Les techniques de spectroscopie permettent de caractériser les matériaux en étudiant leurs interactions avec le rayonnement électromagnétique. Elles apportent des informations essentielles sur la composition chimique, la structure moléculaire, les fonctions chimiques et les propriétés optiques des matériaux, constituant ainsi des outils incontournables pour l’identification, la compréhension et le développement de nouveaux matériaux.
La plateforme du CP2M dispose d’un ensemble de techniques spectroscopiques complémentaires couvrant une large gamme spectrale, de l’ultraviolet au proche infrarouge et à l’infrarouge lointain. Les différents modes d’analyse disponibles permettent de caractériser une grande diversité d’échantillons, qu’ils soient solides, liquides, films, poudres, revêtements ou composites, tout en répondant à des problématiques variées de recherche, de développement et de contrôle qualité.
Les différentes techniques disponibles sont présentées ci-dessous.
Spectroscopie UV-Visible (UV-Vis)
La spectroscopie UV-Visible est une technique d’analyse permettant d’étudier les interactions entre les matériaux et le rayonnement ultraviolet, visible et proche infrarouge. Elle constitue un outil de choix pour l’identification et la quantification de composés, la caractérisation des propriétés optiques des matériaux ainsi que le suivi de transformations physico-chimiques.
La plateforme est équipée d’un spectrophotomètre PerkinElmer Lambda 1050 couvrant une large gamme spectrale de 190 à 3500 nm. L’instrument permet l’analyse d’échantillons liquides, solides, films et revêtements grâce à différents modes de mesure adaptés à la nature des matériaux. Il dispose notamment d’une sphère intégrante pour les mesures sur matériaux diffusants ainsi que d’un système de contrôle de température permettant des analyses jusqu’à 100 °C sur des échantillons liquides.
Grâce à sa polyvalence, cette technique permet de répondre à de nombreuses problématiques de recherche fondamentale, de développement de nouveaux matériaux et de contrôle qualité.
Applications
- Identification et quantification de composés
- Mesure des spectres d’absorbance, de transmission et de réflexion
- Détermination des propriétés optiques des matériaux
- Contrôle qualité et comparaison de formulations
- Suivi de réactions chimiques et de cinétiques
- Étude de l’influence de la température sur les propriétés optiques
•Caractérisation de films, revêtements et matériaux diffusants
Domaines d’application
- Polymères et copolymères
- Films et revêtements
- Pigments et colorants
- Nanomatériaux
- Composites
- Matériaux fonctionnels
- Catalyseurs
- Recherche académique et collaborations industrielles
Spectroscopie infrarouge (FTIR)
La spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) est une technique d’analyse non destructive permettant d’identifier les fonctions chimiques et d’obtenir une véritable empreinte moléculaire des matériaux. Elle constitue un outil incontournable pour l’identification, la caractérisation et le suivi des transformations chimiques des polymères ainsi que pour le contrôle qualité et l’étude des phénomènes de vieillissement ou de dégradation.
La plateforme dispose de spectromètres Thermo Scientific Nicolet iS50 et FTIR 6700, couvrant les domaines du proche infrarouge (Near-IR), de l’infrarouge moyen (Mid-IR) et de l’infrarouge lointain (Far-IR). Grâce à différents accessoires et modes de mesure (ATR, transmission et réflexion diffuse), ces instruments permettent de caractériser une très grande diversité de matériaux dans des conditions expérimentales adaptées à chaque problématique. Une cellule sous atmosphère contrôlée permet également la réalisation de mesures dans des conditions spécifiques.
Applications
- Identification de polymères
- Détermination des fonctions chimiques
- Contrôle qualité
- Comparaison de formulations
- Suivi de réactions chimiques
- Étude du vieillissement
- Analyse de surfaces
- Étude des interactions polymère–additifs
- Suivi de procédés
- Identification de produits de dégradation (TGA-FTIR)
Domaines d’application
- Polymères de commodité
- Polymères techniques
- Polymères fluorés
- Élastomères
- Composites
- Charges minérales
- Revêtements et films
- Matériaux hybrides
- Recherche académique et collaborations industrielles
Réflexion totale atténuée (ATR)
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Le mode ATR permet l’analyse rapide et non destructive de la plupart des matériaux sans préparation spécifique. La plateforme dispose de deux modules ATR automatiques équipés de cristaux diamant, permettant l’analyse de solides, films, poudres, liquides et matériaux composites. Cette technique est particulièrement adaptée à l’identification des polymères, au contrôle qualité, au suivi du vieillissement ainsi qu’à l’étude des modifications chimiques de surface.
Transmission
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Les analyses en transmission permettent d’obtenir des spectres infrarouges de haute qualité sur des films, liquides ou échantillons préparés. La plateforme dispose également d’une chambre chauffante permettant de réaliser des analyses in situ en fonction de la température et de suivre les évolutions structurales ou les transformations chimiques des matériaux.
Réflexion diffuse (DRIFT)
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Le mode DRIFT (Diffuse Reflectance Infrared Fourier Transform) est particulièrement adapté à l’analyse de poudres, matériaux divisés, surfaces rugueuses et échantillons opaques. Il permet d’obtenir des spectres infrarouges sans préparation complexe des échantillons et constitue une méthode performante pour la caractérisation de matériaux difficilement analysables en transmission ou en ATR.
Proche infrarouge (Near-IR)
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Le proche infrarouge (Near-IR) permet l’analyse rapide de matériaux organiques et polymères grâce aux bandes d’absorption caractéristiques des vibrations harmoniques des liaisons chimiques. Cette technique est particulièrement adaptée au contrôle qualité, à l’identification rapide de formulations et au suivi de procédés.
Infrarouge lointain (Far-IR)
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L’infrarouge lointain (200–400 cm-¹) permet d’accéder à des vibrations de basse fréquence souvent associées aux liaisons métal-ligand, aux réseaux cristallins ou à certaines fonctions chimiques particulières. Cette gamme spectrale complète les analyses FTIR conventionnelles et ouvre de nouvelles possibilités pour la caractérisation de matériaux spécifiques.
Couplage TGA-FTIR
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Le spectromètre FTIR peut être couplé à la thermobalance de la plateforme afin d’identifier les espèces gazeuses émises lors de la dégradation thermique des matériaux. Ce couplage apporte une information chimique complémentaire aux mesures de perte de masse et constitue un outil particulièrement performant pour l’étude des mécanismes de dégradation des polymères.
Cette technique est présentée plus en détail dans la rubrique « Analyse thermique ».