Analyse spectrale, spectres IR

Spectres IR

« Les méthodes spectrales ont permis d’accroître de façon considérable les connaissances de la physique. La spectrométrie est devenue aujourd’hui un outil d’investigation indispensable aux laboratoire de police scientifique. La spectrométrie d’absorption infrarouge est une technique d’analyse qui permet d’identifier des composés chimiques à partir de la nature des atomes et des liaisons qui les constituent. En effet, lorsqu’une molécule reçoit des radiations infrarouges elle absorbe de l’énergie, ce qui augmente l’amplitude des vibrations atomiques et libère de l’énergie sous forme de chaleur. Comme tous les atomes d’une molécule sont susceptibles de vibrer, les spectres émis dans l’infrarouge peuvent présenter de nombreuses bandes d’absorption qui correspondent chacune à un groupe d’atomes vibrants. … Le spectre obtenu comporte une ou plusieurs bandes d’absorption qui sont caractéristiques de la structure des molécules analysées……Cette technique, à titre d’exemple, convient parfaitement pour l’identification des toners de photocopieurs ou la caractérisation de matériaux plastiques… »
Manuel de criminalistique moderne et de police scientifique – Alain Buquet

Première approche

Dans un premier temps, l’enseignant remet à chaque groupe la table de données simplifiée (cf. page 4) utilisée pour les analyses pour amener une discussion et introduire le sujet
Quelques questions peuvent être soulevées :
On peut remarquer que le document donne la table détaillée des nombres d’onde
1) Que signifie élongation ?
2) Quelle est l’unité du nombre d’onde ?
3) Quel est le lien entre le nombre d’onde et la longueur d’onde ?
4) Quel lien y a-t-il entre ce nombre et la liaison concernée sur le cas de OH libre ou associé ?
5) Que peut-on dire du nombre d’onde de la liaison C-H d’un alcane, d’un alcène ou d’un alcyne et que peut-on en déduire ?
Parmi les fonctions apparaissant dans la table de données, distinguer celles qui sont connues à l’issue de la première S (alcool, acide carboxylique, aldéhyde et cétones) et les nouvelles (amines, amides, esters).On pourra à cette occasion réfléchir sur les termes primaires, secondaires et tertiaires (alcools et amines).Définir également les termes aromatiques et aliphatiques.
Remarque : Cette partie peut être introduite sous forme d’une préparation préalable à la maison. On pourra par exemple distribuer la table de données et demander aux élèves pour le cours suivant de représenter les groupes fonctionnels connus et de chercher une définition des mots qui leur sont inconnus. A l’issue de cette première approche, distribuer le document « Analyse d’un spectre IR » et faire compléter.

Analyse

Afin d’apprendre à repérer les « bandes d’absorption qui sont caractéristiques de la structure des molécules analysées », il s’agit ensuite de faire travailler les élèves sur une base de spectres IR imprimée au préalable, par groupe de 3 ou 4 sur des sujets imposés ou proposés par le groupe.
A titre d’exemples, on peut se demander :
– Comment se comporte en IR une même liaison OH dans des composés différents
– Influence de la liaison hydrogène sur la bande de liaison OH (lien avec le programme de première)
– Influence du squelette sur la vibration OH
– Comment utiliser les spectres IR pour distinguer des isomères
– La spectroscopie IR permet-elle de suivre l’évolution d’une transformation chimique ?
– Etc…
Les spectres sont téléchargeables à l’adresse suivante :http://riodb01.ibase.aist.go.jp/sdbs/cgi-bin/direct_frame_top.cgi Le lien suivant donne accès à de nombreuses informations sur l’IR :http://www.uelpcsm.education.fr/consultation/reference/chimie/spectro/infra_rouge/index.htm
Chaque groupe pourra ensuite en fin de séance exposer brièvement à l’oral son choix de sujet, le raisonnement adopté et ses conclusions à l’ensemble de la classe.

Application à la police scientifique

Application rapide et ludique pour terminer l’étude. Celle-ci peut également servir de base pour l’application de l’analyse d’un spectre en 1.3.

Problématique
Un meurtre a été commis… Sur la scène de crime, les techniciens de la police scientifique ont prélevé des fibres de plastique sur la veste de la victime, qui pourraient appartenir à son meurtrier. Parmi les suspects, lequel sera trahi par les analyses ? Le laboratoire va vous aider à le trouver.