Spectroscopie ultraviolet-visible et infrarouge de molécules clés PDF

Spectroscopie UV-Visible

Spectroscopie d'absorption UV-Visible. I. Introduction. Spectroscopie : Etude des interactions entre la matière et un rayonnement électromagnétique.

Chapitre III: Les spectres UV-visible et infrarouge

II/ La spectroscopie UV-visible. 1/ Principe. 2/ Simulateur : « TS spectroscopie visible principe » alcool aldéhyde

Spectroscopie UV-Visible

La spectroscopie d'absorption dans l'UV et le visible est basée sur la propriété des molécules d'absorber des radiations lumineuses de longueur d'onde

PRINCIPES DE SPECTROSCOPIE UV-VISIBLE

SPECTROSCOPIE UV-VISIBLE. Licence MPC L3 S5. « Chimie Organique Avancée ». Pr Jean-François Nicoud. Faculté de Chimie. Université de Strasbourg

INTRODUCTION A LA SPECTROSCOPIE

La spectroscopie UV-Visible est une spectroscopie moléculaire d'absorption Spectre UV-visible : tracé de l'absorbance en fonction de la longueur d'onde.

Chapitre 2 : Spectroscopie ultraviolet/visible

La spectroscopie UV-Visible est la plus ancienne et la plus utilisée des méthodes d'analyse dans les laboratoires. Elle permet notamment des applications

CHAPITRE I-spectroscopie dabsorption UV-visible

SPECTROSCOPIE D'ABSORPTION DANS L'UV-VISIBLE Le domaine du spectre ultraviolet utilisable en analyse s'étend environ de 190 à 400 nm.

Spectroscopie UV-visible

2/ L'absorbance A : simulateur « TS spectroscopie visible absorbance » Sur un spectre UV-visible on relève les valeurs de(s) longueur(s) d'onde au(x) ...

Spectroscopie ultraviolet-visible et infrarouge de molécules clés

19 juil. 2013 Spectroscopie ultraviolet-visible et infrarouge de molécules clés atmosphériques. Sci- ences de la Terre. Université Paris-Est 2008.

Chapitre XI Transitions électroniques Spectroscopie UV-visible 1

Spectroscopie UV-visible. 1. Domaine UV-visible lumière

Basic UV-Vis Theory Concepts and Applications - duedueg

Basic UV-Vis Theory Concepts and Applications Page 5 of 28 Figure 5 Idealized absorption spectrum For ultraviolet and visible wavelengths one should expect from this discussion that the absorption spectrum of a molecule (i e a plot of its degree of absorption against the wavelength of the incident radiation) should show a few very sharp lines

Ultra-violet and visible spectroscopy - University of Victoria

is necessary to observe in the uv region (below 350 nm) If you are uncertain about the type of cell run a quick check at 290 nm Glass will absorb strongly at this wavelength Code Material Guaranteed Transmittance G Optical glass 80 at 365 nm QG H Standard silica Herasil 80 at 250 nm I IR grade silica 80 at 220 nm

Module-6 Unit-4 UV-Vis Spectroscopy Spectroscopy

UV?Vis?NIR Spectrophotometer This can be used to analyze liquids gases and solids by using radiative energy corresponding to far and near ultraviolet (UV) visible (Vis) and near infrared (NIR) regions of electromagnetic spectrum Consequently predetermined wavelengths in these regions have been defined as: UV: 300 - 400 nm; Vis: 400

Searches related to spectroscopie uv visible pdf PDF

NMR IR MS UV-Vis Main points of the chapter 1 Hydrogen Nuclear Magnetic Resonance a Splitting or coupling (what’s next to what) b Chemical shifts (what type is it) c Integration (how many are there) 2 13C NMR 3 InfraRed spectroscopy (identifying functional groups) 4 Mass spectroscopy (determining molecular weight structural

What is UV-visible spectroscopy?

UV- VISIBLE SPECTROSCOPY: Spectroscopically, visible light behaves in a similar way as UV light. Hence, the techniques of UV spectroscopy and Visible spectroscopy are studied together. The UV-Visible spectroscopy is concerned with the UV & Visible regions of the EMR which ranges between 200-800nm. UV wavelength range is 200-400 nm.

What is the UV-visible spectroscopy 37 (B)?

