De nos jours, il y a encore beaucoup de scientifiques et de développeurs qui utilisent les mêmes principes, et en s’appuyant sur eux, améliorent continuellement les méthodes. La technique se base sur la vibration des molécules lors de l’excitation de celles-ci par la source infrarouge. Mise en place de la spectroscopie proche infrarouge selon les approches Quality By Design et Lean Six Sigma pour le pilotage en ligne de l’humidité d’une poudre Lorsque le rayonnement EM interagit avec les atomes et les molécules, son comportement dépend de la quantité d'énergie qu'il transporte. La détection par spectroscopie dans le proche infrarouge s’effectue dans ce que l’on appelle le « domaine du proche infrarouge » (de 760 nm à … - Une source lumineuse : C’est une lumière monochromatique qui émet de l’énergie lumineuse à travers un filtre vers notre échantillon. En général, nous utilisons une cuve en quartz. À ces longueurs d’onde, les liaisons chimiques qui peuvent être analysées sont C-H, O-H et N-H[2]. L’application du NIR dans ce domaine permet d’effectuer des analyses importantes telles que l’humidité dans les aliments, la quantification de protéine, gras, sucres et hydrate de carbone, industrie chimique. la taille des particules et l’orientation peuvent changer les spectres. Cette absorption étant liée à la composition chimique Postharvest Biology and technology 46(2) : 99-118. Spectroscopie de transition électronique moléculaire, Spectroscopie rotationnelle-vibrationnelle, Spectroscopie de résonance de spin induite magnétiquement, Dichroïsme circulaire magnétique de rayons X, Spectroscopie d'émission de rayons X induite par des particules chargées, Spectroscopie de fluorescence des rayons X, Spectroscopie de fluorescence des rayons X en réflexion totale, Spectroscopie de rayons X à dispersion d'énergie, Spectroscopie de rayons X à dispersion de longueur d'onde, Spectroscopie d'absorption atomique par four graphite, Spectroscopie d'absorption atomique par génération d'hydrure, Spectroscopie d'émission atomique à plasma à couplage inductif, Spectroscopie d'émission atomique de plasma induit par laser, Spectroscopie de fluorescence atomique à vapeur froide, Spectroscopie ultraviolet-visible moléculaire, Spectroscopie de fluorescence moléculaire, Spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier, Spectroscopie infrarouge à réflectance totale atténuée, Spectroscopie infrarouge de réflexion-absorption à modulation de phase, Spectroscopie de résonance paramagnétique électronique, Spectroscopie de résonance magnétique nucléaire, Spectroscopie de perte d'énergie des électrons, Spectroscopie photoélectronique résolue en angle, Spectroscopie de rétrodiffusion de Rutherford, https://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Spectroscopie_dans_l%27infrarouge_proche&oldid=169056403, licence Creative Commons attribution, partage dans les mêmes conditions, comment citer les auteurs et mentionner la licence, industrie pharmaceutique. La comparaison entre rayonnement incident et transmis à travers l'échantillon suffit en effet à déterminer les principales fonctions chimiques présentes dans l'échantillon. Des oscillations harmoniques peuvent aussi être vues dans certains cas, soit celles des C=O, C-C et C-Cl[2]. Le rayonne-ment dans le Proche InfraRouge (PIR) couvre la plage des longueurs d’onde de la lumière comprise entre 780 et 2 500 nm. Principe. Pour résumer, nous obtiendrons alors un spectre comportant toutes les vibrations détectées par l’appareil et il sera possible de déterminer en présence de quelle molécule nous nous trouvons. La spectroscopie proche infrarouge n'est donc pas une technique particulièrement sensible, mais elle peut être très utile pour sonder des matériaux en vrac avec peu ou pas de préparation d'échantillon. La mise en œuvre de l'interaction d’un rayonnement infrarouge avec un échantillon, puis la détection et l'analyse spectrale (par transmission ou par réflexion) de ce rayonnement après qu'il ait interagi avec la matière est l'objet de la spectroscopie infrarouge. Les innovations dans le domaine de l’électronique et des composants optiques permirent de fabriquer des ordinateurs