La spectroscopie dans le domaine temporel
La spectroscopie dans le domaine temporel est un type de spectroscopie qui mesure la puissance du rayonnement électromagnétique en fonction du temps. La spectroscopie normale est la spectroscopie dans le domaine des fréquences. Elle mesure les rayonnements en fonction de la fréquence ou de la longueur d'onde. La spectroscopie dans le domaine temporel nécessite généralement l'utilisation de transformées de Fourier.
Deux lumières monochromatiques de fréquences différentes peuvent se combiner pour montrer des schémas d'interférence. Au temps t=0, les ondes interfèrent de manière constructive. Cela donne un maximum dans le tracé ajouté. Les ondes se déphasent davantage. Cela conduit à une interférence destructive et à un minimum dans le tracé ajouté. D'un pic maximum à un autre, il y a un cycle. Ainsi, lorsque l'on regarde deux lumières monochromatiques, on peut les représenter sous forme de deux lignes dans le domaine des fréquences (ce graphique montre la puissance, P(ν), en fonction de la fréquence). Les deux mêmes lumières peuvent être représentées par la somme de leurs ondes dans le domaine du temps (ce graphique montre la puissance, P(t), en fonction du temps).
Les absorptions dans les spectres ressemblent généralement à de larges pics. Cela signifie qu'un pic peut contenir de nombreuses longueurs d'onde de rayonnement. Ces longueurs d'onde peuvent être tracées dans le domaine temporel. Remarquez qu'il y a maintenant des zones plus petites d'interférence constructive. Cela s'explique par le fait que les longueurs d'onde étroitement espacées deviennent rapidement de plus en plus déphasées.
Deux fréquences légèrement différentes tracées dans le domaine temporel et dans le domaine fréquentiel. Le graphique du bas montre l'addition des fréquences dans le domaine temporel
Les larges pics dans les spectres sont constitués de nombreuses longueurs d'onde. Ces graphiques montrent certaines de ces longueurs d'onde dans le domaine de la fréquence et du temps.
Obtenir des spectres dans le domaine temporel
La spectroscopie réalisée avec le rayonnement visible ou infrarouge implique des longueurs d'onde de 1012 à 1015 Hz. Les phototransducteurs (instruments qui convertissent la lumière en informations lisibles par un ordinateur) ne peuvent pas effectuer des mesures aussi rapidement. Il faut donc trouver un moyen de transformer ces signaux à haute fréquence en signaux à basse fréquence. Pour la spectroscopie optique (telle que la spectroscopie infrarouge), la manière la plus courante de le faire est d'utiliser un interféromètre de Michelson.
La lumière monochromatique qui traverse un interféromètre de Michelson est divisée en deux faisceaux par un séparateur de faisceau. Ces faisceaux se déplacent vers des miroirs, se réfléchissent, puis se recombinent au niveau du séparateur de faisceaux. L'un des miroirs peut être déplacé. Si les deux miroirs sont à la même distance l'un de l'autre, ils se rencontrent au niveau du séparateur de faisceau en phase et présentent une interférence constructive. Lorsque l'un des miroirs est déplacé, les faisceaux deviennent légèrement plus déphasés. Lorsque le miroir mobile s'est déplacé d'une distance égale à ¼ de la longueur d'onde de la lumière, la distance supplémentaire qu'il parcourt est ½ de la longueur d'onde de la lumière. Cela signifie que lorsque les deux faisceaux se combinent au niveau du séparateur de faisceaux, ils interfèrent de manière destructrice. Donc, en déplaçant le miroir d'une distance totale de ½ la longueur d'onde de la lumière, les spectres montreront un cycle complet. On pourrait alors tracer la puissance du rayonnement en fonction de la distance parcourue par le miroir mobile. Cependant, en connaissant la vitesse du miroir mobile, la puissance de rayonnement peut être tracée en fonction du temps.
La plupart des expériences de spectroscopie dans le domaine temporel impliquent un rayonnement à large bande (rayonnement qui consiste en une large gamme de longueurs d'onde).
Un interféromètre Michelson
Demandes
La spectroscopie dans le domaine temporel est très souvent utilisée en spectroscopie infrarouge (FT-IR) et en spectroscopie RMN (FT-NMR). Elle présente plusieurs avantages par rapport à la spectroscopie dans le domaine des fréquences. Dans les expériences dans le domaine des fréquences, chaque longueur d'onde doit être mesurée une à la fois. Cela signifie que les balayages peuvent prendre plusieurs minutes. Une seule expérience dans le domaine temporel ne prend pas plus d'une minute. En général, cela ne prend que quelques secondes. Cela signifie que de nombreux balayages peuvent être effectués pour un échantillon donné, et que l'on peut faire la moyenne des balayages. Ainsi, non seulement l'expérience dans le domaine temporel est plus rapide, mais elle peut aussi avoir un meilleur rapport signal/bruit.
Questions et réponses
Q : Qu'est-ce que la spectroscopie dans le domaine temporel ?
R : La spectroscopie dans le domaine temporel est une méthode de spectroscopie qui mesure la puissance du rayonnement électromagnétique en fonction du temps.
Q : En quoi la spectroscopie dans le domaine temporel diffère-t-elle de la spectroscopie normale ?
R : La spectroscopie dans le domaine temporel mesure le rayonnement en fonction du temps, alors que la spectroscopie normale mesure le rayonnement en fonction de la fréquence ou de la longueur d'onde.
Q : Que faut-il pour effectuer une spectroscopie dans le domaine temporel ?
R : La spectroscopie dans le domaine temporel nécessite généralement l'utilisation de transformées de Fourier.
Q : Comment peut-on représenter graphiquement deux lumières monochromatiques de fréquences différentes ?
R : Deux lumières monochromatiques de fréquences différentes peuvent être représentées sous la forme de deux lignes dans le domaine fréquentiel, qui montre la puissance en fonction de la fréquence.
Q : Comment les deux mêmes lumières monochromatiques peuvent-elles être représentées dans le domaine temporel ?
R : Les deux mêmes lumières monochromatiques peuvent être représentées sous la forme de la somme de leurs ondes dans le domaine temporel, ce qui montre la puissance en fonction du temps.
Q : À quoi ressemblent généralement les absorptions dans les spectres ?
R : Les absorptions dans les spectres ressemblent généralement à des pics larges.
Q : Pourquoi des longueurs d'onde rapprochées dans le domaine temporel conduisent-elles à des zones d'interférence constructive plus petites ?
R : Des longueurs d'onde rapprochées deviennent rapidement de plus en plus déphasées, ce qui conduit à des zones d'interférence constructive plus petites dans le domaine temporel.
