation au

sein de la molécule même.

Théorie de l’infrarouge

Principe

Donc à chaque groupe d’atome pouvant subir la vibration et la rotation.

𝑣1= 1

λ1

𝑣2= 1

λ2

Théorie de l’infrarouge

Principe

On observe principalement:

-Les bandes de vibration de valence (axe de liaison):

-Les bandes de vibration de déformation(variation de

l’angle de liaison):

Théorie de l’infrarouge

Etude d’une molécule diatomique A-B

-Molécule linéaire:

On observe principalement:

A B A B

Allongement Rétrécissement

Théorie de l’infrarouge

Etude d’une molécule diatomique A-B

-Molécule linéaire:

- Ces vibrations permettent de calculer la constante de la force de la liaison, soit k

cette constante.

- Ce calcul n’est possible qu’en fonction de la transition v=0 à v=1, car elle permet

la détermination de la fréquence de vibration fondamentale ν0 :

- Pour une molécule diatomique A-B (ex: HCl)

𝑬𝒗𝒊𝒃 =𝒉

𝟐𝝅

𝒌

𝝁(𝒗 + 𝟏 𝟐)

Théorie de l’infrarouge

Etude d’une molécule diatomique A-B

-Molécule linéaire:

v= 0 → v= 1⇒ 𝐸𝑣1 − 𝐸𝑣0 =𝒉

𝟐𝝅

𝒌

𝝁

Mais ∆𝐸 = ℎν0⇒

𝝂𝟎 =𝟏

𝟐𝝅

𝒌

𝝁: La loi de Hooke

On peut l’exprimer en cm-1 (𝑣):

𝑣 =𝟏

𝟐𝝅𝒄

𝒌

𝝁avec 𝜇 =

𝑚𝐴𝑚𝐵

𝑚𝐴+𝑚𝐵𝑝𝑜𝑢𝑟 𝑢𝑛𝑒 𝑚𝑜𝑙𝑒

Théorie de l’infrarouge

- ν : fréquence vibration- μ : masse réduite- k : constante de force de la liaison - mA et mB : masses des atomes A

et B respectivement

Donc k est de la forme :

𝒌 = 𝒗𝟐 × 𝟒𝝅𝟐𝒄𝟐𝝁

Cette méthode permet de comparer les liaison simples, doubles, et triples.

-Pour les molécules diatomiques, les vibrations actives en IR son celles qui

possèdent un moment dipolaire non nul et aucun élément de symétrie.

Br-Br : non active en IR ;H-Br active en IR

Théorie de l’infrarouge

Etude des molécules polyatomiques

-Dans une molécule polyatomique les modes de vibrations sont

très nombreux, on peut distinguer (pour la molécule d’H2O par

exemple):

Théorie de l’infrarouge

Spectre des molécules polyatomiques:

Cette théorie devient vite complexe pour les molécules polyatomiques à

cause de la superposition de plusieurs mouvements de vib et de rot, qui se

font à des différentes fréquences.

Théorie de l’infrarouge

Il va en résulter un spectre de bandes correspondant à un groupe d’atome qui est

caractérisé par une fréquence de groupe exprimer en cm-1.

Ceci va permettre l’identification des groupes fonctionnels d’un composé.

Spectre des molécules polyatomiques:

Théorie de l’infrarouge

Spectre des molécules polyatomiques:

Un spectre IR est composé de 2 régions:

4000-1000 cm-1 : correspondant aux vibration de valence.

1000-600 cm-1 : correspondant aux vibration de déformation.

RQ:La région entre 600 et 1400 cm-1 est riche en pics et épaulements, elle

est utilisé comme empreinte digitale pour distinguer des molécules de

groupements fonctionnels est des absorptions identiques entre 1400 -

4000 cm-1

Théorie de l’infrarouge

Interprétation des spectres:

Les hydrocarbures:

Ils différent par la vibration de valence C-H

Théorie de l’infrarouge

Interprétation des spectres:

Les hydrocarbures:

• Composés oxygéné: CxHyO

Théorie de l’infrarouge

Interprétation des spectres:

Les hydrocarbures:

• Composés oxygéné: CxHyO2

Théorie de l’infrarouge

Interprétation des spectres:

Les hydrocarbures:

• Les amines:

N-H → 3300-3500 cm-1

-Amine Iaire :2 pics

-Amine IIaire :1 pics

-Amine IIIair : pas de pic

III – THECHNIQUE D’UTILISATION

Préparation des échantillons:

Les spectres IR peuvent être enregistrés avec des substances

gazeuses, liquides ou solides

-Les gaz et les liquides à bas point d’ébullition sont examinés dans

des cellules spéciales dans lesquelles on fait préalablement un vide.

III – THECHNIQUE D’UTILISATION

Préparation des échantillons:

Les liquides sont examinés à l’état pur ou en solution

*Liquides purs : (0,005 mm – 0,1 mm)

*les solutions : (0,1 – 1 mm)

À noter que pour les solutions on obtient de bons résultats pour

des […] de 1% à 10 % en m/v

III – THECHNIQUE D’UTILISATION

Préparation des échantillons:

Les solides: sont examinés soit en suspension soit sous forme de

pastille.

• En suspension dans un liquide visqueux (huile de paraffine)

• Sous forme de pastille 1% environ dans du KBr

L’ensemble est réduit à l’état de poudre et transformé en pastille à

l’aide d’une presse hydraulique.

IV – Appareillage

- On peut considérer un montage à monofaisceau et à double faisceau

1 3 4 5

1: Source: lampe de Nerst

2: Monochromateur

3: Cellule d’analyse

4: Détecteur

5: Enregistrement

2

V – Application

- Cette technique de l’IR est utilisée pour le contrôle des médicaments

En particulier pour vérifier l’authenticité d’un principe actif.

• Dans l’analyse fonctionnelle, la recherche des différents groupes de

Fonctions appartenant à la substance.

• Structure des hormones stéroides et leurs pureté.

• Hormones (œstrogènes, progestatifs, corticostéroïdes)

• Utilisée pour l’identification.