capables de traiter plus facilement et rapidement les données issues de ces spectres. Le facteur de transmission désigne la quantité de lumière qui passe complètement à travers l'échantillon et frappe le … Une corrélation entre les spectres de référence et les résultats d'analyse de référence est déterminée à l'aide d'outils chimiométriques. Il fallut attendre les recherches d’Ampere en 1835, qui expérimentait alors avec une invention récente, le thermocouple, pour déterminer que le spectre infrarouge avait les mêmes caractéristiques que la lumière visible. Utilisée dans un premier temps surtout sur les récoltes, entre autres pour déterminer la composition en eau des champignons, la teneur en matière sèche des oignons ou la composition en solide soluble contenu dans les pommes[3],[5], la spectroscopie proche infrarouge n’en était qu’à ses débuts. Principe de la spectrométrie infrarouge à transformée de Fourier . Le principe NIRS est basé sur la technologie du proche infrarouge. Applications 5. Proche infrarouge: 4000 – 14000 cm Infrarouge moyen : 500 – 4000 cm-1 Infrarouge lointain : 5 - 500 cm-1 Spectre IR ~ 1 meV – 1 eV. Déjà répandue dans les domaines de la chimie, de la pharmaceutique, de la pétrochimie et de l’alimentation, on s’en sert maintenant pour l’analyse de la structure des polymères. Cette vibration peut être de l’élongation ou lorsque l’on envoie les ondes vers l’échantillon, les électrons excités pourront passer sur les différents niveaux vibrationnels qui sont … C’est le démarrage de l’expertise du CRA-W en matière de spectrométrie dans le proche infrarouge. M. Blanco, I. Villarroya (2002), NIR spectrosopy : a rapid-response analytical tool. C’est en 1905 que W.W. Cobentz, inspiré par les découvertes d’Abney et Festing, décida de pousser les recherches en construisant le premier spectromètre proche infrarouge à avoir enregistré des mesures. Cette spectroscopie, très sélective, Les applications NIR varient dans chaque secteur d'activités et sont personnalisées afin de répondre aux besoins spécifiques de différentes entreprises et de leurs produits. Les harmoniques des différentes liaisons moléculaires absorbent à des fréquences spécifiques qui sont caractéristiques de leur structure. La spectroscopie du proche infrarouge (NIR) s'appuie sur l'absorption du rayonnement électromagnétique (EM) aux longueurs d'onde dans la gamme de 780 à 2 500 nm. Introduction: le spectre électromagnétique 2. Se trouvant dans le <>, il considérait, à tort, cette énergie différente de celle de la lumière[3]. Parmi celles qui pourront être observées dans les solides pulvérisés, on note entre autres la densité, la viscosité ainsi que la grosseur des particules[2]. En réponse à cette première expérience concluante, il ne fallut pas longtemps pour que la recherche soit relancée. L’origine des bandes proche infrarouge est l’absorption de la lumière proche infrarouge par des liaisons de molécules organiques. Par contre, au lieu d’utiliser le modèle entre deux sphères et un ressort, il est plus facile d’imaginer les ressorts comme étant les cordes d’une guitare, dans le sens où plusieurs harmoniques sont vus au même moment. L’analyse par spectroscopie dans le proche infrarouge utilise les propriétés du rayonnement proche infrarouge et permet d’établir une relation entre la réponse de l’échantillon à ce rayonnement et les caractéristiques de l’échantillon qu’on souhaite étudier. Convient pour les chimistes qui développent de nouveaux composés et comme outil d'assurance qualité sur la ligne pour la production. Ces modes de vibrations sont les suivantes : Les déformations des C-H des méthoxy, les déformations des C-H dus à l’association des molécules à des carbonyles, les N-H des amides primaires et secondaires (autant dans les fonctions alkyle et aryle), les N-H des amines primaires, secondaires et tertiaires et finalement les N-H formant la structure des sels aminés[3]. L’absorption par les molécules des ondes infrarouges cause donc le changement des électrons vers des niveaux vibrationnels plus élevés, créant ainsi un signal mesurable. Ce modèle peut être vu en particulier pour les liaisons de la forme X-H où X représente les molécules organiques fréquentes, soit le C, le N, le O et le S. Dans cette optique, il y a donc plusieurs types de liaisons et de groupements fonctionnels qui peuvent être vus et interprétés. Il prouva ses recherches en causant la diffraction des rayons lumineux sur trois thermomètres. Des barrettes de photodiodes en InGaAs permettent de détecter simultanément la totalité de la gamme de longueurs d'onde. Cela voulait donc dire qu’en plus d’être une méthode analytique extrêmement rapide et facile d’utilisation, celle-ci pourrait aussi être utilisée pour déterminer la structure interne des composés. Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre. Tout ce qui a trait à la caractérisation des polymères, l’analyse des hydrocarbures présente par exemple dans l’huile ou le pétrole est possible grâce au NIR. L’absorption par les molécules des ondes infrarouges cause donc le changement des électrons vers des niveaux vibrationnels plus élevés, créant ainsi un signal mesurable. Solution pour le secteur agricole pour l'analyse des cultures, des paramètres nutritionnels des aliments pour animaux et des matières premières pour la production de biocarburants. L'infrarouge lointain, allant approximativement de 400 à 10 cm1 (100025 μm, en pratique gamme 100030 μm), mitoyen de la région micro-onde, a une énergie faible et peut être utilisé pour la spectroscopie rotationnelle. À ce jour, il s’agit d’une des techniques les plus répandues dans l’industrie. Découverte et recherche sur le spectre infrarouge, Première utilisation de la SPIR pour analyse, Le tout premier spectromètre en proche infrarouge, Principe de la spectroscopie en proche infrarouge, On qualifie cette gamme de longueurs d'onde de. - Monochromateur : Celui-ci est un dispositif traitant le comportement et les propriétés émises par la source lumineuse permettant ensuite de sélectionner une gamme de longueurs d’onde possible à partir des faisceaux lumineux. La principale <> de la vibration peut être associée aux interactions entre les molécules. Le modèle d'étalonnage qui en résulte est utilisé pour la prévision des échantillons inconnus. La partie infrarouge du spectre électromagnétique est divisée en trois régions : le proche, le moyen et le lointain infrarouges, nommés en relation avec le spectre visible. Le spectre proche infrarouge est constitué de bandes harmoniques et de bandes de combinaison des bandes fondamentales observées dans la région moyen infrarouge du spectre électromagnétique. Le rayonnement infrarouge moyen, allant app… La toute première utilisation d’un appareil moderne fonctionnant dans le spectre infrarouge est attribuée à l’équipe de recherche dirigée par Norris en 1964, qui s’en servit pour calculer la quantité d’humidité dans les semences[2],[3]. Des interactions moléculaires plus fortes, ou ressort <>, seront difficile à déplacer et reprendront donc leur position initiale très rapidement. La spectroscopie NIR est utilisée pour l'analyse compositionnelle, fonctionnelle et sensorielle des ingrédients, produits intermédiaires et produits finis. Bart M. Nicolaï, Katrien Beullens, Els Bobelyn, Ann Peirs, Wouter Saeys, Karen I. Theron, Jeroen Lammertyn(2007), Nondestructive measurement of fruit and vegetable quality by means of NIR spectroscopy : A review. Cela produit un rayonnement électromagnétique dans le proche infrarouge, qui stimule les vibrations moléculaires. Comme dit plus haut, en analyse proche infrarouge, on calcule les fréquences de vibrations en se basant sur le modèle des oscillations harmoniques. Utilisée pour la première fois en 1964, cette technique a d'abord servi à mesurer très rapidement le pourcentage d’humidité des semences. De la même manière qu’il est possible d’effectuer l’analyse des composés organiques et inorganiques, des hydrocarbures présentent dans les eaux usées par exemple. Spectres UV-visible, spectres électroniques 3. La spectroscopie dans l'infrarouge proche (ou dans le proche infrarouge, SPIR), souvent désignée par son sigle anglais NIRS (near-infrared spectroscopy), est une technique de mesure et d'analyse des spectres de réflexion dans la gamme de longueurs d'onde 0,78 à 2,5 µm (l'infrarouge