initiation a la spectroscopie corrige partie i 2014
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MODULE:
METHODES DANALYSE
SPECTROSCOPIQUE 2
Pr. Fouzia KZAIBER
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Objectifs pdagogiques
-Cest quoi la spectroscopie ?
-Interactions ondes -matires
-Relier les proprits physiques et lastructure de la molcule
-Identification des informations sur
lidentit de la molcule
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La spectroscopiePrincipes de base
"J'ai rfract le rayon color avec desprismes et reflt avec des corps qui la lumire taient de nuancesdiffrentes... Et pourtant je n'ai jamaispu en obtenir de nouvelles couleurs[...] Cette dcouverte [est] mon
jugement la plus trange sinon la plusimportante rvlation faite ce jourdes oprations de la Nature". IsaacNewton, 1666.
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Rappel historique
Si le spectre est connu depuis Newton, le
spectroscope ne fut invent qu'en 1802
par William Wollaston qui dcouvrit quele spectre du Soleil tait parcouru de
raies sombres mais il crut qu'elles
dlimitaient les diffrentes couleurs.
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Rappel historique
C'est l'opticien allemand Joseph vonFraunhofer qui ralisera la premire analysespectrale en 1811.
En 1814, il remarque la prsence de raiestrs sombres dans le spectre continu dusoleil. Il mesure leurs positions relatives, laide dun spectroscope de son invention, et
dsigne les principales dentre elles par deslettres de lalphabet, encore en usage de nos
jours.
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Rappel historique
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Rappel historiqueSpectre d'mission du Soleil:
Fraunhofer rpertoria 600raies dans lespectre du Soleil.
En son hommage, le spectre de laphotosphre sera baptis spectre deFraunhofer.
Aujourd'hui on recense plus de 26000raies dans le spectre solaire dont plus de6000raies sont uniquement attribuesau fer !
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Spectre d'mission du Soleil:
soleil met dans toutes les longueurs d'onde.
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Rappel historique
En 1859, un autre physicienallemand, G. Kirchhoff dmontre queces raies sombres sontcaractristiques des lmentschimiques ; la raie double D dusodium est la plus connue.
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La matire
La matirepossde une propritimportante qui est de pouvoir mettreou absorber de l'nergiesous forme
de lumire.
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La matire Ainsi, partir de l'tude de la lumire
mise ou absorbe par les atomesd'un objet, nous pouvons dduire
beaucoup d'informations concernantla composition, la temprature et ladensit de cet objet.
L'analyse de la lumire en sesdiffrentes couleurs, ou longueursd'onde, constitue la spectroscopie.
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Dfinition de la spectroscopie
La spectroscopie regroupe les tudesrelatives aux interactions
matire ondes (rayonnementlectromagntique)
La spectroscopieest l'tude desrayonnements lectromagntiques
mis, absorbs ou diffusspar lamatire.
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Onde lectromagntique : OEM
Une ondeest une vibrationqui sepropage dans l'espace.
Le courant lectrique alternatifproduit un champ lectrique et unchamp magntique galementalternatifs :
la succession des cycles " aller-retour" constitue l'onde.
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Onde lectromagntique: OEM
Londe lectromagntique est composedun champ lectrique et dun champmagntique qui se propagent tous deux
la mme vitesse. L'onde du champ lectriqueet l'onde
du champ magntiquese propagentperpendiculairemententre elles et ladirection de propagation.
(onde lectromagntique= champslectromagntiques)
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Propagation de LOEM
"
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Onde lectromagntique
Toute onde lectromagntique estcaractrise par deux paramtres : safrquenceet sa longueurd'onde.
Dans le vide, les ondes lectromagntiquesse propagent la clrit de la lumire :
c =2.998.108m.s1.
Les ondes lectromagntiques nont pasbesoin de support matriel pour sepropager
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Onde lectromagntique : OEM
Phnomnes de diffraction, dinterfrence,les OEM se rflchissent et se rfractentcomme les ondes lumineuses
Do les ondes lumineuses sont des OEM.
Les OEM se diffrencient par leurs frquences(leurs longueurs d'onde). Le type d'metteuret de rcepteur dpend de la frquence del'onde.
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Onde lectromagntique : OEM
Les diffrents rayonnements qui nousentourent (lumire, son, rayon X,)sont tous des ondeslectromagntiques que lon peutclasser selon un
* paramtre que lon appelle longueur
donde* lambda exprim en mtre.
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La spectroscopie ouspectromtrie
l'tude du spectre d'un phnomne,c'est--dire l'tude de la rpartitiond'une onde ou d'un faisceau departiculesen fonction de lafrquence ou de l'nergie.
