WOW !! MUCH LOVE ! SO WORLD PEACE !
Fond bitcoin pour l'amélioration du site: 1memzGeKS7CB3ECNkzSn2qHwxU6NZoJ8o
  Dogecoin (tips/pourboires): DCLoo9Dd4qECqpMLurdgGnaoqbftj16Nvp


Home | Publier un mémoire | Une page au hasard

 > 

la spectroscopie RAMAN une technique d'analyse de choix

( Télécharger le fichier original )
par meriem ZENAGUI
université Abou Bakr Belkaid-tlemcen - D.E.S en physique option rayonnement 2005
  

précédent sommaire suivant

Bitcoin is a swarm of cyber hornets serving the goddess of wisdom, feeding on the fire of truth, exponentially growing ever smarter, faster, and stronger behind a wall of encrypted energy

Instrumentations en

Spectroscopie Raman

Introduction :

Depuis 1990, il existe des microscopes Raman possédants un système dispersif à réseau, un laser proche infrarouge (780nm) et un détecteur très sensible (caméra CCD) à deux dimensions (spatiale et spectrale). Il existe deux types de spectromètre Raman : conventionnel et à transformée de Fourier, qui peuvent tous les deux être équipés d'un microscope.

II- 1) Composition des spectromètres Raman :

Les spectrophotomètres Raman classiques sont semblables en apparence aux autres spectrophotomètres. Ils comprennent donc :

- une source lumineuse qui fournit le faisceau incident

- une platine de transfert

- un monochromateur qui permet de séparer les rayons lumineux de fréquences différentes

- un détecteur qui analyse l'intensité des faisceaux lumineux

- un système d'amplification et d'enregistrement.

Fig. II-1 Schéma de principe d'un spectromètre Raman - laser

A) La source :

Dans la spectroscopie Raman, on irradie l'échantillon par une source laser, qui est très intense, où la longueur d'onde d'excitation peut être choisie dans un domaine assez large. On distingue les lasers continus et les lasers pulsés.

En spectroscopie Raman ces lasers ont plusieurs avantages, en effet ils nous offrent :

v Une cohérence spatiale de la lumière émise qui permet d'obtenir de grandes densités de puissance incidente. On peut donc enregistrer les raies observées de faibles intensités, en un temps très court.

v Une grande monochromacité de la raie excitatrice; la longueur d'onde de cette raie étant très petite, les spectres de rotations et de vibrations sont minutieusement résolus (au cm-1 près).

v Une puissance du faisceau laser contrôlable, elle n'est ni trop faible ni trop forte.

v Une stabilité du faisceau laser (cohérence temporelle) qui élimine presque totalement le fond continu qui empêche l'étude spectroscopique de certaines molécules de masse relativement élevée.

v Une mise en évidence de l'effet isotopique.

v Une grande densité des photons, créée par focalisation du faisceau laser dans un petit volume d'échantillon qui permet d'observer une diffusion Raman très intense à partir d'une petite quantité de substance.

v Un rayonnement incident qui traverse en entier l'échantillon.

v Aussi, les lasers nous permettent d'obtenir des spectres reproductibles.

B) Platine de transfert :

La platine de transfert comprend deux systèmes optiques :

- L'un permet l'éclairement de l'échantillon,

- L'autre la concentration de l'effet Raman sur la fente d'entrée du monochromateur.

C) Monochromateur :

Il a pour rôle d'analyser la lumière diffusée et de séparer efficacement l'effet Raman, peu intense, de la raie Rayleigh, car on ne peut exploiter les qualités du laser que si le monochromateur possède une résolution et une luminosité très élevées, et aussi un très bas taux de lumière parasite.

Un monochromateur à réseau classique éclairé par une lumière parfaitement monochromatique d'intensité I, laisse apparaître le long du spectre une lumière résiduelle d'une intensité au mieux égale à 10-4 I, et ce facteur ne peut être réduit que de 10 à 100 seulement.

C'est pourquoi les spectromètres Raman possèdent un monochromateur double (ou triple), comportant deux étages (ou trois) à réseaux holographiques placés en série.

 

Fig. II.2 schéma optique de monochromateurs

D) détection - microsonde :

1 - détection photoélectrique :

L'analyse du spectre Raman peut être effectuée par deux méthodes :

- soit par analyse successive des différents éléments spectraux au moyen d'un détecteur photoélectrique monocanal.

- Ou bien par analyse simultanée de ces éléments spectraux au moyen d'un détecteur multicanal.

1.1 Détection photoélectrique monocanal :

Le spectromètre Raman laser monocanal contient un dispositif mécanique de balayage du spectre qui assure le défilement du spectre à analyser dans le plan de sortie du spectromètre.

Le photomultiplicateur, qui est un détecteur de type photo émissif, utilisé dans un appareil de spectrométrie Raman est toujours refroidi (T 40°C) au moyen d'un refroidisseur thermoélectrique pour diminuer les émissions thermoélectriques.

