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Intitulé de l’enseignement |
Code UE |
Crédits |
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Spectroscopies |
CHIM-L3-B16-S2 |
6 ECTS |
Niveau : L3
Semestre : S2
Responsable : Agathe Espagne
Intervenants : Agathe Espagne et Fabien Ferrage
Volume horaire global : 40 h
Description
L’UE Spectroscopies traite de la RMN et des spectroscopies électroniques et vibrationnelles depuis leurs fondements théoriques jusqu’à leurs applications pratiques. Elle s’adresse à un public de chimistes avec un bon niveau de chimie quantique. Ce cours de spectroscopie inclut trois ateliers pratiques dans les laboratoires de recherche du département.
Les objectifs d’apprentissage sont les suivants :
-Maîtriser les fondements théoriques de la RMN, de l’interaction matière-rayonnement et des spectroscopies électroniques et vibrationnelles ;
-Comprendre les expériences de base ;
-Savoir analyser des spectres RMN, électroniques et vibrationnels au laboratoire.
1 – RMN
1.1 – Système de un spin 1/2
– Système à deux niveaux, mise en évidence du spin, Hamiltonien Zeeman, opérateur densité, ensembles de spins, opérateurs cartésiens, champs radiofréquence, changement de référentiel. Expérience de RMN à une dimension, transformée de Fourier et spectre.
– Echo de spin.
1.2 – Système de deux spins 1/2
– Hamiltonien de couplage, niveaux d’énergie, opérateurs produit, Hamiltonien effectif. INEPT.
1.3 – RMN à deux dimensions
– Principe, corrélation hétéronucléaire (HSQC), corrélaton homonucléaire à travers les liaisons (COSY), corrélation homonucléaire à travers l’espace (NOESY).
– Analyse de spectres.
2 – Spectroscopies optiques
2.1 – Interaction matière-rayonnement
– Modèle semi-classique: hamiltonien dipolaire électrique, théorie des perturbations dépendantes du temps, probabilité de transition, moment de transition.
– Coefficients d’Einstein.
2.2 – Spectroscopies vibrationnelles (infrarouge et Raman)
– Molécules diatomiques : règles de sélection pour l’oscillateur harmonique, transitions rovibrationnelles, anharmonicité.
– Molécules polyatomiques : modes normaux de vibration, règles de sélection, vibrations de groupes fonctionnels, analyse de spectres infrarouges en solution.
2.3 – Spectroscopie atomique
– Couplage spin-orbite dans l’atome d’hydrogène : origine physique, moment cinétique total, composition des moments cinétiques, éclatement des niveaux d’énergie de l’hydrogène non-relativiste.
– Atomes polyélectroniques : approximation du champ central, répulsion électronique dans l’hélium, couplage spin-orbite, niveaux d’énergie en couplage L-S.
2.4 – Spectroscopie électronique moléculaire
– Spectroscopie d’absorption UV-visible : transitions impliquées, règles de sélection, principe de Franck-Condon, couplage vibronique, couplage spin-orbite, intensité et largeur des transitions.
– Spectroscopie de fluorescence : diagramme de Perrin-Jablonski, propriétés statiques et dynamiques de l’émission de fluorescence, solvatochromisme, quenching, transfert d’énergie.
Nuclear Magnetic Resonance, de P. J. Hore
NMR: The Toolkit, de P. J. Hore, J. A. Jones et S. Wimperis
Spin Dynamics, de M. H. Levitt
Understanding NMR Spectroscopy, J. Keeler ou sa traduction en français : Comprendre la RMN.
Mécanique quantique I et II, de C. Cohen-Tannoudji, B. Diu et F. Laloë
Mécanique quantique II, de C. Aslangul
Molecular spectra and molecular structure I, II et III, de G. Herzberg
Spectroscopies infrarouge et Raman, de R. Poilblanc et F. Crasnier
Physique atomique II, de B. Cagnac et J. C. Pebay-Peyroula
Atomic spectra, de T. P. Softley
Invitation à la fluorescence moléculaire, de B. Valeur
Molecular fluorescence : Principles and applications, de B. Valeur
Principles of fluorescence spectroscopy, de J.R. Lakowicz