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Le suffixe -scopie fait rfrence l'observation visuelle, par exemplel'impression sur un film photographique,la projection sur un cran ou bienl'utilisation d'une lunette d'observation(par exemple lunette monte sur un
goniomtrepour la dispersion de lalumire par un prisme).
La spectroscopie, ou spectromtrie
http://fr.wikipedia.org/wiki/Pellicule_photographiquehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Goniom%C3%A8trehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Prisme_%28optique%29http://fr.wikipedia.org/wiki/Prisme_%28optique%29http://fr.wikipedia.org/wiki/Goniom%C3%A8trehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Pellicule_photographique -
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La spectroscopie, ouspectromtrie
Le suffixe -mtrie fait rfrence l'enregistrement d'un signal par
un appareil (table traanteouenregistrement lectronique).
L'instrument de mesurepermettantd'obtenir un spectre est unspectromtre.
http://fr.wikipedia.org/wiki/Table_tra%C3%A7antehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Instrument_de_mesurehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Spectrom%C3%A8trehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Spectrom%C3%A8trehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Instrument_de_mesurehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Table_tra%C3%A7ante -
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La spectroscopie, ouspectromtrie
L'analyse des rayonnements en leursdiffrentes frquences s'effectue l'aidede spectrographes ou de spectromtres:elle permet d'obtenir leurs spectreslectromagntiques.
La spectromtrie est fonde sur l'tude(qualitative et quantitative) des spectres
fournis par l'interaction de la matireavec divers rayonnements comme lalumire
http://www.futura-sciences.com/fr/comprendre/glossaire/definition/t/matiere-1/d/spectre_1663/http://www.futura-sciences.com/fr/comprendre/glossaire/definition/t/matiere-1/d/lumiere_326/http://www.futura-sciences.com/fr/comprendre/glossaire/definition/t/matiere-1/d/lumiere_326/http://www.futura-sciences.com/fr/comprendre/glossaire/definition/t/matiere-1/d/spectre_1663/ -
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Application de la spectroscopie
La spectroscopie est utilise dans denombreux domaines : astronomie,biophysique, chimie, physiqueatomique, physique nuclaire,physique du solide...
Il existe diffrents types de
spectroscopies classes suivant lagrandeur physique mesure ou leprocessus de la mesure.
http://fr.wikipedia.org/wiki/Astronomiehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Biophysiquehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Chimiehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Physique_atomiquehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Physique_atomiquehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Physique_nucl%C3%A9airehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Physique_du_solidehttp://fr.wikipedia.org/wiki/M%C3%A9trologiehttp://fr.wikipedia.org/wiki/M%C3%A9trologiehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Physique_du_solidehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Physique_nucl%C3%A9airehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Physique_atomiquehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Physique_atomiquehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Chimiehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Biophysiquehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Astronomie -
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Diffrents types de spectroscopie
Le type de spectroscopie dpend du typed'objet mesur. On distingue les trois
classes suivantes : Cette grandeur peut tre un
rayonnement lectromagntique. Les radiations lectromagntiques
mises ou absorbes qui sont tudiespar la spectroscopie lectromagntique.
http://fr.wikipedia.org/wiki/Rayonnement_%C3%A9lectromagn%C3%A9tiquehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Rayonnement_%C3%A9lectromagn%C3%A9tiquehttp://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Spectroscopie_%C3%A9lectromagn%C3%A9tique&action=edithttp://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Spectroscopie_%C3%A9lectromagn%C3%A9tique&action=edithttp://fr.wikipedia.org/wiki/Rayonnement_%C3%A9lectromagn%C3%A9tiquehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Rayonnement_%C3%A9lectromagn%C3%A9tique -
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Diffrents types de spectroscopie
Les vibrations macroscopiques d'unmilieu qui sont tudies par laspectroscopie acoustiqueet laspectroscopie mcaniquedynamique
(onde mcaniquecomme lesonou lesondes sismiques).