proche[a]). Spectroscopie infra-rouge Mise en œuvre expérimentale: 2. L'énergie des photons est directement proportionnelle à la fréquence. Les paramètres mesurables sont l'humidité, les protéines, les graisses, les acides gras libres, l'éthanol, la densité, les matières solides, les acides organiques, le profil glucidique et d'autres constituants importants. Son appareil était si sensible aux conditions extérieures qu’après chaque analyse, Cobentz devait transférer son appareil dans une salle blanche pour lui permettre de se recalibrer[2]. Une fois en mouvement et selon la masse des différents atomes de différentes masses, les masses vibreront dans les deux sens du ressort à une certaine fréquence. Son appareil était composé d’un prisme à base de sel et de différents minéraux pour diffracter les rayons infrarouges et d’une thermopile reliée à un galvanomètre à miroirs (petit instrument qui enregistre les différences de courants et les transforme en signal). La spectroscopie du proche infrarouge (NIR) s'appuie sur l'absorption du rayonnement électromagnétique (EM) aux longueurs d'onde dans la gamme de 780 à 2 500 nm. Cet appareil, construit aux USA est constitué de filtres tournants difficile à calibrer avec les moyens informatiques de l’époque. Utilisation de la spectroscopie proche infrarouge comme un outil PAT pour la quantification de substances en solution Laura Fatela To cite this version: Laura Fatela. L'énergie du rayonnement NIR, par exemple, a le pouvoir de provoquer des harmoniques dans les vibrations moléculaires. - Filtre proche infrarouge : Ce filtre permet de laisser les différentes longueurs d’onde désirées du proche infrarouge émises par la source lumineuse. Celui-ci sera bombardé par les différentes longueurs d’onde utilisées. 1) Principe de la spectrométrie PIR (NIR) ☛ La région du spectre correspondant au PIR s'étend de la limite supérieure du visible 800 nm jusqu'à 2500 nm (12800 à 4000 cm-1). Comme plusieurs harmoniques se chevauchent à l'intérieur d'un spectre, la spectroscopie NIR est principalement utilisée pour l'analyse quantitative des composants connus plutôt que pour l'identification. Par exemple, il peut y avoir des ponts H ou des interactions dipôle-dipôle entre deux molécules, ce qui affecte le mouvement des atomes d’hydrogène[2]. La spectroscopie proche infrarouge à modulation de fréquence est [...] une technique non-invasive qui utilise, de manière sinusoïdale, la lumière proche infrarouge avec modulation d'intensité pour interroger quantitativement à la fois les propriétés d'absorption et de dispersion du tissu. La spectroscopie proche infrarouge a révélé la présence d'une forte bande d'absorption en glace d'eau aux longueurs d'onde 1,04, 1,25, 1,5, 2,0 et 3,0 μm. Par exemple : On retrouve cette technique dans les domaines du pétrole, des matériaux, du textile et dans d'autres industries. L’énergie lumineuse sera donc convertie en signal électrique. Ils utilisaient alors comme instrumentation la plaque photographique, inventée en 1829, et dont il avait été noté que celle-ci avait une certaine sensibilité aux rayons infrarouge. Cela aura donc pour effet de modifier les énergies de vibration ou encore de modifier la longueur d’onde qui sera absorbée par le lien. Il réussit aussi à analyser certaines régularités dans le spectre proche infrarouge, par exemple la bande de la fonction –OH se trouvant toujours à 2,7 µm et il spécula sur un type d’interactions qu’il appela les harmoniques[1]. Il conclut sa recherche en nommant sa découverte la <>. On note aussi certains autres types de vibrations. Appareillage 4. Après cette découverte, les recherches furent ralenties, car jusqu’au milieu du siècle passé, les chercheurs ne voyaient pas d’intérêt analytique à celui-ci[2]. Cette vibration peut être de l’élongation ou lorsque l’on envoie les ondes vers l’échantillon, les électrons excités pourront passer sur les différents niveaux vibrationnels qui sont disponibles sur leur couche de valence. Near-infrared spectroscopy has revealed the presence of strong water ice absorption bands at wavelengths of 1.04, 1.25, 1.5, 2.0 and 3.0 μm. Il put ainsi déterminer, entre autres, qu’aucune