Méthode spectroscopique qui mesure l'absorption (ou la transmission/réflexion) du rayonnement infrarouge par un échantillon, où des transitions vibrationnelles de liaisons moléculaires produisent des bandes d'absorption caractéristiques utilisées pour identifier des groupes fonctionnels et des motifs de liaison.

Principe

Les vibrations moléculaires (étirement, flexion, torsion) modifient le moment dipolaire d'une molécule ; lorsqu'un photon IR possède l'énergie d'une transition vibrationnelle, une absorption se produit à un nombre d'onde caractéristique de la force de la liaison, de la masse réduite et de l'environnement local ; les règles de sélection et les couplages font varier les formes et positions des bandes en présence de conjugaison, liaison hydrogène et changement d'état.

Démonstration

Détection d'une bande carbonyle près de 1700 cm−1 et d'une large bande O–H entre ~3200–3600 cm−1 dans un spectre IR d'un échantillon organique (transmission ou ATR), suggérant la présence d'un acide carboxylique ou d'une cétone et de fonctions alcool hydrogénées.

Mauvaise application

Attribuer des groupes fonctionnels uniquement par les plages de fréquence de manuel sans tenir compte de la conjugaison, du solvant ou des décalages dus aux liaisons hydrogène et en ignorant les bandes chevauchantes ; ou conclure à l'absence d'un groupe parce qu'une bande faible est masquée dans un mode d'échantillonnage bruité ou inadapté.

Conséquence

La spectroscopie IR fournit une identification rapide et non destructive de nombreux groupes fonctionnels, peut suivre l'avancement d'une réaction et soutenir des propositions de structure ; avec un étalonnage soigné et un échantillonnage adapté elle peut donner des informations quantitatives, mais des techniques complémentaires sont souvent nécessaires pour une preuve structurale sans ambiguïté.

Inversion

La spectroscopie Raman, qui observe les vibrations par des changements de polarisabilité et est donc complémentaire — certaines vibrations faibles en IR sont fortes en Raman et inversement.

Limite

S'applique aux transitions vibrationnelles moléculaires qui induisent un changement de moment dipolaire ; les étirements non polaires symétriques peuvent être inactifs en IR. La méthode ne fournit pas directement la connectivité ou la stéréochimie dans des mélanges complexes et est limitée par les bandes chevauchantes, effets de matrice, préparation de l'échantillon (ATR vs transmission) et résolution instrumentale.

Tension sémantique

La position d'une bande est souvent assimilée à l'identité d'un groupe fonctionnel tandis que l'intensité est liée à la concentration ; cependant l'intensité dépend de l'amplitude du changement de dipôle et du mode d'échantillonnage, créant une tension lorsqu'on utilise l'intensité comme proxy d'abondance sans étalonnage.

Synthèse

La spectroscopie infrarouge détecte des absorptions vibrationnelles résultant de mouvements moléculaires changeant le dipôle ; en interprétant positions, formes et intensités des bandes dans leur contexte (conjugaison, liaisons hydrogène, état et méthode d'échantillonnage) elle fournit rapidement des informations sur les groupes fonctionnels qui complètent d'autres techniques structurelles.