spectroscopie - physique.

« La dispersion de la lumière est réalisée dans ce cas par un réseau de diffraction et non par un prisme.

Ce réseau est constitué d'un miroir en verre ou en métal, sur lequelont été gravées un grand nombre de lignes parallèles.

L'emploi d'un miroir concave qui focalise alors la lumière évite de munir le spectroscope de lentilles.

Un spectroscopeà réseau offre un spectre plus détaillé qu'un spectroscope à prisme, car un réseau possède un pouvoir dispersif bien plus important. 3.3 Spectrographe Le spectrographe est un spectroscope dont le viseur est remplacé par un appareil photographique.

Il n'est pas nécessaire d'employer la photographie couleur pour distinguerles raies sur le spectre car leurs longueurs d'onde peuvent être calculées d'après leurs positions sur le film.

Les spectrographes classiques sont utilisés dans les domaines duvisible et de l'ultraviolet, et jusqu'à 1 200 nm dans l'infrarouge.

Sur les spectrographes employés dans les domaines lointains de l'ultraviolet et de l'infrarouge, on remplacele verre des lentilles et des prismes, qui ne laisse pas passer de telles radiations, par du quartz, de la fluorite, de la sylvinite ou encore du sel gemme.

L'utilisationd'émulsions photographiques spéciales permet alors d'étudier des régions spectrales de longueurs d'onde inférieures à 60 nm dans l'ultraviolet et au-delà de 0,01 cm dansl'infrarouge. Pour l'étude du Soleil, on emploie un spectrographe adapté, appelé spectrohéliographe, qui photographie les détails de la surface solaire. 3.4 Spectrophotomètre Le spectrophotomètre est utilisé pour comparer la répartition spectrale d'une substance inconnue avec celle d'un élément chimique standard.

Cet appareil est muni d'undétecteur qui peut être un bolomètre, appareil à résistance électrique adapté à la mesure des spectres infrarouges, ou bien une cellule photoélectrique, employée pourl'analyse des spectres ultraviolets. 4 APPLICATIONS DE LA SPECTROSCOPIE C'est en analyse chimique et en astrophysique que l'on utilise principalement l'analyse spectrale. 4.1 Analyse chimique À chaque élément chimique correspond un spectre caractéristique, même si des éléments différents peuvent donner naissance à des raies qui sont très proches.

La raieFraunhofer C de longueur d'onde 430,8 nm peut avoir ainsi deux origines : elle peut correspondre à une raie du calcium de longueur d'onde 430,7749 nm ou à une raie dufer de longueur d'onde 430,7914 nm.

Avec un spectroscope ordinaire, la distinction entre ces deux longueurs d'onde serait difficile.

Les autres raies du calcium, cependant,sont très différentes de celles du fer, si bien qu'en comparant l'intégralité des deux spectres aucune confusion n'est possible.

C'est pourquoi on utilise couramment laspectroscopie en analyse chimique pour déterminer la présence ou l'absence d'un élément chimique particulier.

Suivant la nature de l'échantillon à analyser, on a recours àdifférentes méthodes. 4.1. 1 Spectres d'émission On utilise les spectres atomiques d'émission pour caractériser un élément chimique.

Ils se composent de fines raies colorées qui correspondent à des rayonnementsmonochromatiques particuliers.

On les obtient à l'aide de spectroscopes à prisme ou à réseau, pourvus de source de lumière monochromatique.

Par exemple, on peutformer le spectre d'émission du mercure en utilisant un spectroscope doté d'une lampe à vapeur de mercure.

C'est grâce à cette méthode que Bunsen et Kirchhoffdécouvrirent en 1861 le césium et le rubidium par analyse de leurs spectres d'émission. 4.1. 2 Spectres d'absorption Les spectres d'absorption sont obtenus en intercalant l'élément absorbant avant le système dispersif du spectroscope, muni d'une source de lumière blanche.

On observealors un spectre continu strié de fines raies noires.

Ainsi, le spectre d'absorption de l'hydrogène présente une série de raies foncées sur un fond brillant, précisément auxendroits où sont situées les raies brillantes de Balmer dans son spectre d'émission.

Il est à noter que la phosphorescence ou la fluorescence d'un composé chimique résulteégalement d'une absorption de photons ( voir luminescence). 4.1. 3 Spectres de rayons X et de rayons g Les spectres de rayons X et de rayons g sont enregistrés par des détecteurs de particules adaptés.

Les premiers sont obtenus en irradiant l'échantillon par des électrons à grande vitesse, tandis que les seconds sont issus d'un bombardement de neutrons.

L'échantillon émet alors des rayons X dans le premier cas, des rayons g dans le second. La spectroscopie de rayons g est utilisée pour identifier de très petites quantités d'éléments chimiques de l'échantillon.

Alliée à d'autres méthodes spectroscopiques plus conventionnelles, cette technique est précieuse en police scientifique. 4.1. 4 Spectres Raman La spectroscopie Raman, découverte en 1928 par le physicien indien sir Chandrasekhara Venkata Raman, a connu récemment d'importantes applications en chimiethéorique.

Cette méthode permet de déceler dans une molécule certains groupes d'atomes, et d'en préciser la configuration.

Elle repose sur l'effet Raman, qui se traduit parun changement de fréquence d'une partie du rayonnement émis par la molécule, correspondant à une modification de son énergie de vibration. 4.1. 5 Résonances magnétique nucléaire et paramagnétique électronique La résonance magnétique nucléaire (RMN) et la résonance paramagnétique électronique (RPE) sont deux techniques spectroscopiques magnétiques utilisées dans ledomaine des radiofréquences, au-delà de l'infrarouge.

Tout comme la spectroscopie Raman, ces deux procédés permettent d'étudier la structure de certaines molécules.

Ilss'appliquent aux composés chimiques de moment magnétique non nul.

En plaçant l'échantillon dans un champ magnétique, on provoque l'alignement de ses moments, quisubissent alors une réorientation lorsqu'une radiofréquence leur est appliquée. 4.2 Astrophysique La spectroscopie constitue un atout capital pour l'astrophysique, car elle permet de déterminer la composition chimique des astres, la vitesse et la température des étoilesou encore la nature des étoiles doubles ( voir astronomie). 4.2. 1 Composition chimique des astres L'observation des étoiles, des planètes et de leurs satellites à l'aide de spectroscopes fournit des informations précieuses sur la nature des éléments chimiques qui lescomposent.

Par exemple, grâce à une analyse de la lumière du Soleil par un spectrohéliographe, on a pu déterminer avec précision l'origine de ses différents constituants.. »