Chambre à basse température pour études infrarouges de cristaux

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Submitted on 1 Jan 1958

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Chambre à basse température pour études infrarouges de cristaux

Michel Cadène, Claude Deloupy

To cite this version:

Michel Cadène, Claude Deloupy. Chambre à basse température pour études infrarouges de cristaux.

J. Phys. Radium, 1958, 19 (4), pp.506-507. �10.1051/jphysrad:01958001904050600�. �jpa-00235877�

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CHAMBRE A BASSE TEMPÉRATURE

POUR ÉTUDES INFRAROUGES DE CRISTAUX

Par Michel CADÈNE et Claude DELOUPY,

Laboratoires de Physique Moléculaire et Cristalline,

Faculté des Sciences de Montpellier,

Un certain nombre d’appareils déjà ^réalisés pour refroidir les _corps étudiés _par spectroscopie infrarouge,

ne permettent d’opérer qu’à ^{une seule} température ^ou,

du moins, qu’à ^{un.nombre limité de} températures (voir

par exemple I). ^Le dispositif auquel ^{nous avons eu}

recours et qui ^est inspiré ^{de ceux} adoptés par L. Bout- tier [2] ^{et Mme} Weil-Marchand [3] permet ^au contraire,

de refroidir, ^{et de} maintenir, des cristaux à n’importe quelle température jusqu’à ^{environ - i80 °C.}

I. Principe.

^Les frigories nécessaires ^{au refroi-}

dissement de la chambre sont fournies _par l’ébullition d’azote liquide ^et par le réchauffement de ses vapeurs.

Une pompe ^à palettes aspire ^{cet azote sous forme} liquide puis gazeuse ^et le fait circuler à l’intérieur des

parois de la chambre.

La mesure de la température ^{se fait à} l’aide d’un

couple thermoélectrique ^{dont on mesure} la force élec- tromotrice par ^une méthode d’opposition. L’appareil

de zéro est un galvanomètre ^{dont le} spot ^{vient éclairer}

une cellule photoélectrique lorsque l’équilibre ^du pont

est détruit p ar réchauffement de l’enceinte. Cette cellule commande alors, par l’intermédiaire d’un thy-

ratron, un relai qui contrôle la mise en marche de la pompe.

I I. Description de la chambre froide. - La chambre froide décrite ici vient compléter ^un spectromètre infrarouge ^à prisme ^{et à réseaux construit au labora-}

toire et décrit dans un précédent ^article [4]. ^Elle

dû,

par suite, satisfaire aux conditions suivantes : 1. Être de dimensions suffisantes _pour permettre de refroidir entièrement

disque ^à échantillons.

2. Permettre la rotation intermittente de

disque (cette rotation détermine les quatre ^{mesures effectuées}

sur chaque longueur d’onde).

3. Pouvoir être utilisée dans un large ^{domaine de} longueur ^d’onde (du ^{visible à environ 40} microns), ^et permettre d’effectuer des mesures par transmission ^et par réflexion, ^{d’où la nécessité de} prévoir ^{des fenêtres} interchangeables ^et de dimensions suffisantes.

La troisième et surtout la deuxième condition étant peu conciliables ^avec la réalisation d’une bonne étan-

chéité, ^{nous avons dû} renoncer au procédé qui ^{consiste à}

faire _passer les vapeurs d’azote ^à l’intérieur de la chambre. Ces vapeurs circulent simplement ^{à l’inté-}

rieur d’un serpentin ^{soudé aux parois.}

La chambre, ^{de forme} cylindrique, ^est représentée ^en

coupe ^sur la figure ^{1. Le} disque ^à échantillons D (en aluminium) ^est porté par ^un manchon isolant M, ^en

« téflon » (polytétrafluoréthylène) lequel ^{manchon com-}

mande la rotation. La chambre P, ^en cuivre, ^{vient se} placer ^{autour de ce} disque, ^{un presse} étoupe permet-

tant le _passage du manchon M. Le serpentin ^{S et le}

couvercle C sont également ^{en cuivre. Les fenêtres} interchangeables ^{F sont} fixées à la boîte et au cou-

vercle _par l’intermédiaire d’assemblages ^{A en téflon.}

L’isolation thermique ^de l’ensemble est obtenue, ^d’une façon ^très satisfaisante, ^{à l’aide d’une} paroi épaisse ^en

mousse plastique.