molécule, même ayant la même formule moléculaire brute (par exemple les isomères), n’avait le même spectre IR, et qu’il serait donc possible de les qualifier par cette méthode. La longueur d'onde est inversement proportionnelle à la fréquence. Analyse des ingrédients de la nourriture (viande et produits carnés, produits laitiers, boissons, huiles, produits de cuisson, etc.) Le NIR produits des résultats de qualité déterminants pour la matière sèche, les protéines, l'humidité, l'huile, la granulométrie, les cendres, la dissolution de l'amidon, l'absorption d'eau et les liaisons chimiques spéciales. Il permet de contrôler l’instrument à partir de nombreux paramètres différents pour l’analyse désiré de l’échantillon et bien sûr afficher les résultats obtenus suite au traitement du signal provenant du détecteur. La spectrométrie dans le proche infrarouge La spectrométrie dans le proche infrarouge Qu?est ce que c?est ? 2. C’est grâce à cette capacité de déterminer certaines caractéristiques des solides qu’il est possible d'étudier par exemple les fruits et légumes entiers, comme mentionné plus haut. Sciences pharmaceutiques. La spectroscopie dans le proche infrarouge ( SPIR) est une technique analytique basée sur le principe d?absorption des rayonnements (infrarouges) par la matière organique. haute sensibilité (plusieurs acquisitions en même temps) ; possibilité d’analyser des produits solides et liquides à l’état pur (l’échantillon n’a pas besoin d’être préparé). Le cœur de la recherche en spectroscopie à infrarouge proche pour les sols. Le faisceau de lumière frappe le réseau de diffraction, lequel fonctionne comme un prisme et sépare la lumière en les longueurs d'onde de ses composants. Workman, L. Weyer (2012), Practical guide and spectral Atlas for interpretive near-infrared spectroscopy, second edition, Boca Raton (États-Unis) : CRC Press, 323 pages. Figure 3: Schéma d'un spectromètre en proche infrarouge. La technique se base sur la vibration des molécules lors de l’excitation de celles-ci par la source infrarouge. L’instrumentation de la spectroscopie proche infrarouge est généralement composée : - L’échantillon : C’est une petite quantité d’un produit solide, liquide, semi-solide, poudre ou autre à analyser. L’un des avantages de la spectroscopie proche infrarouge est sa portabilité, laquelle permet d’explorer l’activité du cerveau chez différentes populations (nouveau-nés, populations cliniques), y compris chez des populations qui ne peuvent être étudiées en IRMf (implants cérébraux ou cochléaires, problèmes de claustrophobie, etc.) V. Pansare, S. Hejazi, W. Faenza, R.K. Prud’homme (2012), Review of long-wavelength optical and NIR imaging materials : Contrast agents, fluorophores and multifunctional nano carriers. - Détecteur : L’énergie lumineuse provenant de l’échantillon en question est analysée par le détecteur. Bien que minoritaires, celles-ci restent importantes lors de l’analyse d’un spectre infrarouge. La première mention dans l’histoire de la notion du spectre infrarouge remonte à la découverte faite par Sir William Herschel[4]. La diode laser est le plus souvent utilisée. La spectroscopie proche infrarouge est largement utilis e pour lÕanalyse qualitati ve et quantitative de compos s conte - nant des g roupements C - H, N - H, O - H, S - H, dont les vibr a-tions sont fortement anharmoniques. 49-52. Le principe de la technique repose sur les propriétés vibrationnelles des molécules et leurs interactions avec la lumière. Le détecteur détecte la lumière transmise à travers l'échantillon et convertit ces informations dans un affichage numérique.Le rayonnement EM est décrit par sa fréquence (f, généralement en Hz), sa longueur d'onde (λ) ou l'énergie des photons (E). Elle est rapidement devenue une technique de choix dans les domaines les plus variés[3]. - Micro-ordinateur : C’est un système informatique qui est relié directement au spectromètre. TrAC Trends in Analytical chemistry 21(4) : 240-250. En effet, ils réussirent à identifier les deux groupements présents dans les solutions et reconnurent aussi l’importance des interactions avec l’hydrogène dans le spectre infrarouge[1]. Ce modèle