Les ions acclrs (particulesou desmasses )dans un champlectromagntique qui sont tudis parla spectromtrie de masse
http://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Spectroscopie_acoustique&action=edithttp://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Spectroscopie_m%C3%A9canique_dynamique&action=edithttp://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Spectroscopie_m%C3%A9canique_dynamique&action=edithttp://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Spectroscopie_m%C3%A9canique_dynamique&action=edithttp://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Spectroscopie_m%C3%A9canique_dynamique&action=edithttp://fr.wikipedia.org/wiki/Onde_m%C3%A9caniquehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Onde_sismiquehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Onde_sismiquehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Onde_sismiquehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Son_%28physique%29http://fr.wikipedia.org/wiki/Onde_sismiquehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Particule_%28physique%29http://fr.wikipedia.org/wiki/Spectrom%C3%A9trie_de_massehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Spectrom%C3%A9trie_de_massehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Spectrom%C3%A9trie_de_massehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Particule_%28physique%29http://fr.wikipedia.org/wiki/Onde_sismiquehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Onde_sismiquehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Son_%28physique%29http://fr.wikipedia.org/wiki/Onde_m%C3%A9caniquehttp://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Spectroscopie_m%C3%A9canique_dynamique&action=edithttp://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Spectroscopie_m%C3%A9canique_dynamique&action=edithttp://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Spectroscopie_acoustique&action=edit -
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Application de la spectroscopieen chimie
chaque lment chimique correspond unspectre caractristique
-La raie Fraunhofer Cpar exemple, de longueur
d'onde 430,8 nmpeut avoir ainsi deuxorigines :*calcium de longueur d'onde 430,7749 nm*ferde longueur d'onde 430,7914 nm.
Aucune confusion n'est possible suite lacomparaison de l'intgralit des deux spectres
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: un certain nombre de raies sont facilementidentifiables et rvlent la prsence de Spectre
des lments chimiques H, Na, Mg, Ca, Ti, Fe etMn.
Spectre mission de la couronnesolaire observe lors dune clipse
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Application de la spectroscopieen chimie
on utilise couramment laspectroscopieen analyse chimiquepour dterminer la prsence ou
l'absence d'un lment chimiqueparticulier.
La spectroscopiepermet ainsi dedterminer exactement les diffrents
atomesqui constituent les diffrentestoiles(astronomie).
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Notion de spectre
La lumirevisible, lorsqu'elle est disperse par un prismeou un rseaude diffraction, rvle sa composition ou
spectre.
L'arc-en-cielen est l'illustration la plusconnue, obtenu par la dispersion d'une
lumire, celle du Soleil, par les gouttesd'eaude la pluiejouant le rle dedisperseur en direction de la lumire dusoleil.
http://fr.wikipedia.org/wiki/Lumi%C3%A8rehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Prisme_%28optique%29http://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9seau_de_diffractionhttp://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9seau_de_diffractionhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Arc-en-cielhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Lumi%C3%A8rehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Soleilhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Eauhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Pluiehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Pluiehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Eauhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Soleilhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Lumi%C3%A8rehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Arc-en-cielhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Arc-en-cielhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Arc-en-cielhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Arc-en-cielhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Arc-en-cielhttp://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9seau_de_diffractionhttp://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9seau_de_diffractionhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Prisme_%28optique%29http://fr.wikipedia.org/wiki/Lumi%C3%A8re -
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Dispersion d'une lumire, celle du Soleil, par les gouttesd'eaude la pluie
http://fr.wikipedia.org/wiki/Lumi%C3%A8rehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Soleilhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Eauhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Pluiehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Pluiehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Eauhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Soleilhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Lumi%C3%A8re -
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Notion de spectre
Chaque couleurou frquencepart dansune direction diffrente.
un spectre est l'image obtenue lors de la
dcomposition de la lumire par unprisme ou un rseau.
http://fr.wikipedia.org/wiki/Couleurhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Fr%C3%A9quencehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Fr%C3%A9quencehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Couleur -
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Notion de spectre
la notion de spectre est plus gnral
Exemple: le spectre sonore: instrument de
musique joue un son musical:
Tous les sonscomprennent ainsi une srie departielsou d'harmoniques, qui dfinissent ses
principales caractristiques(hauteur,intensit,sonorit,) (sonagraphe)
http://fr.wikipedia.org/wiki/Spectre_sonorehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Son_musicalhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Son_%28physique%29http://fr.wikipedia.org/wiki/Partielhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Harmoniquehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Sonagraphehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Sonagraphehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Harmoniquehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Partielhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Son_%28physique%29http://fr.wikipedia.org/wiki/Son_musicalhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Spectre_sonore -
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Notion de spectre
Dans le cas des radiationslectromagntiques, le spectreanalys peut tre :
*un spectre mis par l'objet analyser, on parle de spectromtried'mission
*un spectre absorb par l'objet analyser, on parle de spectromtriedabsorption
http://fr.wikipedia.org/wiki/Rayonnement_%C3%A9lectromagn%C3%A9tiquehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Rayonnement_%C3%A9lectromagn%C3%A9tiquehttp://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Spectrom%C3%A9trie_d%27%C3%A9mission&action=edithttp://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Spectrom%C3%A9trie_d%27%C3%A9mission&action=edithttp://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Spectrom%C3%A9trie_d%27%C3%A9mission&action=edithttp://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Spectrom%C3%A9trie_d%27%C3%A9mission&action=edithttp://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Spectrom%C3%A9trie_d%27%C3%A9mission&action=edithttp://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Spectrom%C3%A9trie_d%27%C3%A9mission&action=edithttp://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Spectrom%C3%A9trie_d%27%C3%A9mission&action=edithttp://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Spectrom%C3%A9trie_d%27%C3%A9mission&action=edithttp://fr.wikipedia.org/wiki/Rayonnement_%C3%A9lectromagn%C3%A9tiquehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Rayonnement_%C3%A9lectromagn%C3%A9tique -
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Notion de spectre
Spectre :Bande compose dunesuccession de raies ou de plageslumineuses, traduisant la rpartitiondes frquences qui constituent un rayonnement lectromagntique
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Les spectres dmission etdabsorption
Lorsquon veut analyser lalumire provenant dune source,il faut utiliser un objet capable de
dcomposer cette lumire(prisme ou rseau ).
On obtient alors le spectre de la
lumire tudie.
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Les spectres dmission etdabsorption
Dfinition: un spectre d'mission est un spectreproduit par un objet lumineux. Les objets n'ont pastous le mme spectre.
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Les spectres dmission etdabsorption
Le spectre d'missionden'importe quel lment peut treobtenu en chauffant cet lment,puis en analysant le rayonnementmis par la matire.
Ce spectre est caractristique del'lment.
- Les spectres dmission et dabsorption
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- Les spectres d mission et d absorption
I / Spectres dmission: A / Les spectrescontinus :
On parle de spectre continu lorsquon passeprogressivement dune radiation lautre.
1) Spectre de la lumire mise par le Soleil
Pour observer ce spectre, on va se servir dunspectroscope constitu dune fente et dun rseau.Cet appareil permettra danalyser dautres types delumires.
On obtient alors le spectre continu de la lumireblanche
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USMS/Fst/Master TACQAAmthodes spectroscopiques 2
Pr.F.KZAIBER
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Les spectres dmission etdabsorption
I / Spectres dmission: A / Lesspectres continus :
Spectre d'mission du Soleil:
soleil met dans toutes les longueurs d'onde.
-
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USMS/Fst/Master TACQAAmthodes spectroscopiques 2
Pr.F.KZAIBER
47
Les spectres dmission etdabsorption
I / Spectres dmission: A / Lesspectres continus :
Spectre de la lumire mise par la lampe dun
rtroprojecteur
On obtient alors le mme spectre que le
prcdent. :Un corps chaud (le filament de la lampe) metune lumire dont le spectre est continu.
Les spectres dmission et
-
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USMS/Fst/Master TACQAAmthodes spectroscopiques 2
Pr.F.KZAIBER
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Les spectres d mission etdabsorption
I / Spectres dmission: A / Les spectres continus :
Spectre de la lumire mise par la lampe dunrtroprojecteur
Conclusion:Un corps chaud met un rayonnement dont le
spectre s'enrichit en longueurs d'ondes courtes(bleu et violet) lorsque sa tempratureaugmente.La lumire mise par le filament dune lampe est
compose dune infinit de raies spectrales dontles longueurs donde sont trs voisines formantun spectre continuobservable sur un cran.
-
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mthodes spectroscopiques 2Pr.F.KZAIBER
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Les spectres continus dorigine thermique (Spectre ettemprature):
Exemples : la lampe incandescence dont on
augmente la valeur de la tension. Lacombustion dun morceau de charbon. Que sepasse-t-il lorsque l'on chauffe du fer ?
I / Spectres dmission: A / Les spectres continus :
- Les spectres dmission et dabsorption
-
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mthodes spectroscopiques 2Pr.F.KZAIBER
50
Les spectres continus dorigine thermique (Spectre ettemprature):
Le spectre volue avec la temprature. - Lorsque la temprature augmente, le spectre
devient de plus en plus lumineux et senrichit decouleurs vertes, bleues puis violettes. - Il stale vers les violets et ultraviolets. Il
stale vers les courtes longueurs donde.
I / Spectres dmission: A / Les spectres continus :
- Les spectres dmission et dabsorption
donc si on fait varier l'intensit lumineuse. On obtientles spectres suivants:
-
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Les spectres continus dorigine thermique
Conclusion - Tout corps chauff une temprature
suffisante met de la lumire. - Le spectre de la lumire mise par un corpschauff est un spectre dorigine thermique.
- Le corps peut tre un solide, un liquide quelon chauffe ou un gaz fortement comprim.
Les spectres dorigine thermique sont desspectres continus.
I / Spectres dmission: A / Les spectres continus :
- Les spectres dmission et dabsorption
-
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mthodes spectroscopiques 2Pr.F.KZAIBER
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Les spectres continus dorigine thermique
I / Spectres dmission: A / Les spectres continus :- Les spectres dmission et dabsorption
On peut connatre la temprature d'un objet partir de sa couleur
- Les spectres dmission et dabsorption
-
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1) Spectre de la lumire mise par un laser
Ce spectre ne comporte quune raie. La lumire du
laser est donc monochromatique( de longueur =633 nm ).
A chaque raie correspond donc une radiationmonochromatique de longueur donde prcise.
B / Les spectres de raies ( spectres discontinus )
Les spectres d mission et d absorption
- Les spectres dmission et dabsorption
-
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mthodes spectroscopiques 2Pr.F.KZAIBER
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B / Les spectres de raies ( spectres discontinus )
Les spectres d mission et d absorption
En remplaant la source de lumire prcdentepar une lampe spectrale contenant un gazport haute temprature sous une faiblepression ou par un bec Bunsen et llment
correspondant ce gaz (ex : lampe vapeur desodium et cristaux de chlorure de sodium), onobtient alors un spectre de raies appel spectrede raies dmission.
Le spectre donn par une lampe vapeur de sodiumou vapeur de mercure est compose d'un nombrelimit de radiations Leur spectre est discontinu.
- Les spectres dmission et dabsorption
-
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mthodes spectroscopiques 2Pr.F.KZAIBER
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2) Spectre de la lumire mise par une lampe vapeur desodium
En remplaant la source de lumire prcdentepar une lampe spectrale contenant un gazport haute temprature sous une faiblepression ou par un bec Bunsen et llmentcorrespondant ce gaz (ex : lampe vapeur de
sodium et cristaux de chlorure de sodium), onobtient alors un spectre de raies appel spectrede raies dmission.
Les spectres d mission et d absorption
B / Les spectres de raies ( spectres discontinus )
-
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mthodes spectroscopiques 2Pr.F.KZAIBER
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( en nm )
589,0 nm 589,6 nm
L encore, on observe une seule raie mais, en ralit, il yen a 2 trs rapproches. On lappelle le doublet du
sodium qui se situe dans le jaune. On peut reprsenterle spectre de cette lumire de la faon suivante :
2) Spectre de la lumire mise par une lampe vapeurde sodium
B / Les spectres de raies ( spectres discontinus )
- Les spectres dmission et dabsorption
-
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( en nm )
3) Spectre de la lumire mise par une lampe vapeurde mercure
Observations : le spectre obtenu est discontinu.
405 436 615578546
Remarque : Chaque lment chimique a un spectrequi lui est propre. Lanalysedunlumire laidedunspectroscope permet donc didentifier les lmentschimiques quellecontient.
- Les spectres dmission et dabsorption
B / Les spectres de raies ( spectres discontinus )
-
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-
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Exemples de spectres dmission
- Les spectres dmission et dabsorption
-
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3) Spectre de flamme.
Dans la flamme non clairante dun becMecker, on porte un fil de platine ayantt tremp dans une solution de chlorurede sodium.
La solution contient les ions sodium et lesions chlorure.
Observations : laflamme dans laquelleest jaune. Elle met envidence la prsence dellment sodium.
p p
B / Les spectres de raies ( spectres discontinus )
- Les spectres dmission et dabsorption
-
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61
3) Spectre de flamme.
p p
B / Les spectres de raies ( spectres discontinus )
Conclusion : Le spectre de la lumire mise par la flamme est
semblable celui de la lumire mise par la lampe vapeur de sodium.
Les ions et les atomes mettent de la lumire dont lespectre est appel : spectre de flamme. Il est constitude raies.
Exploitation :
en analyse chimique, on utilise les couleurs de flammepour rechercher certains ions dans une solution. Les radiations mises sont caractristiques de la nature
chimique des atomes ou des ions prsents dans laflamme.
-
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-Quelques couleurs de flamme :
SodiumPotassium
Calcium
Lithium
Baryum
Strontium
- Les spectres dmission et dabsorption
-
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63
II / Spectres dabsorption :
Dfinition : un spectre d'absorption est un spectre
produit par un objet non lumineux clair par une
autre source lumineuse.