UV- Visible Spectroscopy 37 (b) Calculation of ? max for unsaturated carbonyl compounds The unsaturated carbonyl compounds ( C=O) still considered as conjugated system, so the same method of calculation can be used, with little modification in basic value and residue and substitution values.

What are the principles of ultraviolet visible spectrometer?

9. Principles of Uv-Visible Spectrometer • The principle is based on the measurement of spectrum of a sample containing atoms / molecules. • Spectrum is a graph of intensity of absorbed or emitted radiation by sample verses frequency (?) or wavelength (?).

What is the effect of Order of conjugation in UV-visible spectroscopy?

The UV spectrum move higher wavelength when there is more conjugation. You can observe the change in the double bond position in imidazole nucleus of the structure. UV- Visible Spectroscopy 17 Figure 1.21 Effect of Order of Conjugation in UV?Visible spectrum Characteristics.

Ecole doctorale Science et Ingénierie, Matériaux, Modélisation et Environnement

THÈSE

Présentée à l'Université Paris12 -Val de Marne

UFR de Sciences et Technologies

Pour l'obtention du diplôme de Docteur en Sciences Spécialité " Sciences de l'Univers et de l'Environnement » Par

Aline GRATIEN

Spectroscopie ultraviolet-visible et infrarouge de molécules clés atmosphériques Thèse dirigée par Bénédicte Picquet-Varrault et Johannes Orphal Soutenue le 6 novembre 2008 devant la commission d'examen :

E. Villenave

C. Fittschen

M.-R. De Backer-Barilly

C. J. Nielsen

B. Picquet-Varrault

J. Orphal Professeur à l'Université Bordeaux 1 Directeur de recherche CNRS, Lille Professeur à l'Université de Reims Professeur à l'Université d'Oslo Maître de conférences à l'Université Paris 12

Professeur à l'Université Paris 12 Président RapporteurRapporteurExaminateur Co-directrice de thèse Directeur de thèse

Cette merveilleuse aventure dans le monde de la recherche au LISA au sein de l'équipe dirigée par Jean-François Doussin a commencé il y a cinq ans lorsqu'un de mes enseignants Rémi Losno m'a proposé un stage de maitrise au sein de son laboratoire.

Avant d'entamer ce manuscrit, je remercie profondément tous ceux qui m'ont aidé à

accomplir ce projet de recherche.

Mes premières pensées vont à ma co-directrice de thèse Bénédicte Picquet-Varrault. Ces trois

années de thèse sous sa co-direction furent pour moi un véritable plaisir (des larmes au rire)

et un vrai enrichissement. Je tiens à lui exprimer toute ma reconnaissance et tous mes plus chaleureux remerciements, pour avoir suivi mon travail avec beaucoup d'intérêt pendant ces

années passées au LISA. Je la remercie aussi pour sa passion pour son travail, sa présence et

sa disponibilité continue. Je tiens aussi à remercier chaleureusement mon directeur de thèse,

Johannes Orphal pour avoir suivi avec beaucoup d'intérêt mon travail de thèse et pour ses

précieux conseils. Mes deux directeurs de thèse m'ont encouragée et soutenue et je leur serai

toujours reconnaissante pour la confiance qu'ils m'ont accordée. Je souhaite remercier les membres du jury pour m'avoir fait l'honneur d'examiner ce travail,

Eric Villenave pour en avoir assuré la présidence, Christa Fittschen et Marie-Renée De

Backer-Barilly qui en ont été les rapporteurs. Je remercie tout particulièrement Claus Jorgen

Nielsen, examinateur de ce travail, de m'avoir accueilli dans son laboratoire pendant mon travail de thèse et de notre collaboration fructueuse.

Je remercie également les directeurs successifs du LISA, François Raulin et Jean-Marie

Flaud pour leur accueil au sein du laboratoire.

Un grand merci à tous les membres de l'équipe MEREIA et autres pour leur sympathie, leur aide et les très bons moments passés ensemble Jean-François pour son aide précieuse, sa gentillesse, pour avoir toujours suivi mon travail avec attention et pour sa participation à la lecture et à la correction de ce manuscrit. Nathalie d'avoir encadré mon stage de recherche de maîtrise Régine, pour son aide, son écoute, sa gentillesse, Emilie, pour sa gentillesse, ses conseils et son écoute qui a partagé mon bureau pendant ces trois ans de thèse, ainsi que le téléphone (maintenant plus personne ne doit se tromper !)