De plus, ce photomultiplicateur doit être bien blindé avec du métal pour l'isoler des champs magnétiques extérieurs.

1.2 Détection de photons multicanale - Détecteurs multicanaux à barrettes photodiode :

En détection photoélectrique monocanale, il y a risque important de perte d'information. Pour éviter ceci, on utilise un spectromètre multicanal c'est-à-dire un spectromètre permettant d'analyser simultanément un grand nombre d'éléments spectraux.

En fait, le spectromètre n'a plus de système de balayage mécanique, mais il fonctionne comme un spectrographe couplé à un détecteur photoélectrique multicanal comportant un grand nombre de canaux de détection, ce qui permet d'avoir des mesures et des analyses plus précises.

D'autre part, en raison de leurs propriétés et de leurs dimensions géométriques, ces détecteurs multicanaux à barrettes photodiodes, sont parfaitement conçus pour la détection simultanée des raies spectrales.

2 - Microsonde Raman - laser :

On peut obtenir un instrument pouvant effectuer une analyse locale non destructive d'un volume de l'ordre de um3 ce qui correspond à une masse

d'échantillon de l'ordre du pico gramme ; qu'on appelle microsonde Raman et en utilisant comme optique de transfert un objectif de microscope avec un angle d'ouverture de l'ordre de 140° dans l'air.

a) Microsonde de première génération :

Elle a permis de nombreuses applications de la microanalyse par effet Raman dans différents domaines. De plus, elle a pu mettre en évidence les possibilités importantes de cette technique ainsi que ses principales limitations.

A filtre

B filtre spatial J éclairage ou lumière blanche

C trou d'épingle L fente d'entrée

D mesure de la puissance laser M miroir collimateur

E lame séparatrice N réseau

F pupille de sortie O fente intermédiaire d'un double ou

G objectif de microscope fixe d'un triple monochromateur

H porte échantillon P filtre de sécurité

I éclairage ou lumière blanche Q caméra de télévision ou vidicon

Fig.II.3 Principe de la microsonde Raman de première génération

b) Microsonde de seconde génération :

Développée depuis 1980, elle exploite les progrès des détecteurs photoélectriques multicannaux. Elle permet soit de détecter des signaux

Raman de faible intensité, soit de réduire le temps d'exposition de l'échantillon tout en gardant la puissance laser à un niveau qui ne risque pas de détruire l'échantillon.

Fig. II.4 Principe de la microsonde Raman de deuxième génération

c) Microsonde Mole à effet Raman :

C'est une méthode en général non destructive, où les échantillons sont placées à l'air libre et ne nécessite pas de répartition spéciale. Elle regroupe un microscope optique classique, un filtre optique à réseaux holographiques concave et un système de détection monocanale.

Cette microsonde permet l'analyse d'échantillons dont la taille minimale est de l'ordre du micron et la taille maximale est limitée par la nécessité de mettre au point le microscope avec des objectifs de fort grossissement.

E) Amplification et enregistrement :

Les récepteurs de rayonnement employés en spectrométrie Raman sont des photomultiplicateurs, qui sont eux même de parfaits amplificateurs à courant continu dont le gain est de l'ordre de 106.

Ces tubes photoélectriques possèdent une photocathode et des étages à amplification par émission secondaire.

Lorsque le tube est sous une tension et si l'on évite d'illuminer fortement la photocathode, leur durée de vie devient presque illimitée.

En fixant avec précision, la tension d'alimentation des dynodes, on peut ainsi stabiliser le gain.

Le signal de sortie d'anode du photomultiplicateur est mesuré soit par un amplificateur, soit par une méthode numérique appelée comptage des photons.

F) La spectroscopie Raman par transformée de Fourier :

La spectroscopie Raman conventionnelle offre plusieurs avantages :

* En Raman l'échantillon n'a pas besoin d'une préparation au préalable. Il n'est donc pas détruit et peut être réutilisé.

* Aussi grâce à l'excellente transmission du verre dans le visible ou le proche infrarouge ; il peut être utilisé comme matériau porte échantillon.

* En Raman, l'eau convient très bien à l'étude des composés en solution aqueuse puisqu'il diffuse très peu la lumière.

Malgré ça, la spectrométrie Raman demeure plus au mois délaissée; car elle provoque une fluorescence très géante de certains échantillons utilisés, due au laser qui les illumine, opérant dans le visible.

Plusieurs groupes de recherche ont pu prouver que la réalisation pratique de la spectroscopie Raman par transformée de Fourier est possible.

Le RTF permet donc, l'analyse de plusieurs composés, qu'on ne pouvait étudier au paravent, comme les colorants, les molécules biologiques, les polymères.

précédent sommaire suivant






Bitcoin is a swarm of cyber hornets serving the goddess of wisdom, feeding on the fire of truth, exponentially growing ever smarter, faster, and stronger behind a wall of encrypted energy