Spectroscopie par photodissociation infrarouge

 

La spectroscopie par photodissociation infrarouge (IRPD) est une spectroscopie utilisant le rayonnement infrarouge pour rompre les liaisons dans les molécules, souvent ioniques (photodissociation), dans un spectromètre de masse[1]. En combinaison avec la post-ionisation, cette technique peut également être utilisée pour les espèces neutres. Il a été démontré que la spectroscopie IRPD utilise l'ionisation électronique, l'effet de couronne et l'ionisation par électronébuliseur pour obtenir des spectres de composés volatils et non volatils[2],[3]. Les gaz ionisés piégés dans un spectromètre de masse peuvent être analysés sans la nécessité d'un solvant comme dans la spectroscopie infrarouge[4].

Histoire

Les scientifiques ont commencé à s’interroger sur l’énergie de la formation des amas au début du XIXe siècle. Le chimiste américain Henry Eyring développe la théorie du complexe activé décrivant la cinétique chimique des réactions[5]. L'intérêt pour l'étude des interactions faibles des molécules et des ions dans les clusters (de van der Waals par exemple) a encouragé la spectroscopie en phase gazeuse. En 1962, l'américain D. H. Rank étudie les interactions faibles en phase gazeuse avec la spectroscopie par infrarouge traditionnelle[6]. D. S. Bomse utilise l'IRPD avec un ICR pour étudier les composés isotopiques, en 1980 au California Institute of Technology[7]. La spectroscopie des clusters à liaisons faibles était limitée par la faible concentration en clusters et la variété des états de clusters accessibles[8]. Les états des clusters varient en partie en raison de collisions fréquentes avec d'autres espèces, pour réduire les collisions en phase gazeuse, l'IRPD forme des clusters dans des pièges à ions à basse pression (par exemple FT-ICR). L'azote et l'eau ont été l'un des premiers complexes étudiés à l'aide d'un spectromètre de masse par A. Good à l'Université de l'Alberta dans les années 1960[9],[3].

Instrument

La photodissociation est utilisée pour détecter l'activité électromagnétique des ions, des composés et des clusters lorsque la spectroscopie ne peut pas être appliquée directement. De faibles concentrations d'analyte peuvent être un facteur inhibiteur de la spectroscopie, en particulier en phase gazeuse[4]. Des spectromètres de masse, des spectromètres de masse à temps de vol et des spectromètres à résonance cyclotronique ionique ont été utilisés pour étudier les amas d'ions hydratés[10]. Les instruments sont capables d’utiliser l’ionisation par électronébuliseur pour former efficacement des groupes d’ions hydratés. L’ablation laser et l'effet corona ont également été utilisées pour former des amas d’ions. Les complexes sont dirigés à travers un spectromètre de masse où ils sont irradiés avec une lumière infrarouge, un laser Nd-YAG[10].

Application

La spectroscopie de photodissociation infrarouge conserve une capacité puissante pour étudier les énergies de liaison des complexes de coordination. L'IRPD peut mesurer les différentes énergies de liaison des composés, y compris les liaisons datives et les énergies de coordination des clusters moléculaires[3],[1]. Les informations structurelles sur les analytes peuvent être acquises en utilisant la sélectivité de masse et en interprétant la fragmentation. Les informations spectroscopiques ressemblent généralement à celles des spectres infrarouges linéaires et peuvent être utilisées pour obtenir des informations structurelles détaillées sur les espèces en phase gazeuse. Dans le cas de complexes métalliques, des informations sur la coordination des ligands, les activations de liaison et les réactions successives peuvent être obtenues[11].

Références

(en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Infrared photodissociation spectroscopy » (voir la liste des auteurs).
  1. Lepetit, Maraval, Canac et Chauvin, « On the nature of the dative bond: Coordination to metals and beyond. The carbon case », Coordination Chemistry Reviews, perspectives in Coordination Chemistry on the Occasion of the 40th anniversary of the LCC-CNRS, Toulouse, France, vol. 308, Part 2,‎ , p. 59–75 (DOI 10.1016/j.ccr.2015.07.018)
  2. ↑ Oh, Lin, Hwang et Zhai, « Infrared Photodissociation Spectroscopy of Electrosprayed Ions in a Fourier Transform Mass Spectrometer », Journal of the American Chemical Society, vol. 127, no 11,‎ , p. 4076–4083 (ISSN 0002-7863, PMID 15771545, DOI 10.1021/ja040136n)
  3. (en) Niedner-Schatteburg et Bondybey, « FT-ICR Studies of Solvation Effects in Ionic Water Cluster Reactions », Chemical Reviews, vol. 100, no 11,‎ , p. 4059–4086 (PMID 11749340, DOI 10.1021/cr990065o)
  4. (en) Walker, Walters et Duncan, « Frontiers in the infrared spectroscopy of gas phase metal ion complexes », New Journal of Chemistry, vol. 29, no 12,‎ , p. 1495 (ISSN 1369-9261, DOI 10.1039/B510678H)
  5. ↑ Donald McQuarrie, Physical Chemistry : a molecular approach, Sausalito, CA, University Science Books, , 1165 p. (ISBN 978-0935702996)
  6. ↑ Rank, « Absorption Spectra of Hydrogen‐Halide—Rare Gas Mixtures », The Journal of Chemical Physics, vol. 37, no 11,‎ , p. 2511–2515 (ISSN 0021-9606, DOI 10.1063/1.1733048, Bibcode 1962JChPh..37.2511R)
  7. ↑ (en) Bomse, « Infrared photochemistry of (CH3)2Cl+, (CH3)Cl+ (CD3) and (CD3)2Cl+ in the gas phase using low-intensity cw laser radiation », Chemical Physics Letters, vol. 77, no 1,‎ , p. 25–29 (DOI 10.1016/0009-2614(81)85592-3, Bibcode 1981CPL....77...25B)
  8. ↑ Miller, « Infrared laser photodissociation and spectroscopy of van der Waals molecules », The Journal of Physical Chemistry, vol. 90, no 15,‎ , p. 3301–3313 (ISSN 0022-3654, DOI 10.1021/j100406a003)
  9. ↑ (en) Good, Durden et Kebarle, « Ion–Molecule Reactions in Pure Nitrogen and Nitrogen Containing Traces of Water at Total Pressures 0.5–4 torr. Kinetics of Clustering Reactions Forming H+(H2O)n », The Journal of Chemical Physics, vol. 52, no 1,‎ , p. 212–221 (DOI 10.1063/1.1672667, Bibcode 1970JChPh..52..212G)
  10. Metz, « Optical spectroscopy and photodissociation dynamics of multiply charged ions », International Journal of Mass Spectrometry, vol. 235, no 2,‎ , p. 131–143 (DOI 10.1016/j.ijms.2004.04.009, Bibcode 2004IJMSp.235..131M, lire en ligne)
  11. ↑ (en) Fielicke, « Probing the binding and activation of small molecules by gas-phase transition metal clusters via IR spectroscopy », Chemical Society Reviews, vol. 52, no 11,‎ , p. 3778–3841 (ISSN 0306-0012, DOI 10.1039/D2CS00104G, lire en ligne)
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