Analyse par spectroscopie RAMAN

Qu’est-ce que la spectroscopie Raman ?

La spectroscopie Raman, ou spectrométrie Raman, est une technique d’analyse non-destructive reposant sur la caractérisation de la composition moléculaire et de la structure externe d’un matériau. Elle repose sur un principe physique bien connu, à savoir qu’un milieu modifie la fréquence de la lumière qui y circule. Ainsi, il y a échange d’énergie entre le milieu et le rayon lumineux, ce qui induit un décalage en fréquence, appelé effet Raman. Ce phénomène donne des informations sur le substrat. La spectroscopie Raman consiste donc à envoyer un rayon lumineux monochromatique généré par un LASER sur l’échantillon, afin d’analyser la lumière diffusée. L’analyse du décalage (calculé à partir des longueurs d’ondes) obtenu entre le rayon incident et le rayon diffusé permet de remonter à des informations sur la composition et la structure externe de l’échantillon. 

Grâce à un LASER à haute intensité, la lumière est majoritairement diffusée par l’échantillon de façon inélastique (appelée diffusion Rayleigh). La fraction de lumière diffusée de manière élastique se fait suivant un processus optique qui se nomme diffusion Raman. Les photons ainsi diffusés passent alors au sein du spectromètre et sont analysés par ce dernier, qui détermine l’intensité de la lumière associée aux différentes longueurs d’onde. Le spectre obtenu est appelé spectre Raman et est spécifique à l’échantillon. Enfin, la microscopie Raman permet l’obtention d’images précises concernant la distribution détaillée des composés chimiques de l’échantillon.

Cette technique est un complément à la spectroscopie infrarouge, qui elle aussi permet l’étude des modes vibrationnels d’une molécule. Cependant, selon la symétrie moléculaire du composé, les règles de sélection entre les deux méthodes peuvent être différentes. Certains modes de vibrations ne sont visibles qu’en Raman et d’autres uniquement sur un spectre infrarouge. La spectroscopie Raman permet la détection de deux modes de vibration : ceux dont le vecteur d’onde est quasi nul et ceux qui entraînent un variation de la polarisabilité du milieu (modes actifs).

Deux types de détecteurs sont utilisées en Raman : les détecteurs à transfert de charge CCD (haute résolution spatiale mais sensibilité limitée) ou les détecteurs à avalanche APD (haute sensibilité mais résolution spatiale limitée).

La technologie d’analyse Raman s’est largement développée dans l’industrie avec l’amélioration et la diminution des coûts des lasers.

Quels sont les avantages de la spectroscopie Raman ?

La spectrsocopie Raman offre de nombreux avantages, qui en font une technique incontournable dans le domaine de l’analyse moléculaire : 

• Caractère non-destructif de la mesure : la diffusion de la lumière étant inélastique, vos échantillons ne seront pas détruits durant leur analyse, et peuvent donc vous être restitués.
• Sensibilité : le spectromètre Raman permet l’identification de molécules présentes en faible quantité dans vos composés à analyser. Par exemple, en géologie, il est possible d’identifier des composés invisibles au microscope optique.
• Compatibilité : cette technique peut être utilisée pour des échantillons solides, liquides ou sous forme de gaz, le tout sous des contraintes de pression et de températures assez importantes.
• Sélectivité : la spectroscopie Raman permet de distinguer et d’identifier différentes formes cristallines d’un matériau donné, ainsi que de déterminer les états d’oxydation des molécules, ce qui permet l’obtention de données précises sur la composition et la structure des échantillons.
• Portabilité : elle peut être réalisée à l’aide de petits instruments portables, permettant de rendre disponible une analyse rapide sur le terrain, et ainsi obtenir aisément les informations nécessaires au contrôle qualité (représentation spectrale, modes de vibration, recherche d’impuretés, analyse chimique etc.).

La spectroscopie Raman présente néanmoins certaines limites, comme l’impossibilité d’obtenir un spectre Raman correct en cas de fluorescence de l’échantillon.

Florian Rodrigues, Chargé d’affaires R&D, Calnesis

Pourquoi utiliser la spectroscopie Raman ?

La spectroscopie Raman est une méthode très polyvalente, dont l’utilisation revêt de nombreux domaines d’application. Elle peut servir au contrôle qualité dans les industries pharmaceutiques, cosmétiques, alimentaires et chimiques (suivi en temps réel de synthèses chimiques par exemple). Elle permet l’analyse d’une grande variété de composés en science des matériaux ( métaux, polymères, céramiques, nanomatériaux, composites etc.) et donne des information sur leur structure,surface, composition et impuretés. Enfin, elle est utilisée en pharmacologie pour l’analyse des médicaments, en sciences de l’environnement pour l’analyse des sols et des polluants, ou encore en sciences de la vie pour l’étude et la détection des biomolécules (protéines, lipides, acides nucléiques etc.). Ainsi, de nombreux acteurs industriels font appel à cet équipement afin de caractériser leurs produits (échantillons, milieux, pièces etc.).

Des analyses par spectroscopie Raman réalisées en laboratoire :

Notre laboratoire Calnesis est équipé d’un spectromètre Raman, afin de vous proposer des analyses précises et spécifiques à vos échantillons. Ainsi, nous pouvons réaliser pour vous une large gamme d’analyses : étude de structure moléculaire, composition chimique, liaisons chimiques etc. De plus, nous nous adaptons à votre problématique et vous proposons des tests analytiques fiables et performants adaptés à vos échantillons et vos besoins.