Analyse et quantification de Composés Organiques Volatils (COV) par spectroscopie infrarouge à l'aide d'une source laser à différence de fréquences

Analysis and quantification of Volatile Organic Compounds (VOC) by infrared spectroscopy using a laser difference-frequency source

• Auteur / Autrice : Emmanuelle Poullet
• Direction : Jean Burie, Weidong Chen
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des milieux dilués
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Littoral
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physico-chimie de l'atmosphère (Dunkerque, Nord)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Robin Bocquet, Daniel Boucher, Alain Campargue, Jean-Michel Hartmann, Alain Valentin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Daniel Courtois, François Rohart

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lasers

Spectroscopie infrarouge

Analyse quantitative (chimie)

Analyse

Composés organiques volatils

Mots clés libres

Source laser à différence de fréquences

Résumé

La pollution atmosphérique est, actuellement, une préoccupation majeure. Dans ce contexte nous nous sommes intéressés à l'analyse et la quantification de Composés Organiques Volatils (COV) par spectroscopie optique dans l'infrarouge. Les signatures spectrales de ces molécules, permettant de les identifier et de les quantifier, sont très nombreuses dans cette gamme de longueurs d'onde. Un spectromètre laser infrarouge à différence de fréquences a été développé au laboratoire. Celui-ci présente l'avantage d'être continûment accordable en longueur d'onde de 8,8 à 19 µm. Par ailleurs, l'utilisation de différentes cellules d'absorption permet de modifier la longueur de trajet optique de 0,11 à 106 m aafin d'optimiser le signal enregistré en fonction de la concentration. Ce spectromètre a permis la réalisation de spectres d'absorption de divers COV tels que l'éthylène, le toluène et le benzène. Une étude a été réalisée sur les paramètres spectraux de la transition 8₂,₇ ← 8₁,₇ de la bande de vibration V7 de l'éthylène. Ces premières investigations ont permis de déterminer l'intensité de cette transition ainsi que les coefficients d'élargissement par différents gaz. Par ailleurs, une méthode de quantification des molécules lourdes telles que le toluène a été développée. La pertinence en est démontrée à travers une étude menée sur l'éthylène. Cette méthode dite de ''corrélation des absorbances'' est également adaptée à la détection simultanée de plusieurs polluants dont les signatures spectrales se recouvrent. En effet, elle a été appliquée à un mélange de toluène et de dioxyde de carbone.

Atmospheric pollution is of main concern. In this context we are interested in analysis and quantification of volatil organic compounds (VOC) using spectroscopy in the infrared. Many of these molecules exhibit signatures, usually used for their identification and quantification, in this spectral region. An infrared spectrometer based on difference frequency generation has been developed in our laboratory. It has the advantage of being continuously tunable between 8. 8 and 19 µm. Several absorption cells were used for varying the interaction length from 0. 11 to 106 m, which enables optimisation of the recorded signal for each concentration. This spectrometer enabled the recording of several VOC absorption spectra such as ethylene, toluene and benzene. Researches have been realised on spectroscopic parameters of the 8₂,₇ ← 8₁,₇ transition of the V7 vibration band of ethylene. In the first investigation, we determined the line intensity and broadening coefficient for different perturbing gazes. A method for quantification of heavy molecules such as toluene has been developed. The relevance of this method, called ''absorbances correlation'', is studied using ethylene molecule. Moreover, this method is available for simultaneous detection of several components whose signatures overlap. It has been used for a mixture of toluene and carbon dioxide.