Chapitre 12
Spectrométrie de fluorescence X
La fluorescence X est une propriété spectrale des atomes exploitée couramment en analyse
pour obtenir des renseignements qualitatifs ou quantitatifs sur la composition élémentaire
de toutes sortes de mélanges. Le principe consiste à irradier l’échantillon soit par un faisceau de rayons X, soit par bombardement avec des particules, généralement des électrons
ayant suffisamment d’énergie, pour que les atomes ainsi ionisés émettent un rayonnement
de fluorescence également dans le domaine des rayons X. Le caractère universel du phénomène et la possibilité de faire un examen rapide sur des échantillons restés le plus souvent
dans leur état d’origine, expliquent le succès de cette méthode d’analyse non destructive.
Il existe un large choix d’analyseurs par fluorescence X, soit dédiés soit polyvalents, allant
des appareils mobiles et peu encombrants, jusqu’aux spectromètres très performants, en
passant par les sondes à rayons X adaptées aux microscopes électroniques à balayage pour
faire des analyses ponctuelles ou de véritables cartographies élémentaires.
12.1 PRINCIPES DE BASE
Quand on irradie avec des photons ou qu’on bombarde avec des particules de grande énergie
(entre 5 et 100 keV) un matériau servant de cible, celui-ci émet une fluorescence située dans
le domaine des rayons X (fig. 12.1). Le spectre de cette photoluminescence comporte des
radiations dont les longueurs d’ondes sont caractéristiques des atomes de ce matériau.
Les modes d’excitation pour provoquer ce qu’on nomme la fluorescence X des atomes
sont nombreux : photons ou particules (électrons rapides, protons, rayonnement a ...). