Méthode de réflexion diffuse
La spectroscopie infrarouge peut être utilisée pour analyser des échantillons solides, liquides ou gazeux. Ici, nous discutons de la mesure des solides, en particulier des échantillons en poudre, par la méthode de réflexion diffuse.
Auparavant, la méthode des pastilles de KBr était utilisée pour l'analyse des échantillons en poudre. Cela implique de mélanger l'échantillon avec de la poudre de KBr, de le former en pastille et de mesurer le spectre infrarouge. C'est la méthode de mesure de base pour les échantillons en poudre. Cependant, à mesure que la FTIR est devenue plus courante, la méthode de réflexion diffuse est devenue largement utilisée. La raison de la popularité de cette méthode est le prétraitement beaucoup plus facile que la méthode des pastilles de KBr. Étant donné que la méthode de réflexion diffuse offre plus d'informations sur les substances adhérant à la surface de l'échantillon que les méthodes de transmission et permet également des mesures de chauffage sous vide, elle est largement utilisée dans le domaine des catalyseurs.
1) Principe de la Méthode de Réflexion Diffuse
Fig. 1 Schéma de la Diffusion de la Lumière par un Échantillon en Poudre
Lorsque la lumière éclaire un échantillon en poudre, elle est réfléchie dans toutes les directions, comme montré dans la Fig. 1. Une partie de la lumière subit une réflexion spéculaire à la surface de la poudre. En raison de la variété des formes de poudre, elle est réfléchie dans de nombreuses directions, contrairement à la lumière réfléchie par un miroir. Le reste de la lumière est réfracté lorsqu'il entre dans la poudre, où il est diffusé en raison de la réflexion interne, de la réflexion des surfaces d'autres grains de poudre ou de la réfractions répétées dans la poudre. Une partie de cette lumière diffusée est émise dans l'air.
Comme la lumière réfléchie diffuse est réfléchie ou traverse la poudre, elle devient plus faible si l'absorption par la poudre se produit. Cela donne un spectre de réflexion diffuse, similaire au spectre de transmission. Cependant, dans les régions où la poudre présente une forte absorption, la plupart de la lumière réfléchie diffuse dans les chemins lumineux longs est absorbée, de sorte que seule la lumière réfléchie diffuse des chemins lumineux courts est émise dans l'air. Inversement, dans les bandes de faible absorption, une partie de la lumière n'est pas absorbée même dans les chemins lumineux longs et cette lumière réfléchie diffuse est émise dans l'air, ce qui donne des pics plus forts que le spectre de transmission. Dans un tel spectre de réflexion diffuse, les positions des nombres d'ondes absorbés sont les mêmes que dans le spectre de transmission. Cependant, l'intensité relative entre les pics diffère du spectre de transmission car les pics faibles dans le spectre de transmission deviennent comparativement plus forts dans le spectre de réflexion diffuse. La fonction dite K-M (f(R∞)) dérivée par Kubelka-Munk est utilisée pour la comparaison avec les spectres de transmission ou l'analyse quantitative.
Où, R∞ est la réflectance absolue, K est le coefficient d'absorption et S est le coefficient de diffusion. Cependant, en raison de la difficulté de mesurer la réflectance absolue R∞, en pratique, la réflectance comparative r∞ par rapport à une poudre standard telle que le KBr ou le KCl, dont K est proche de zéro (0) dans la plage de mesure réelle,
La lumière émise dans l'air par la poudre contient de la lumière réfléchie spéculaire, ainsi que de la lumière réfléchie diffuse. La lumière réfléchie spéculaire doit être réduite pour obtenir un spectre de réflexion diffuse plus précis. Pour ce faire, la taille des particules doit être réduite. Réduire la taille des particules à une taille équivalente à la longueur d'onde est dit diminuer la proportion de lumière réfléchie spéculaire et maximiser l'efficacité de diffusion. La forme des particules et l'état de compactage sont d'autres facteurs importants, en plus de la taille des particules.
Les échantillons ne sont normalement pas mesurés directement mais sous forme diluée à une concentration appropriée (1 % à 10 %) dans une poudre standard de KBr ou de KCl.
(2) Accessoire de Réflexion Diffuse
La Fig. 2 montre l'apparence de l'accessoire de réflexion diffuse DRS-8000. La Fig. 3 montre le système optique. M3 éclaire l'échantillon avec de la lumière infrarouge. M4 collecte la lumière réfléchie diffuse, qui passe par M5 et M6 vers le détecteur. La plaque d'échantillon a un diamètre de 6 mm et une profondeur de 1,5 mm.
Des mesures très sensibles sur un petit volume d'échantillon peuvent être effectuées en remplissant la plaque d'échantillon avec de la poudre de KBr et en mettant la poudre d'échantillon mélangée avec une petite quantité de poudre de KBr dessus.
Fig. 2 Apparence de l'Accessoire de Réflexion Diffuse DRS-8000
Fig. 3 Système Optique de l'Accessoire de Réflexion Diffuse DRS-8000
(3) Mesures d'Échantillons
La Fig. 4 montre le spectre de réflexion diffuse (vert) pour la caféine. La Fig. 5 montre le spectre (rouge) après la formation de Kubelka - Munk. Le spectre de réflexion diffuse montre les pics faibles de manière relativement claire. Cependant, après transformation, l'intensité de ces pics diminue et l'intensité relative entre les pics devient analogue à un spectre de transmission.
Fig. 4 Spectre de Réflexion Diffuse de la Caféine
Fig. 5 Spectre de Réflexion Diffuse de la Caféine après Conversion K-M