- Les spectres dmission et dabsorption
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II / Spectres dabsorption :
Le principe est exactement le mme quecelui du spectre d'mission : un niveaud'nergie donn correspond unelongueur d'onde. Mais au lieu d'exciterde la matire (par exemple en lachauffant) pour qu'elle mette de lalumire, on l'claire avec de la lumire
blanche (donc contenant toutes leslongueurs d'ondes) pour voir quelleslongueurs d'ondes sont absorbes.
- Les spectres dmission et dabsorption
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II / Spectres dabsorption :
Si lon interpose un gaz basse pression et temprature ambiante entre la source derayonnement continu et lcran
-
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Le gaz absorbe les radiations quil estcapable dmettre produisant ainsi dans le
spectre des raies noires appeles raiesdabsorption.
-Les spectres dmission et dabsorptionII / Spectres dabsorption :
Observations :Le spectre de la lumire qui a travers le gazcontenant des ions monoatomiques est un spectrecontinu entrecoup de raies noires.
-
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Spectre dabsorption du NaOn claire de la vapeur de sodium avec de la
lumire blanche. On observe : c'est--diredes raies noires sur un fond continu
(color). Ces raies sont situes aux mmesemplacements que dans le spectre de raiesd'une lampe au sodium.
Une espce chimique ne peut absorber queles longueurs d'onde qu'elle met.
-Les spectres dmission et dabsorptionII / Spectres dabsorption :
-
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Spectre d'absorption du mercure
Le gaz absorbe les radiations quil estcapable dmettre.
- Un spectre dabsorption estcaractristique de la nature chimique dunatome ou dun ion.
-Les spectres dmission et dabsorptionII / Spectres dabsorption :
-
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Conclusion :Un gaz, bassepression et basse temprature,travers par une lumire blanche
donne un spectre dabsorption. - Le spectre de la lumire transmise
est constitu de raies noires sedtachant sur le fond color du
spectre de la lumire blanche.
-Les spectres dmission et dabsorptionII / Spectres dabsorption :
d d b
-
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Les raies d'absorption correspondent auxraies d'mission.Un lment chimique absorbe les
radiations qu'il est capable d'mettre. Les raies d'absorption et d'mission ont la
mme longueur d'onde.
-Les spectres dmission et dabsorptionII / Spectres dabsorption :
-
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Lois de Kirchhoff
Un gaz pression lev, un solide ou unliquide chauffs mettent un spectrecontinu (premire loi).
Un gaz chaud, basse pression, met unspectre de raies caractristiques dellment (deuxime loi).
Un gaz froid, basse pression, absorbecertaines radiations. On obtient un spectre
de raies dabsorptions (troisime loi).Le schma ci-dessous explicite ces trois lois :
-
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-Les spectres dmission et dabsorption
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2)Spectre d'absorption d'un liquide
On dit qu'il s'agit d'un spectre de bandes. Lasubstance absorbe certaines radiations.
Le spectre de la lumire blanche
Spectre de bandes d'absorption
Le spectre de la lumire blanche traversant unesubstance est un spectre d'absorption.
Les spectres d mission et d absorptionII / Spectres dabsorption :
filtre cranAbsorption avec des filtres colors :
-
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1) Filtre rouge
Source delumire blanche
rouge
lumire blanche
cran
On analyse la lumire transmise par lefiltre rouge laide du spectroscope
Le spectre observ est appel spectre dabsorption car il a t obtenu
en analysant de la lumire blanche qui a travers une substance( ici,
un filtre rouge ).
( en nm )400 800700
radiationsabsorbes
radiationstransmises
-
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2) Filtre cyan
Cette fois, on observe des radiations de 2 couleurs
diffrentes : verte et bleue. En effet, le filtre cyan transmet
les lumires verte et bleue et absorbe le rouge.
( en nm )400 550500
radiationsabsorbesradiations
transmises800
On obtient le spectre suivant :
-
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400 550500 800
radiationstransmises
radiations absorbes
dans le vert
Absorption avec une solution colore depermanganate de potassium :
On remplace le filtre prcdent par une solution depermanganate de potassium de couleur violette.On peut alors analyser la lumire transmise parcette solution colore, on obtient le spectredabsorptionsuivant :
-
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Spectre de la lumire blanche
Spectre de la lumire blanche ayant
travers la solution violette.
-
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Couleur de la lumire et tempraturede la source
La plupart des sources de lumire sont chaudes ;elles mettent de la lumire par incandescence.La lumire mise est compose d'une plagetendue de longueurs d'onde.
La rpartition nergtique des ondes misesselon leur longueur d'onde ne dpend que de latemprature de la source.
