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Analyse par spectroscopie Raman

entrepris une étude quantitative de ce phénomène pour déterminer la variation de la

température de transition avec la concentration deαCD et la reproductibilité du

phé-nomène au cours des cycles successives de chauffage-refroidissement. Pour cela, nous

avons utilisé 5 solutions avec des concentrations de 100, 150, 200, 250, et 300 g/l de

aCD/4MP. Ces solutions ont été enfermées dans des flacons en verre et chauffées dans

un bain d’huile. La température du bain a été mesurée et augmentée à une vitesse

d’approximativement 5

/min.

Fig. 5.2: Les températures de solidification des solutions αCD/4MP en fonction de la

concentration d’αCD, au cours de plusieurs cycles successives de chauffage.

La température, T

B

, à laquelle la solution initialement transparente commence à

de-venir opaque a été enregistrée. L’erreur maximale de la mesure des températures T

B

est

de 2-3

. La Fig. 5.2 représente la variation de T

B

observée au cours de plusieurs cycles

chauffage-refroidissement, en fonction de la concentration deαCD. Après chaque cycle

on attendait jusqu’à ce que la solution redevienne transparente suite à la dissolution

complète du solide. Comme on peut voir dans la figure, la température T

B

ne varie pas

de façon significative au cours des cycles chauffage-refroidissement successifs.

Des transitions de phase analogues ont également été observées pour la pyridine et

la 2,6-di-méthyle pyridine comme solvants.

5.4 Analyse par spectroscopie Raman

La spectroscopie Raman a été utilisée pour vérifier la réversibilité du processus

de transition de phase. Des effets irréversibles devraient se manifester dans le spectre

vibrationnel de la solution rééquilibrée après des cycles de chauffage-refroidissement.

Pour enregistrer le spectre entier entre 0 et 3500 cm

1

, une vitesse de 100 cm

1

/min et

Fig.

5.3:

L

es

sp

ectr

es

IR

et

R

aman

de

α

-et

de

β

-cyclo

dextrine

(p

oudr

e).

5.4. ANALYSE PAR SPECTROSCOPIE RAMAN

69

Fig.

5.4:

L

es

sp

ectr

es

R

aman

de

γ

-pic

oline,

pyridine

et

toluene.

un temps d’intégration de 500 ms ont été utilisés. Des "zoom" sur différentes raies, ont

été enregistrés à la vitesse de 50 cm

1

/min avec un temps d’intégration de 100 ms.

Le monochromateur a été utilisé avec des fentes correspondant à une résolution de 1

cm

1

.

En vue d’une analyse vibrationnelle et pour mieux comprendre des modifications

spectrales dans les solutions, des spectres Raman et infrarouges deαCD etβCD ont été

enregistrés ainsi que les spectres Raman de 4MP, de pyridine et de toluène.

Les spectres Raman desαCD etβCD ont été enregistrés à partir d’échantillons

so-lides (poudre), parce que dans l’eau les spectres ont des intensités très faibles et sont

dominés par les bandes caractéristiques de l’eau. Les spectres infrarouges ont été

enre-gistrés dans une pastille de KBr. La Fig. 5.3 présente les spectres Raman et infrarouges

deαCD etβCD et la Fig. 5.4 les spectres Raman de 4MP, de pyridine et de toluène.

Fig. 5.5: Raies Raman de la 4-méthyle-pyridine pure et contenant différentes quantités

de α-cyclodextrine.

5.4. ANALYSE PAR SPECTROSCOPIE RAMAN

71

Des spectres Raman de 5 solutions de 4MP contenant 30, 60, 90, 120 et 150 g/l aCD

ont été enregistrés, et les raies de 4MP qui sont le plus sensibles à la présence deαCD

sont représentées dans la Fig. 5.5. On remarque l’émergence d’une raie à 478 cm

1

dont l’intensité augmente avec la concentration de αCD ainsi qu’un élargissement et

l’apparition d’une épaule vers des grands nombres d’onde pour les raies situées autour

de 516 et 997 cm

1

.

La raie à 478 cm

1

correspond à une raie Raman de αCD enregistrée sur poudre

(cf. Figure 5.3). Les différences observées pour les deux raies à 516 et 997 cm

1

, n’ont

pas de correspondance dans le spectre Raman deαCD, et reflètent donc l’influence de

αCD sur des vibrations de 4MP. Les déplacements des raies, visibles dans les Figs. 5.5

a, b et c, sont attribués à une dérive du spectromètre.

Pour vérifier la réversibilité du processus de la transition de phase liquide-solide,

les spectres Raman d’une solution de 100 g/l deαCD/4MP ont été enregistrés, après

trois cycles successifs de chauffage-refroidissement. Le spectre de la solution initiale et

les trois autres enregistrés après chaque cycle sont quasiment identiques. La Fig. 5.6,

présente à titre d’exemple les raies situées à 518 et 1000 cm

1

.

Fig. 5.6: Raies Raman après trois cycles de "chauffage-refroidissement-équilibration".

Pour mieux comparer les spectres, elles ont été normalisés.

Nous en concluons que la solution refroidie et rééquilibrée est inchangée et que la

transition de phase est entièrement réversible. Les résultats de diffusion quasi-élastique

de neutrons, présentés dans le chapitre suivant, sont en accord avec cette conclusion.

Comme perspective, nous pensons que des informations importantes pourraient

être obtenues en utilisant la spectroscopie vibrationnelle Raman et IR pour analyser

des modifications qui surviennent dans la solution au cours du chauffage en passant

la transition de phase. À cause du manque de temps ces expériences n’ont pas pu être

réalisées.

CHAPITRE

6

Diffusion des neutrons

Pour étudier comment la transition de phase liquide-solide des solutions deαCD/

4MP affecte les mouvements moléculaires, des expériences de diffusion quasi-élastique

de neutrons ont été faites à l’Institut Laue-Langevin (ILL). En utilisant des instruments

avec des résolutions différentes on peut accéder à des mouvements s’effectuant sur

des échelles de temps différentes (voir Section 2.2). Des mouvements lents, de l’ordre

de quelques nanosecondes, sont observés avec des spectromètres à haute résolution (à

rétrodiffusion e.g. IN16 ou IN10) alors que les mouvements rapides, à l’échelle de la

picoseconde, sont observés avec des spectromètres à temps de vol (IN5). Comme les

sections efficaces de diffusion du proton et du deutéron diffèrent considérablement,

l’échange isotopique hydrogène-deutérium permet d’exposer la structure ou la

dyna-mique de différentes parties des molécules.

Au cours du travail présenté dans cette thèse, nous avons seulement utilisé les

spec-tromètres IN5 et IN16, mais nous faisons parfois référence au travail fait par la suite et

concrétisé dans l’Article 1, où le spectromètre IN10 et les diffractomètres D11 et D16

ont également été utilisés.