regroupe les interactions d’élongation et de vibration des liens chimiques sous ce modèle physique plus visuel et facile à comprendre. Cette vibration peut être facilement expliquée en se servant d’un modèle très simple, soit celui de deux sphères reliées ensemble par un ressort, comme dans la figure ci-dessous[4] : Dans ce modèle, la liaison entre deux atomes est représentée par le ressort et les deux masses représentent les atomes. Il est à noter que la vibration des liens chimiques peut néanmoins être altérée par différents facteurs. Non seulement il s’agit de la première mesure, mais plus important, cela représente la première interprétation dans le proche infrarouge. La spectroscopie du proche infrarouge (NIR) s'appuie sur l'absorption du rayonnement électromagnétique (EM) aux longueurs d'onde dans la gamme de 780 à 2 500 nm. Cette vibration peut être de l’élongation ou lorsque l’on envoie les ondes vers l’échantillon, les électrons excités pourront passer sur les différents niveaux vibrationnels qui sont disponibles sur leur couche de valence. La SPIR est la mesure de l’absorption(longueur d’onde et intensité) de la lumière proche infrarouge par un échantillon. J. La spectroscopie en proche infrarouge utilise le spectre infrarouge dans ses longueurs les plus proches du visible, soit de 0,78 à 2,5 µm. Ces vibrations sont toutefois très faibles et dans plusieurs cas, elles sont absentes. Les plus petites masses oscillent à des fréquences élevées et les masses plus élevées à des fréquences plus faibles. Cette technique est largement utilisée dans les domaines de la chimie (polymères, pétrochimie, industrie pharmaceutique), de l’alimentation, de l’agriculture[1] ainsi qu'en planétologie. Comme chaque interaction est unique, cela veut dire que chacune à une fréquence différente et donc une longueur d’onde différente dans le spectre SPIR[5]. - Cuvette : C’est un récipient dans lequel on met notre échantillon à analyser. 2012. dumas-00764264 AVERTISSEMENT. 1979, le premier appareil proche infrarouge est installé dans le laboratoire de Libramont. L’absorption de l’énergie dans les molécules suit une forme linéaire où la concentration est directement proportionnelle à la quantité de lumière, ou plus précisément d’ondes infrarouges absorbées par l’échantillon. La première mention d’une analyse utilisant le spectre proche infrarouge comme longueur d’onde d’analyse a été menée par Abney et Festing sur différents liquides organiques à des longueurs d’onde de 1 à 1,2 µm en 1881[1]. Quelques années plus tard, les analyses telles que l’humidité, la détermination de la composition des médicaments, dosage des produits pharmaceutiques (ex : tablettes, capsules, etc.) Finalement, il produira un rayonnement d’une seule couleur. La spectrométrie proche infrarouge est une technique analytique appliquée dans divers domaines. Elle peut fournir des informations sur la teneur en humidité, en protéines, en graisse et en amidon. Rapport Scientifique de l’ONCFS, Office National de la Chasse et de la Faune Sauvage, Paris, France. En traitant des échantillons plus gros, par exemple les pommes entières, il ne fallut pas longtemps aux chercheurs pour découvrir que la diffusion des rayons proches infrarouges dans les matériaux dépendait de la microstructure de ceux-ci. H. W. Siesler, Y. Ozaki, S. Kawata, H.M. Heise (2002), Near-Infrared Spectroscopy : Principles, Instruments, Applications, Weinheim (Allemagne) : Wiley-VCH, 347 pages. La théorie de l’infrarouge Les plages des longueurs d’ondes utilisées en spectrométrie infrarouge se situent entre 800 et 2500 nanomètres pour le proche infrarouge (NIR – Near InfraRed ) et de 2500 à 11000 pour l’infrarouge moyen (MIR – Mid InfraRed ) (en nombre d’ondes / cm respectivement, 12 500 – Pour comprendre la spectroscopie… 1°) Décrire les niveaux énergétiques de la matière la forme a minima de la spectroscopie est la transition entre deux niveaux : DE = hn envisager l’évolution après transition 2°) Expliquer l’intensité des phénomènes de transition en termes de visible, pourquoi certaines substances ont une coloration plus intense que d’autres 3°) Expliquer la forme des pics Une discipline à part …