Marie, ma stagiaire de L3, d'avoir été très compréhensible avec moi pour ma première

expérience d'encadrement Laura, Yasmine, Aurélie, Agnès, Hélène, Pascale toujours prêtes à rendre service Marie-Claire qui m'a offert de grands moments d'enseignement et de stress devant des

étudiants souvent plus agés que moi

Je n'oublie surtout pas les personnes avec qui j'ai passé de bons moments et pour tous les souvenirs que j'emporte avec moi en particulier Joëlle (les soirées !), Junnan (quand est-ce qu'on se fait un resto chinois ?), Charbel (merci !), Eric (à bientôt), Fabien (merci pour le soutien, les encouragements, les discussions), Thomas (pour les nombreuses discussions), Anne (bon moment passé à l'école d'été), etc.

Enfin je remercie de tout coeur et tout simplement ma famille et tout spécialement mes

parents, ma soeur et mon frère pour leur soutien, leurs encouragements et leur amour.

Merci à tous

Aline 1

Sommaire

INTRODUCTION................................................................................................................................. 5

ERE PARTIE : CONTEXTE SCIENTIFIQUE.................................................................................. 9

CHAPITRE I : L'ATMOSPHERE - UN REACTEUR COMPLEXE .......................................... 11

1. L'

ACTION DU RAYONNEMENT SOLAIRE : LA PHOTOLYSE........................................................ 12

2. L'

EFFET DE SERRE.................................................................................................................... 14

3. L

A POLLUTION PHOTOOXYDANTE............................................................................................ 15

4. L

ES DIFFERENTES ECHELLES.................................................................................................... 16

5. L ES MOYENS MIS EN OEUVRE POUR COMPRENDRE LA CHIMIE ATMOSPHERIQUE...................... 17 CHAPITRE II : LES MESURES SPECTROSCOPIQUES DES COMPOSES

ATMOSPHERIQUES GAZEUX....................................................................................................... 19

1. S

PECTRE ELECTROMAGNETIQUE.............................................................................................. 19

2. S

PECTROSCOPIE D'ABSORPTION............................................................................................... 20

3. L ES PRINCIPALES TECHNIQUES UTILISEES POUR LA MESURE DES ESPECES GAZEUSES............ 22

3.1. La spectroscopie infrarouge............................................................................................ 22

3.2. La spectroscopie ultraviolet-visible................................................................................. 27

4. L

ES DIFFERENTS MODES DE SONDAGE...................................................................................... 32

4.1. Les mesures in situ........................................................................................................... 32

4.2. Les mesures depuis l'espace............................................................................................ 34

5. Q UELS BESOINS EN TERMES DE DONNEES SPECTROSCOPIQUES ?............................................. 38

CHAPITRE III : LES COMPOSES D'ETUDE............................................................................... 41

1. L'

OZONE................................................................................................................................... 43

1.1. Les sources de l'ozone..................................................................................................... 44

1.2. La photochimie de l'ozone............................................................................................... 46

1.3. Les mesures spectroscopiques de l'ozone........................................................................ 48

1.4. L'état de l'art sur les sections efficaces de l'ozone......................................................... 52

2. L

E FORMALDEHYDE.................................................................................................................. 55

2.1. Les sources de formaldéhyde........................................................................................... 55

2.2. La photochimie du formaldéhyde.................................................................................... 57

22.3. Les mesures spectroscopiques du formaldéhyde............................................................. 59

2.4. L'état de l'art sur les sections efficaces du formaldéhyde............................................... 63

3. L

ES ISOTOPES DU FORMALDEHYDE.......................................................................................... 65

3.1. Généralités sur les isotopes............................................................................................. 65

3.2. Mesures des isotopes du formaldéhyde ........................................................................... 67

3.3. Etude des isotopes deutérés du formaldéhyde pour contraindre le budget de H2........... 68

4. L'

ACIDE NITREUX..................................................................................................................... 70

4.1. Les sources de l'acide nitreux......................................................................................... 70

4.2. La chimie de l'acide nitreux............................................................................................ 72

