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Etude Structurale et Dynamique de Solutions de Sucre Confinées

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par Gérald LELONG
Université d'Orléans - Thèse 2007
  

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3.3.3. Caractérisation Raman

Comme nous venons de le voir, le protocole expérimental nécessite une montée en température de la solution pour activer la thermolyse de l'urée. Ce chauffage, bien que modéré (~ 80 °C), pourrait dégrader le monosaccharide. Afin de s'assurer de l'intégrité des molécules de D-glucose après gélification, des mesures de spectrométrie Raman ont été réalisées en collaboration avec Dr A. Desmedt du LPCM (Université Bordeaux 1).

La spectroscopie Raman permet de sonder les transitions vibrationnelles, qui sont caractéristiques d'une molécule dans un environnement donné. Les mesures en Raman confocal ont été réalisées sur un spectromètre Labram II (Jobin-Yvon), dont la source excitatrice est un laser Ar/Kr opérant à 514,5 nm et avec une résolution spectrale de 6 cm-1. Un microscope équipé d'un objectif 50× avec une ouverture numérique de 0,75 et un trou confocal de 700 um ont été utilisés pour faire converger le faisceau sur l'échantillon. Un filtre Notch a également été utilisé pour filtrer la diffusion Rayleigh. Les gels A1, A2 et A3, et une solution de D-glucose à 14 wt.% ont été mesurés entre 100 et 4200 cm-1 à la température ambiante. Les spectres sont présentés dans la figure 30.

12

10

Solution 14 wt.%

8

6

4

2

A3

A2

Al

0

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

Déplacement Raman (cm~1)

Figure 30: Spectres Raman pour les gels A1, A2 et A3, et pour une solution de D-glucose à 14 wt. %. Les lignes en pointillés marquent la position des pics Raman du D-glucose.

Les gels A2 et A3 présentent un nombre important de pics dans la région spectrale comprise entre 250 et 1500 cm-1. Ces raies, que l'on observe très clairement dans la solution, correspondent aux différents types de vibrations existantes dans la molécule de D-glucose. Les attributions des différentes raies sont listées dans le tableau 21. La coïncidence des raies, sans décalage en fréquence, témoigne de la présence du monosaccharide dans son intégrité structurale. Notons également que l'on retrouve des pics de déformation pour les deux variétés allotropiquesetdu D-glucose, ce qui confirme qu'il n'y a pas eu de discrimination d'une variété par rapport à l'autre durant la synthèse.

Un autre point est également à noter: l'évolution de la bande des -OH entre 2700 et 3800 cm-1. Lorsque l'on augmente la concentration en sucre, la bande des -OH diminue de manière importante. Cette observation traduit l'augmentation du nombre de liaisons hydrogène entre le monosaccharide et l'eau et donc, par voie de conséquence, la diminution des liaisons hydrogène entre molécules d'eau. Donc lorsque la concentration augmente, le sucre «déstructure » le réseau aqueux.

On pourrait se demander, pourquoi n'observe t'on pas de déplacement en fréquence, puisque nos solutions sont confinées? En fait, la résolution instrumentale (6 cm-1) ne nous permet pas de déconvoluer deux pics séparés de quelques cm-1. De plus, dans le cas où les molécules de sucre interagissent avec la matrice hôte, la proportion de molécules interagissant est si faible, que le décalage en fréquence est masqué par les autres vibrations plus nombreuses et donc plus intenses.

Espèce
concernée

Déplacement

Raman (cm-1) Type Attribution

170 vh2) élongation de la liaison hydrogène

450 vL1) libration (inter)

780 vL2) libration (inter)

Eau 1650 v2a1 déformation symétrique (intra)

3240 v, élongation symétrique

3400 v3 élongation asymétrique

3600 - groupements OH non interagissant

D-glucose

425 CCC) déformation -C-C-C-

450 CCO)endo déformation -C-C-O-

518 C2-C1-O1) déformation -C2-C1-O1- de la forme

540 C2-C1-O1) déformation -C2-C1-O1- de la forme

585 C6-C5-O5) déformation -C6-C5-O5-

710 O5-C1-O1) déformation -O6-C1-O1- de la forme

770 O5-C1-O1) déformation -O6-C1-O1- de la forme

842 vCC) élongation -C-C- de la forme

860 vCH) élongation -C-H- de la forme

893 vCC) élongation -C-C- de la forme

910 vCH) élongation -C-H- de la forme

1018 C-O-H) déformation -C-O-H-

1060 C-O-H) déformation -C-O-H-

1124 vCO) élongation -C-O-

1260 zCH2) twisting du groupement -CH2

1336 zCH2) twisting du groupement -CH2

1372 wCH2) wagging du groupement -CH2

1445 CH2) déformation du groupement -CH2

2900 vCH) élongation

2946 vCH) élongation

Tableau 21 : Affectation des fréquences observées dans le spectre du D-glucose en solution aqueuse et dans

les gels A1, A2 et A3.111,112,113,114,115

La synthèse semble donc répondre à toutes nos attentes : confinement, concentration, conservation de la structure moléculaire de sucre, mais il nous reste une inconnue à déterminer : le diamètre moyen des pores ... Afin de répondre à cette question, nous avons étudié ces trois mêmes gels à l'aide de la diffusion des neutrons aux petits angles (SANS).

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