La quantit d'nergie mise par une source estpasse par un maximum pour une longueur
d'onde particulire l max. Celle-ci ne dpend quede la temprature absolue T de la source et nedpend pas de la matire avec laquelle elle estconstitue..C'est loi de Wien : l max = 2,9 .10-3 /T
C l d l l i t
-
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Une source temprature double met une longueur d'onde deux fois plus petite.
Les sources chaude mettent plus de bleuque les sources froides.
Une source 20 C (293 K) met surtoutdes infra-rouge (maximum aux environ de10 m =10 .10-6m = 2,9 .10-3/293),
une source 5450C (5723 K) met de lalumire visible avec un maximum 0,5
m = 0,5 .10-6m = 2,9 .10-3/5273(lumire verte).
Couleur de la lumire ettemprature de la source
la luminance d'un corps noir est d'autant
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plus grande que la temprature est plusleve
Co le de la l mi e et
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Plus la source est temprature leve,plus la densit d'nergie lumineuse (laquantit d'nergie par m 3 ) estimportante.
C'est la loi de Stephan-Boltzmann
u(T) = 5,69 10 -8. T4.
Une source 1 temprature double d'unesource 2 a une densit d'nergie 16 foisplus grande.
Couleur de la lumire ettemprature de la source
i
-
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PartieII:Spectroscopies Molculaires
La lumire Propagation de la lumire Interactions Onde et matire nergies des molcules Labsorption de radiations par une
molcule Modes dinteractions physiques de la
matire lnergie Spectroscopies Molculaires
Principe de base
La lumire
-
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Propagation de la lumire
-
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Une radiation peut-trecaractrise par:
*Frquence ( en Hz unepriodeT): Rptition dans le
temps
*Longueur donde( en nm):
Rptition dans lespace
Propagation de la lumire
Propagation de la lumire
-
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Ces composantes oscillent la frquence pourdes photons dnergie h.
Propagation de la lumire
Spectre lectromagntique
-
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Spectre lectromagntique
-
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Violet: 400 -420 nm
Indigo: 420 -440 nmBleu: 440 -490 nmVert: 490 -570 nmJaune: 570 -585 nm
Orange: 585 -620 nmRouge: 620 -780 nm
Spectre du visible
-
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Interactions Onde et matire
Une onde lectromagntique estcaractrise par sa frquence qui la relie son nergie par la
relation de Planck: E = h = hc/
Echantillon
RAPPORT ONDE-MATIERE
-
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RAPPORT ONDE-MATIERE
La liaison atomique estfondamentalement compose decharges lectroniques, combines dansun tat stable.
nature des atomes peut prsenter uncaractre de diple lectrique
(lctrongativits diffrentes) on adonc une liaison polaire
-
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nergies des molcules
E0= Ee + Ev + Er Ee>> Ev >> Er Ee : nergie lectronique dpend du
nombre dlectrons et de la forme de lamolcule
Ev : nergie vibrationnelle dpend de lanature des noyaux et de leurs
arrangements Er : nergie rotationnelle dpend de la
structure de la molcule
Labsorption de radiations par
-
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une molcule
les nergies Er; Ev et Ee sontquantifies, et peuvent donner lieu des changes avec les OEM.
Labsorption dune radiation par unemolcule provoque une modification deson nergie. En fonction de la nature
de la radiation (cest dire de salongueur donde ), Ee, Ev ou Er seramodifie.
Labsorption de radiations par
-
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Niveau d'nergieTout systme possde un certaine quantitd'nergie. Cette quantit est dfinie partird'un zro arbitraire (comme on le fait pourl'altitude). On ne mesure donc que desvariation DE du niveau d'nergie. Lorsquele systme reoit de l'nergie, son niveauaugmente DE>0, lorsqu'il en donne l'extrieur son niveau baisse DE < 0.
une molcule
Labsorption de radiations parl l
-
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Par absorptionun quantumabsorb permet le passage dela molcule au niveaud'nergie suprieur.
Par missionen revenant au
niveau d'nergie infrieur, lamolcule met une ondelectromagntique.
une molcule
Labsorption de radiations parl l
-
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D'autres conditions pluscomplexes, appeles rgles deslectionsont aussi ncessaires
Aprs absorption de la radiation, lamolcule a pour nergie :
E1 = E0 + h
Lnergie E0 dune molcule estgale : E0= Ee + Ev + Er
une molcule
Labsorption de radiations parl l
-
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Il faut, dans ce cas, plusieursconditions : le quanta absorb doit treau moins gal la diffrence entre lesniveaux d'nergie possibles de lamolcule.
