Spectroscopie par Transformée de Fourier

La spectroscopie par transformée de Fourier est une technique de mesure par laquelle les spectres sont collectés sur la base de mesures de la cohérence d'une source radiative, utilisant le domaine temporel ou le domaine spatial des rayonnements électromagnétiques ou autre. Elle peut être appliquée à plusieurs types de spectroscopie dont la spectroscopie optique, la spectroscopie infrarouge (FTIR, FT-NIRS), la résonance magnétique nucléaire (RMN) et l'imagerie spectroscopique à résonance magnétique (MRSI), la spectrométrie de masse et la spectroscopie par résonance paramagnétique électronique (RPE).

 

Il existe plusieurs méthodes pour mesurer la cohérence temporelle incluant la spectroscopie par transformée de Fourier. L'expression spectroscopie par transformée de Fourier fait référence à une transformation de Fourier requise pour transformer la donnée brute en un spectre réel.  

La spectroscopie par transformée de Fourier trouve, aujourd'hui, des applications dans quasiment tous les domaines de la physique au sens large : astronomie, biophysique, physique atomique, physique moléculaire, etc. 

Principe de laTF 

 

La spectroscopie par transformée de Fourier (SFT ou FTIR) est une technique qui utilise le principe de filtrage optique.

Le rayonnement émis par une source polychromatique traverse dans un premier temps un interféromètre du type Michelson, puis à sa sortie, une cuve d'absorption contenant le gaz à étudier. Ce rayonnement est ensuite focalisé sur un détecteur par l'intermédiaire duquel un ordinateur calcule le spectre .

 

Interféromètre de Michelson

L'interféromètre de Michelson est un dispositif à deux ondes à division d'amplitude. Il peut donc conduire à des interférences (anneaux) localisées à l'infini avec des sources étendues. Le faisceau lumineux provenant de la source frappe une lame semi-réfléchissante, appelée séparatrice dont l'action est de diviser le faisceau incident en deux parties d'intensités égales, un faisceau réfléchi et un faisceau transmis. Chacun de ces faisceaux effectue un aller-retour par rapport au
miroir-séparatrice. 

La particularité réside dans la différence de marche optique de ces deux faisceaux. Le faisceau transmis frappe un miroir fixe et a donc un parcours optique fixe, alors que le faisceau réfléchi frappe un miroir mobile et possède donc un parcours optique dépendant du déplacement  de celui-ci. Au niveau de la séparatrice, ces deux faisceaux se combinent à nouveau et sont focalisés vers le compartiment échantillon puis le détecteur. Lorsque l'interféromètre est éclairé par une source de répartition spectrale B(σ), le récepteur placé au centre des anneaux à l'infini verra un flux lumineux d'intensité:

I(δ) = ∫0+∞ B(σ)(1+cos(2πσδ))dσ

σ est le nombre d'onde.
Cette équation se compose de deux termes: un terme constant et un terme variable appelé interférogramme:

$$I\text{'}(\delta )={\displaystyle {\int }_0^{+\infty }B(\sigma )\cos (2\pi \sigma \delta )d\sigma }=T_F\left[B(\sigma )\right]$$

L'interférogramme n'est autre que la transformée de Fourier en cosinus du spectre B(σ).
La transformation inverse restitue le spectre (fonction source):

B(σ) = ∫0+∞  I'(δ)cos(2πσδ)dδ $${\displaystyle }$$

Pour obtenir un spectre, la STF procède donc en deux temps: elle enregistre d'abord l’interférogramme en fonction de la d.d.m δ , puis elle calcule sa de Fourier inverse.