4.3. Les mesures spectroscopiques de l'acide nitreux............................................................ 72

4.4. L'état de l'art sur les sections efficaces de l'acide nitreux ............................................. 75

5. C

ONTRIBUTION DE CE TRAVAIL................................................................................................ 78

EME PARTIE : LES TECHNIQUES EXPERIMENTALES.......................................................... 79

CHAPITRE IV : LES OUTILS ......................................................................................................... 81

1. L

A CHAMBRE DE SIMULATION ATMOSPHERIQUE DU LISA...................................................... 81

1.1. L'enceinte réactionnelle.................................................................................................. 81

1.2. Le spectromètre infrarouge à transformée de Fourier.................................................... 83

1.3. Le spectromètre d'absorption UV-visible........................................................................ 86

2. L

A CHAMBRE DE SIMULATION ATMOSPHERIQUE D'OSLO........................................................ 89

CHAPITRE V : AMELIORATION ET QUALIFICATION DES VOIES D'ANALYSE SPECTROSCOPIQUE ASSOCIEES AU REACTEUR DU LISA................................................. 91 1. D

ISPOSITIF SPECTROMETRIQUE INFRAROUGE.......................................................................... 92

1.1. Le principe de l'infrarouge à Transformée de Fourier................................................... 92

1.2. Le choix de la résolution infrarouge ............................................................................... 94

1.3. La détermination de la fonction d'appareil du spectromètre IR.....................................94

1.4. La calibration en nombre d'ondes................................................................................... 95

1.5. Rayonnement thermique.................................................................................................. 96

2. D

ISPOSITIF SPECTROSCOPIQUE ULTRAVIOLET.......................................................................... 97

2.1. La résolution et l'échantillonnage des spectres UV........................................................ 97

2.2. La détermination de la fonction d'appareil du spectromètre UV.................................... 97

2.3. Changement de la source UV.......................................................................................... 98

2.4. Changement du dispositif optique de la voie UV........................................................... 100

2.5. Lumière parasite............................................................................................................ 103

32.6. Linéarité du détecteur.................................................................................................... 107

2.7. Calibration en longueurs d'onde dans la région UV..................................................... 109

CHAPITRE VI : PROCEDURE EXPERIMENTALE.................................................................. 111

1. N

ETTOYAGE DU REACTEUR.................................................................................................... 111

2. G

ENERATION ET INTRODUCTION DES COMPOSES D'ETUDE.................................................... 113

2.1. Le formaldéhyde et ses isotopes .................................................................................... 113

2.2. L'ozone.......................................................................................................................... 114

2.3. L'acide nitreux............................................................................................................... 114

3. A

CQUISITION DES SPECTRES................................................................................................... 117

4. T

RAITEMENT DES DONNEES................................................................................................... 119

4.1. Exploitation des spectres infrarouges ........................................................................... 119

4.2. Exploitation des spectres ultraviolets............................................................................ 120

3 EME PARTIE : INTERCALIBRATION DE SPECTRES IR ET UV.......................................... 123 CHAPITRE VII : INTERCALIBRATION IR/UV DU FORMALDEHYDE.............................. 125 1. I

NTERCALIBRATION RELATIVE............................................................................................... 126

1.1. Bilan des expériences .................................................................................................... 126

1.2. Comparaison qualitative des spectres avec la littérature ............................................. 129

1.3. Intercalibration des bandes IR du formaldéhyde et de ses isotopes.............................. 135

1.4. Intercalibration des spectres IR et UV du formaldéhyde et de ses isotopes.................. 138

2. I NTERCALIBRATIONIR/UV DU FORMALDEHYDE (ET DE SES ISOTOPES) AVEC DETERMINATION

DE LEURS CONCENTRATIONS

........................................................................................................... 143

2.1. Principales réactions mises en jeu au cours de la titration........................................... 143

2.2. Procédure expérimentale............................................................................................... 146

2.3. Validation de la méthode de titration............................................................................ 148

2.4. Résultats ........................................................................................................................ 151

3. I

MPLICATIONS ATMOSPHERIQUES.......................................................................................... 162

3.1. Détection et photochimie du formaldéhyde................................................................... 162

3.2. Photochimie des isotopes du formaldéhyde................................................................... 164

CHAPITRE VIII : INTERCALIBRATION IR/UV DE L'OZONE............................................. 167 1. B

ILAN DES EXPERIENCES........................................................................................................ 168

