Qu’est-ce qu’un spectromètre Raman ?
Un spectromètre Raman est un appareil qui permet d’analyser les structures chimiques et d’évaluer les propriétés physiques en mesurant la lumière diffusée lorsqu’une substance est irradiée par la lumière.
La lumière diffusée contient de la lumière de différentes longueurs d’onde, la lumière de même longueur d’onde que la lumière incidente étant appelée lumière diffusée de Rayleigh et la lumière de longueur d’onde différente étant appelée lumière diffusée de Raman. Le spectromètre Raman analyse et évalue en détectant la lumière diffusée par Raman.
Le spectromètre Raman se compose d’une source laser, d’un réseau de diffraction, et d’un détecteur sensible pour détecter la faible lumière Raman diffusée par le spectromètre. Il peut mesurer la structure de la plupart des matériaux, qu’ils soient gazeux, liquides ou solides, sans aucun traitement préalable.
De plus, les spectromètres Raman sont utilisés dans de nombreux domaines car ils permettent d’identifier les molécules sans contact et de manière non destructive.
Utilisations des spectromètres Raman
Les spectromètres Raman sont utilisés dans un grand nombre de domaines, notamment les batteries, les écrans, les sciences alimentaires, la médecine et les produits pharmaceutiques, en tant qu’instruments d’analyse des structures chimiques et moléculaires, qu’il s’agisse de matériaux organiques ou inorganiques.
Ils peuvent analyser la durée de vie, les performances et l’état de dégradation des batteries. Ils sont aussi capables d’analyser quantitativement des protéines, des lipides et des pigments alimentaires contenus dans les produits alimentaires. Dans le domaine pharmaceutique, la spectroscopie Raman peut être utilisée pour examiner les structures cristallines, ce qui permet de déterminer la solubilité et l’efficacité d’un produit.
Principe du spectromètre Raman
Un spectromètre Raman est un appareil permettant d’évaluer la structure et les propriétés physiques d’une substance en détectant la lumière Raman diffusée par la substance. Il se compose d’une source de lumière, qui est la source de la lumière diffusée, d’un monochromateur pour extraire la lumière diffusée Raman de la lumière diffusée et d’un détecteur pour détecter la lumière diffusée Raman.
1. Source lumineuse
Une source lumineuse à longueur d’onde unique et à forte intensité lumineuse est utilisée. Plus la largeur de ligne de la source lumineuse est étroite, plus la résolution de l’analyse est élevée et plus la lumière diffusée émet un signal faible. Dans la plupart des cas, des lasers à l’état solide sont utilisés.
2. Spectromètre
Des monochromateurs émettant de la lumière à une seule longueur d’onde sont utilisés mais il est également possible de se servir de polychromateurs émettant de la lumière à une longueur d’onde fixe. La spectroscopie est réalisée à l’aide de réseaux de diffraction dans le spectromètre. Le réseau de diffraction est un substrat de verre gravé de rainures microscopiques à intervalles égales. Il s’agit d’un élément qui utilise le phénomène de diffraction de la lumière pour effectuer la spectroscopie.
3. Détecteur
La lumière diffusée par Raman étant faible, un détecteur très sensible est utilisé. Lors de la détection, il est souhaitable de détecter simultanément un certain nombre de longueurs d’onde spectralement séparées. Des capteurs d’images linéaires sont donc utilisés.
Autres informations sur les spectromètres Raman
1. Comparaison avec les spectromètres infrarouges
Les spectromètres infrarouges sont souvent comparés aux spectromètres Raman. Les deux instruments sont capables d’analyser les structures chimiques et d’évaluer les propriétés physiques sur la base des spectres vibrationnels des molécules. Il existe toutefois des différences dans les spectres mesurables.
Les spectres mesurables par les deux appareils sont différents : le spectromètre Raman analyse la lumière diffusée, tandis que le spectromètre infrarouge analyse l’absorption optique de la substance. D’autres caractéristiques comparatives sont énumérées ci-dessous.
Caractéristiques des spectromètres Raman :
- Possibilité de mesurer des échantillons d’une taille inférieure à 1 µm environ.
- Possibilité de mesurer des échantillons dans des récipients en verre.
- Mesure possible en solution aqueuse.
- Aucune dilution ou autre prétraitement n’est nécessaire.
- Équipement coûteux.
- L’échantillon peut être endommagé par la mesure.
Caractéristiques des spectromètres infrarouges :
- La taille de l’échantillon peut aller jusqu’à 10 µm.
- La mesure dans des récipients en verre n’est pas possible.
- Mesures limitées dans les solutions aqueuses.
- L’identification de l’échantillon est facile.
- Équipement peu coûteux.
- Moins de risques d’endommager l’échantillon lors de la mesure.
2. Détection de la lumière diffusée par Raman
Les spectromètres Raman sont utilisés pour analyser et évaluer les substances en les éclairant et en détectant la lumière diffusée. Il existe deux types de lumière diffusée : celle due à la diffusion élastique et celle due à la diffusion inélastique.
La diffusion élastique produit une lumière diffusée ayant la même longueur d’onde que la lumière avant la diffusion, tandis que la diffusion inélastique produit une lumière diffusée ayant une longueur d’onde différente de celle avant la diffusion. La lumière détectée par un spectromètre Raman est la lumière diffusée Raman produite par la diffusion inélastique. La lumière diffusée Raman est basée sur les niveaux de vibration et de rotation du matériau.
Ces niveaux sont les niveaux d’énergie spécifiques de la molécule, de sorte que la lumière diffusée par Raman est un spectre spécifique à la molécule. Par conséquent, en détectant la lumière diffusée Raman, le spectromètre Raman mesure l’écart de longueur d’onde par rapport à la lumière incidente et identifie la molécule.