– UE: VIII Sciences analytiques 2015-2016 Spectroscopies

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PLAN DU COURS
I) Introduction.
II) Radiation : rayonnement électromagnétique
1) Caractère ondulatoire continue
2) Caractère corpusculaire
III) Energie atomique ou moléculaire
1) Quantification de l'énergie
a) L'atome
b) La molécule
b.1 Energie de vibration de la molécule associé à nq de vibration
b.2 Energie de rotation de la molécule associé à nq rotation
2) Energie moléculaire
a) état énergétique d’une molécule.
IV) Interaction lumière (radiation) matière (atome ou molécule)
1) Forme d’un spectre (absorption moléculaire)
2) Bande d’absorption - longueur d’onde maximale d’absorption (lambda max)
Spectroscopies
– UE: VIII Sciences analytiques
Semaine : n°1 (du 07/09/15 au
09/09/15)
Date : 08/09/2015
Heure : de 15h00
à 16h00
Professeur : Pr. GOOSSENS
Binôme : n°10
Correcteur : B12
Remarques du professeur
•Les ed et les tp illustrent le cours.
•Ne pas hésiter à envoyer des mails : jean-franç[email protected]
•Tous les cours sont sur Moodle après une ou deux heures de cours.

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I) Introduction.
Spectrométrie : c’est une mesure.
Spectroscopie: c’est une méthode, une technique.
Pour faire une étude en spectroscopie il faut 2 éléments :
-Radiation : rayonnement électromagnétique.
Quand on parle de radiation : il faut la considérer comme un rayonnement électromagnétique. Il y a des
éléments émis par cette lampe de nature électronique et magnétique.
-Atome ou molécule (énergie) : quantification de l’énergie.
Une molécule c’est un enchainement d’atomes. Mais quand on fait la spectroscopie on regarde l’aspect
énergétique. Une molécule ou atome a de l’énergie. Ex : Pour séparer 2 Hydrogènes : il faut beaucoup
d’énergie
On va ensuite étudier : l’interaction lumière-matière : absorption : reflet des transitions d’énergies.
Quand on mesure cette interaction entre radiation et matière : on regarde comment varie l’énergie de la
matière = transition énergétique.
II) Radiation : rayonnement électromagnétique.
1) Caractère ondulatoire continue
En spectroscopie on va regarder une radiation sous sa forme d’énergie, de même pour l’atome. Si on met 2
énergies en face l'une de l'autre, l'une irradiant l’autre, on peut regarder l'interaction entre ces deux
éléments (la lumière et la matière).
Il y a 2 théories :
-la lumière a un caractère ondulatoire continue. Cela nous permet de quantifier et qualifier
cette énergie

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On la caractérise par :
-Fréquence : nu = c / lambda (c = vitesse de la lumière) -> unité : seconde-1 ou Hertz
-Nombre d’onde : nu’ = 1 / lambda aussi écrit nu barre. Unité : distance -1. En IR on travaille
en cm-1 (et la longueur d’onde c’est en nm souvent)
-Vi = nu . lambda i
oDans l’air Vair = cvide = 3,00 . 10 puissance 10 cm / s.
oen km / s = 3 . 10 puissance 5.
Ex!: L'unité d'une fréquence (distance divisé par des seconde divisé par une distance cela signifie que la
fréquence est en s-1 ou en Hz). Il faut donc se rappeler des unités fondamentales.
Lorsque l'on travail en spectroscopie UV ou visible on entend souvent parler de longueur d'onde (λ) mais
en IR c'est ν’.
Rappel : Un rayonnement électromagnétique va se propager de gauche à droite. Comme
c'est un rayonnement électromagnétique il présente une composante électronique et
magnétique. De la même façon lorsque l'on regarde dans un plans ou dans l'autre on va
pouvoir caractériser cette lumière par sa période et en spectroscopie on l'appelle la
longueur d'onde (λ). Cette énergie on peut aussi la caractériser par son amplitude (ou
intensité) qui se caractérise par sa fréquence.
La vitesse d’une radiation dépend du milieu dans lequel elle se propage.
Vi = c / n
Avec:
n!: indice de réfraction du milieu traversé.
c : la vitesse de célérité.
On voit donc que l'indice de réfraction dans l'air et dans le verre sont different.

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2) Caractère corpusculaire quanta = photon
2ème théorie :
-caractère corpusculaire : quanta = photon
Cette théorie fait appel à la médecine quantique. C'est un corps que l’on appelle photon et qui se
caractérise comme une énergie.
Une énergie est en Joule (1 J = 1,6. 10^-19 eV).
Quantum : E = h. nu = h . c / lambda
h : constante de Planck (h= 6 , 63 10-34 J.s)
Cc: vitesse de la lumière
-> Si énergie diminue alors lambda augmente.
Il y a des chaines électriques en eV qui vont permettre de caractériser chaque espace d’énergie:
•Petites valeurs d'énergie: ondes radio, ondes radar, micro-ondes.
•Énergies plus fortes : rayons cosmiques, rayons gamma, rayons X.
Les IR ont des énergies plus faible que le visible et que l’UV.
Ex: il y a plus d’énergies dans l'UV qui donnent des coups de soleil que dans la lumière.
-> Pour les énergies les plus grandes, la longueur d'onde sera plus petite (elle est inversement
proportionnel)

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Les micro ondes ont une énergie plus basse que la lumière du visible. Pour autant, si
on met un verre d'eau dans le micro onde, l'eau est chaud. Si on prend le même verre
et qu'on le met à la lumière du visible on aura jamais cette température pourtant
l’énergie est bien que plus grande dans le visible que dans le micro ondes. Il faut une
adéquation entre l’énergie de la lampe ou la radiation et le matériau qui
réceptionne. Il faut qu'il y ait résonance, c'est a dire une adéquation entre le
premier partenaire et le second.
Question d'examen :
• Rappeler l'équation reliant l'énergie d'une transition à
• a) La fréquence du rayonnement : E = hν
• b) au nombre d'onde du rayonnement : E = hν'
• c) la longueur d'onde du rayonnement : E = hc / λ
• Précisez les unités de chaque longueur
• Données:h et c
III) Energie atomique ou moléculaire:
1) Quantification
Nombres quantiques (nq): nombre entiers.
Lorsque l'on va étudier un échantillon (sous forme atomique ou moléculaire) on va l’étudier sous forme
d’énergie. On ne regarde pas la structure.
De plus l’énergie est quantifié: une molécule, un atome à une et une seule énergie de base.
Type de rayonnement
λ
UV
200-400 nm
Visible
400-800 nm
IR
10-6 – 10-3 m