2. C OMPARAISON QUALITATIVE DES SPECTRES AVEC CEUX DE LA LITTERATURE..................... 170 3. I

NTERCALIBRATION DES BANDES IR ET UV DE L'OZONE...................................................... 172

4. D

ISCUSSION ET COMPARAISON AVEC LA LITTERATURE......................................................... 174

45. Q

UELS BESOINS D'ETUDES POUR RESOUDRE LA CONTROVERSE SUR O3 ?............................. 178 CHAPITRE IX : INTERCALIBRATION IR/UV DE L'ACIDE NITREUX.............................. 180 1. B

ILAN DES EXPERIENCES........................................................................................................ 180

2. I

NTERCOMPARAISON IR/UV................................................................................................... 183

3. D

ISCUSSION ET COMPARAISON A LA LITTERATURE............................................................... 186

4. I MPLICATION ATMOSPHERIQUE SUR LA DETECTION ET LA PHOTOCHIMIE DE HONO ....... 188

CONCLUSION.................................................................................................................................. 190

TABLE DES FIGURES.................................................................................................................... 194

LISTE DES TABLEAUX................................................................................................................. 198

BIBLIOGRAPHIE............................................................................................................................ 200

ANNEXE A : PRINCIPE DE L'IRTF............................................................................................. 226

ANNEXE B : LE FORMALDEHYDE ET SES ISOTOPES DEUTERES.................................. 231 ANNEXE C : ESTIMATION DE L'INCERTITUDE SUR UNE VALEUR............................... 240

ANNEXE D : LE MODELE NUMERIQUE................................................................................... 244

ANNEXE E : PUBLICATIONS LIEES A CES TRAVAUX ........................................................ 250

INTRODUCTION

L'atmosphère, dérivée du mot grec atmos (vapeur) et sphaira (sphère), est l'enveloppe de gaz

et de poussières microscopiques entourant le globe terrestre. Il s'agit d'un bouclier très mince,

complexe et fragile auquel la vie sur terre est très liée.

L'atmosphère terrestre est essentiellement composée de 78 % de diazote et de 21 % de

dioxygène

1. Cependant, l'air contient également d'autres composants plus minoritaires tels

que la vapeur d'eau, les gaz rares et le dioxyde de carbone. Le pourcentage d'eau dans

l'atmosphère est variable. Les gaz rares sont chimiquement inertes et n'interviennent dans aucun processus physico-chimique. Au contraire, le dioxyde de carbone joue un rôle particulier dans l'atmosphère car il s'agit de l'un des principaux gaz à effet de serre. La vapeur d'eau et le dioxyde de carbone, sont indispensables à la vie. Enfin, d'autres composés

gazeux de l'atmosphère, bien que présents à l'état de trace, avec des concentrations variant de

quelques ppm (partie par million = une molécule dans 106 molécules d'air) à quelques

dizaines de ppt (partie par trillion), jouent aussi un rôle déterminant dans l'environnement

terrestre. Toute la réactivité chimique et les phénomènes de pollution de l'air proviennent de

cette fraction infime de l'atmosphère. Parmi ces composés traces, nous trouvons de nombreux gaz à effet de serre ainsi que de nombreux polluants comme les oxydes d'azote (NOx), le monoxyde de carbone, l'ozone, les composés soufrés ou encore les composés organiques volatils (COVs).

Nous nous intéresserons dans la suite de ce manuscrit à la partie de l'atmosphère dans laquelle

nous vivons, c'est-à-dire la troposphère (0-10 km). Depuis 150 ans, l'atmosphère a subi des

changements considérables dus à l'activité humaine croissante. L'homme a modifié la

composition chimique de l'atmosphère par l'émission de polluants, c'est-à-dire d'espèces

chimiques qui viennent perturber l'ensemble naturel, dans lequel se déroulait une chimie

initiée exclusivement par des espèces d'origine naturelle. De nos jours, une question

essentielle se pose sur la qualité de l'air que nous respirons et de nombreux problèmes

1 : les pourcentages sont exprimés par rapport à l'air sec