RAMAN EFFET

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Applications de l'effet Raman

L'effet Raman a donné naissance à une méthode d'analyse essentiellement non destructive, rapide, et qui n'exige qu'une quantité très faible d'échantillon. Longtemps cantonnée à des études structurales de caractère académique, la spectrométrie Raman a ouvert, grâce au développement d'instruments très performants, de nouveaux domaines d'applications analytiques fondées sur l'identification des espèces moléculaires à partir des spectres vibrationnels. Les applications les plus courantes concernent l'analyse physico-chimique et la détermination des structures et des conformations de molécules polyatomiques en phase liquide ou solide.

La présence de certains groupes d'atomes (C = 0, C = C, etc.) se manifeste dans le spectre Raman par des modes de vibration dont les fréquences caractéristiques sont bien connues et permettent de les identifier sans ambiguïté. La détermination des conformères (isomères conformationnels) et des isomères tire bénéfice de la spectrométrie de vibration, pour orienter le choix entre plusieurs hypothèses structurales.

La comparaison des spectres observés, pour des substances inconnues, avec des résultats publiés ou des catalogues de spectres suffit presque toujours à les identifier. Une étude approfondie et une attribution complète des fréquences observées aux modes de vibration nécessitent cependant l'intervention de spécialistes. Le développement des méthodes de calcul sur ordinateur permet, dans un nombre encore limité de cas, une interprétation beaucoup plus poussée des vibrations moléculaires, mettant en particulier en évidence l'amplitude des mouvements de certains atomes au cours d'un mode normal déterminé.

La mesure, ne faisant intervenir que des techniques optiques, peut être considérée comme non perturbatrice pour le matériau étudié. Cela conduit à l'observation d'espèces moléculaires ou ioniques, apparaissant au cours de réactions chimiques, et qu'il n'est pas possible d'isoler. C'est le cas d'équilibres, de changement de conformation, de réactions d'échanges ou de réarrangements moléculaires.

Des expériences de spectroscopie Raman résolue dans le temps, faisant appel aux techniques de détection multicanal et à l'excitation par des lasers en impulsions très brèves, ont même permis l'étude des spectres vibrationnels d'états moléculaires excités à courte durée de vie.

En physique du solide, des recherches fondamentales concernent, par exemple, les différents types de transitions de phase ou les propriétés de semi-conducteurs, et aussi des travaux tournés vers l'application. Citons l'étude des niveaux électroniques, des interactions photons-phonons, des défauts, de l'action de la pression ou de la température.

L'analyse, par spectrométrie Raman, et surtout par microsonde Raman, est employée pour une grande variété de matériaux tels que les roches, les inclusions dans les minéraux, les polymères, les matériaux composites, les circuits intégrés, les verres, les matériaux amorphes, ou encore pour les études de corrosion ou de contamination.

L'effet Raman peut, en principe, s'observer à partir de n'importe quel milieu matériel, et d'intéressantes études ont été publiées sur les gaz, les combustions, les flammes, les plasmas. La mesure du rapport des intensités Stokes et anti-Stokes a été proposée pour la détermination des températures.

L'effet Raman est aussi utilisé pour l'étude des couches minces, des surfaces et des interfaces. Un effet d'exaltation (de 103 à 106) de l'intensité des spectres pour des molécules adsorbées à une interface électrolyte-électrode d'argent a été mis en évidence et a donné lieu à un ensemble d'interprétations théoriques. Cet effet, appelé S.E.R.S. (surface enhanced raman scattering), offre d'intéressantes perspectives pour l'examen de phénomènes électrochimiques, de catalyse, ou de composés biologiques.

L'effet Raman ordinaire a aidé à la détermination des structures de polymères (polypeptides, polynucléotides, lipides). C'est cependant l'effet Raman de résonance qui semble le plus prometteur pour l'étude des constituants de la matière vivante, car il offre à la fois une spécificité élevée par excitation sélective du chromophore choisi, et une sensibilité compatible avec les concentrations rencontrées dans les milieux biologiques.

Les techniques de microscopie et d'analys [...]

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Raman, Alder et Hahn

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Spectre Raman : tétrachlorure de carbone

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Écrit par :

  • : directeur d'institut au C.N.R.S., laboratoire de spectrochimie infrarouge et Raman (L.A.S.I.R.), professeur à l'université des sciences et techniques de Lille

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Pour citer l’article

Michel DELHAYE, « RAMAN EFFET », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 02 août 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/effet-raman/