Le serpentin ^est relié, ^d’une part ^{à une bouteille} d’azote liquide ^{par un} tuyau ^{en téflon} soigneusement calorifugé, ^d’autre part ^à la pompe aspirante par ^une canalisation en téflon; puis ^en cuivre, réchauffée élec-

triquement ^au voisinage de la pompe.

Afin d’éviter tout givrage ^des fenêtres, ^un dispositif

annexe permet ^{de les} balayer, extérieurement, ^{à l’aide}

d’un courant d’air débarrassé de savapeur d’eau et de

son gaz carbonique.

Essais de l’appareil. 2013 Malgré les dimensions impor-

tantes de l’enceinte, (voir fig. 1), ^{et la nécessité} d’un

FIG. 1.

Coupe de la chambre à basse température.

balayage, donc d’un réchauffement des fenêtres, ^le sys-

tème adopté ^{permet de la refroidir jusqu’à - 180°C.}

Le dispositif ^de régulation automatique permet ^de stabiliser la température ^à plus ^{ou moins un} degré près. Cette stabilisation nous

jusqu’à présent ^suffi

pour les ^mesures que nous avons eu à effectuer. Il serait d’ailleurs relativement facile de l’améliorer en pré- voyant ^un réglage ^{fin de} l’aspiration ^au lieu d’une commande par ^{tout ou} rien.

Un premier ^{essai de} l’appareil ^{a été fait pour l’étude}

de l’effet de refroidissement sur les bandes d’absorption

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphysrad:01958001904050600

507 du gypse"entre 1,2 ^et 2,3 microns. Divers spectres ^ont

été pris ^avec prisme ^en FLi, ^{utilisé en} triple passqge, à des températures ^de plus ^en plus basses. Nous don-

nons comme exemple ^{sur la} figure ^{2 deux} spectres pris respectivement ^à + 18°C et

t70 OC relatifs aux

harmoniques des vibrations de valence de l’eau de cristallisation. Lorsque ^la température s’abaisse les

changements ^se traduisent essentiellement _par un affi- nement et un allongement ^{des bandes avec} disparition

de certaines ailes.Certalnesbandessont plus influencées que d’autres ^{comme on} peut ^en juger ^{sur la} figure ^2.

Fié. 2.

Effet de refroidissement

les bandes d’absorp-

tion du Gypse ^entre 1,2 ^et 1,7 ^micron.

1

Intensité transmise

lumière naturelle par

lame de Gypse d’épaisseur

0,65 mm, taillée paral- lèlement

clivage naturel gI :

Spectre r, ^à température + 18 °C.

Spectre r2 ^à température ^{- 170 OC.}

A-B-C : fréquence ^{2v de} l’oscillation ^{des molécules}

d’eau dans le cristal.

D : fréquence ^{2v de} l’oscillation des molécules de l’eau

atmosphérique.

De plus ^{une étude} plus précise ^{faite avec un réseau de}

la bande de combinaison de deux harmoniques ^de

l’eau dans le gypse ^aux environs de 1,9 ^{micron montre} l’apparition ^{d’une structure} mal différenciée à la tem-

pérature ^ordinaire.

Lettre reçue le ^{3 mars} 1958.

BIBLIOGRAPHIE

[1] ^WALSH (A.) ^{et WILLIS} (J. B.), ^{J. Chem.} Phys., 1950, 18, 552.

[2] ^BOUTTIER (L.), Thèse, Paris, 1951.

[3] WEIL-MARCHAND (Mme A.), Thèse, Paris, 1957.