Physiquement quand on absorbe unquantum que devient la molcule?
le tableau suivant rsume lesvariations observes.
une molcule
les variations observes quand la molcule
-
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les variations observes quand la molculeabsorbe un quantum.
Type d'OEMabsorbe
saut d'un niveau de rotation
micro onde saut d'un niveau de vibration
Infrarouge saut d'un niveau lectronique dans uneorbitale molculaire dlocalise
Ultravioletproche
saut d'un niveau lectronique dans unorbitale molculaire , ou formationd'un radical libre si liaison s
Rayon X#de ladiffraction
Extraction des lectrons des coucheslectroniques de l'atome
-
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Labsorption de radiations parl l
-
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Labsorption dune radiation UV ouvisible (trs nergtique) va modifierla configuration lectronique de lamolcule: transition lectronique.
Labsorption dune radiationinfrarouge modifie ltat
nergtique de vibration: transitionvibrationnelle.
une molcule
Labsorption de radiations parl l
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8/10/2019 Initiation a La Spectroscopie Corrige Partie I 2014
99/112
USMS/Fst/Master TACQAA
mthodes spectroscopiques 2Pr.F.KZAIBER
99
Pour un niveau lectronique, il existeplusieurs niveauxvibrationnelsproches. Ces niveaux vibrationnelssont diviss en niveaux rotationnelsencore plus proches.
une molcule
Labsorption de radiations parl l
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100/112
USMS/Fst/Master TACQAA
mthodes spectroscopiques 2Pr.F.KZAIBER
100
une molcule
Labsorption de radiations parl l
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101/112
USMS/Fst/Master TACQAA
mthodes spectroscopiques 2Pr.F.KZAIBER
101
Les transitions lectroniques mettent enjeu des lectrons des orbitales sliantes, et
s* antiliantes (liaisons axiales ), et *(recouvrement latral) et n (orbitale nonliante-doublet libre).
une molcule
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8/10/2019 Initiation a La Spectroscopie Corrige Partie I 2014
102/112
USMS/Fst/Master TACQAA
mthodes spectroscopiques 2Pr.F.KZAIBER
102
Spectroscopies Molculaires
Principe de base
Si la molcule tudie est irradie par
un rayonnement lectromagntique lalongueur d'onde approprie, elle peutabsorber ce rayonnement.
L'absorption correspond au transfert
d'une certaine quantit d'nergielectromagntique transporte parlonde la molcule
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103/112
USMS/Fst/Master TACQAA
mthodes spectroscopiques 2Pr.F.KZAIBER
103
Spectroscopies Molculaires
Principe de base
L'nergie peut trechange seulement
par des"paquets",des quantitsindivisibles, ou desquanta de
E = h(h tant la
constante dePlanck).
Spectroscopies Molculaires origine
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8/10/2019 Initiation a La Spectroscopie Corrige Partie I 2014
104/112
USMS/Fst/Master TACQAA
mthodes spectroscopiques 2Pr.F.KZAIBER
104
p p gdes spectres
Spectroscopies Molculaires origine
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105/112
USMS/Fst/Master TACQAA
mthodes spectroscopiques 2Pr.F.KZAIBER
105
p p gdes spectres
Spectroscopies Molculaires origine
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8/10/2019 Initiation a La Spectroscopie Corrige Partie I 2014
106/112
USMS/Fst/Master TACQAA
mthodes spectroscopiques 2Pr.F.KZAIBER
106
p p gdes spectres
Spectroscopies Molculaires origine
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8/10/2019 Initiation a La Spectroscopie Corrige Partie I 2014
107/112
USMS/Fst/Master TACQAA
mthodes spectroscopiques 2Pr.F.KZAIBER
107
p p gdes spectres
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8/10/2019 Initiation a La Spectroscopie Corrige Partie I 2014
108/112
USMS/Fst/Master TACQAA
mthodes spectroscopiques 2Pr.F.KZAIBER
108
Spectroscopies Molculaires
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8/10/2019 Initiation a La Spectroscopie Corrige Partie I 2014
109/112
Spectroscopies Molculaires origine
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8/10/2019 Initiation a La Spectroscopie Corrige Partie I 2014
110/112
USMS/Fst/Master TACQAA
mthodes spectroscopiques 2Pr.F.KZAIBER
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p p gdes spectres
Spectroscopies Molculaires originedes spectres
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8/10/2019 Initiation a La Spectroscopie Corrige Partie I 2014
111/112
USMS/Fst/Master TACQAA
mthodes spectroscopiques 2Pr.F.KZAIBER
111
des spectres
Spectroscopies Molculaires originedes spectres
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8/10/2019 Initiation a La Spectroscopie Corrige Partie I 2014
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des spectres