Spectrométrie infra-rouge (IRTF)

La spectrométrie infra-rouge à transformée de Fourier (IRTF) est une technique d'analyse moléculaire permettant d'obtenir des informations sur les liaisons chimiques et sur la structure moléculaire des matériaux analysés.

Au laboratoire, elle est plus particulièrement utilisée :

  • Dans le domaine de la peinture pour permettre l'identification des liants (colle, cire, huile..), des vernis, des fixatifs et des consolidants ainsi que l'identification de certains pigments ;
  • Dans le domaine des pierres et des grottes ornées pour déterminer la nature des sels et des produits d'altération ;
  • Dans le domaine des textiles pour caractériser certaines fibres synthétiques.

Matériel utilisé

Le système, de la marque PerkinElmer, se compose d’un banc infrarouge SPECTRUM 2000 équipé d’un détecteur DTGS ainsi que d’un accessoire ATR.

Il couplé à un microscope infrarouge SPOTLIGHT 400 équipé d’un détecteur MCT et dispose de pointe ATR de tailles différentes.

L’ensemble est piloté par le logiciel SPECTRUM pour le banc et SPECTRUM IMAGE pour le microscope.

Principe de fonctionnement

Lorsque l'énergie apportée par le faisceau lumineux est voisine de l'énergie de vibration de la molécule, cette dernière va absorber le rayonnement et on enregistrera une diminution de l'intensité réfléchie ou transmise. Le domaine infrarouge entre 4000 cm-1 et 400 cm-1 (2.5 – 25 µm) correspond au domaine d'énergie de vibration des molécules.

Par conséquent à un matériau de composition chimique et de structure donnée va correspondre un ensemble de bandes d'absorption caractéristiques permettant d'identifier le matériau. L'analyse s'effectue à l'aide d'un spectromètre à transformée de Fourier qui envoie sur l'échantillon un rayonnement infrarouge et mesure les longueurs d'onde auxquelles le matériau absorbe et les intensités de l'absorption. La figure 1 décrit le schéma d'un spectromètre à transformée de Fourier.

Le faisceau infrarouge provenant de la source A est dirigé vers l'interféromètre de Michelson qui va moduler chaque longueur d'onde du faisceau à une fréquence différente. Dans l'interféromètre le faisceau lumineux arrive sur la Séparatrice. La moitié du faisceau est alors dirigée sur le miroir fixe, le reste passe à travers la séparatrice et est dirigé sur le miroir mobile. Quand les deux faisceaux se recombinent, des interférences destructives ou constructives apparaissent en fonction de la position du miroir mobile. Le faisceau modulé est alors réfléchi des deux miroirs vers l'échantillon, où des absorptions interviennent. Le faisceau arrive ensuite sur le détecteur pour être transformé en signal électrique.

Le signal du détecteur apparaît comme un interférogramme, c'est à dire une signature de l'intensité en fonction de la position du miroir. L'interférogramme est la somme de toutes les fréquences du faisceau. Ce dernier est ensuite converti en un spectre infrarouge par une opération mathématique appelée transformée de Fourier.

Les informations tirées des spectres sont de deux sortes :

- Informations qualitatives : Les longueurs d'onde auxquelles l'échantillon absorbe, sont caractéristiques des groupes chimiques présents dans le matériau analysé ;

- Informations quantitatives : L'intensité de l'absorption à la longueur d'onde caractéristique est reliée à la concentration du groupe chimique responsable de l'absorption. Pour avoir une mesure absolue il convient d'étalonner auparavant les couches par une autre technique pour pouvoir établir une relation expérimentale entre intensité du signal et proportion ou épaisseur.