[4] ^VERGNOUX (Mlle ^A. M.) ^{et DELOUPY} (C.), ^Rev. Opt., 1957, 36, ^20.

SPECTRES D’ABSORPTION DANS L’ULTRAVIOLET

LOINTAIN DES IODURES ^DE MÉTHYLE

ET D’ÉTHYLE

ET DU BROMURE D’ÉTHYLE,

GAZEUX ET SOLIDES.

Par Mlle N. ASTOIN, ^{Mme J. GRANIER}

et Mlle M. CORDIER,

Laboratoire des Hautes Pressions, ^Bellevue.

On sait que le passage ^à l’état condensé ^se traduit,

dans les spectres ultraviolets de certaines substances,

par le déplacement, ^la déformation ou la disparition

des bandes d’absorption [1], [2], [3]. ^{Ils nous a semblé}

intéressant d’entreprendre ^{une étude} comparative ^des spectres d’absorption ^à l’état solide et gazeux des

halogénures d’alcoyle pour lesquels ^{des bandes de}

types différents se trouvent dans une région spectrale

accessible avec des fenêtres de fluorine. Nous avons

mesuré les coefficients d’absorption de l’iodure de

méthyle, ^{de l’iodure et} du bromure d’éthyle, gazeux ^et

solides, ^{entre 2 800 et 1 550 Á.}

Le spectrographe, ^{à réseau} concave en incidence

normale, ^{à une} dispersion ^de 17,5 Â/mm. ^{Pour les}

gaz, les pressions ^{varient de 1 à 270 mm} Hg ^{dans des}

cuves de 1, 10,5 ^{et 72 mm. A l’état} solide, ^{l’étude a été}

faite sur des couches condensées sur une fenêtre de

fluorine portée ^{à la} température d’ébullition de l’azote

liquide, ^{ou de son} point triple, ^{dans le} cryostat ^métal- lique décrit par Romand [1], [3], [4].

Nous n’avons pas mesuré directement l’épaisseur ^des

couches obtenues, ^{mais un} calcul, ^{basé sur} l’hypothèse

que la distribution des molécules à partir ^de l’éjecteur

est uniforme dans ^une demi-sphère ^et que les pertes dues aux rebondissements des molécules sur la fenêtre sont négligeables,

^{donne une valeur} approchée ^que

la comparaison ^des spectres ^{solide et} vapeur semble confirmer ; ^les épaisseurs ^ainsi déterminées ^varient

entre 2.10-5 et 10-2 g/cm2 ^{soit environ de 0,1 à 50} (l.

Le coefficient d’extinction moléculaire

est défini

par la relation

(l : longueur ^en

^et

concentration en mol , g/1).

La figure p. 508 représente l’ensemble des résul-

tats :

Al’état gazeux, le maximum de la bande d’absorption

continue se situe à 39 000 cm-1 pour ICRs ^et IC2H5,

et à 49 000 _{cm-’ pour} BrC2H5, ^en bon accord avec les résultats obtenus par Porret ^et Goodeve [5].

Pour les iodures de méthyle ^et d’éthyle, des ^bandes étroites et intenses, déjà observées par Price _[6], apparaissent ^à partir ^{de 48} 600 cm-’ pour ICHG ^et 49 400 cm-1 pour IC2H5, ^et s’étendent jusqu’à ^la

limite de nos spectres. ^A partir ^{de 53 000} cm-1, ^on relève, ^entre les bandPs de IC2H5, ^une absorption qui

semble devoir être séparée ^au pied ^des bandes, ^{car elle} suit la loi de Beer, ^du moins dans ^un intervalle de

pressions ^{de 4 à 50 mm} Hg pour ^{une cuve} de 1 mm

d’épaisseur. ^Dans le bromure d’éthyle, ^{les bandes}

apparaissent ^à partir ^{de 55 000 cm-1 et} présentent ^un

aspect plus ^diffus.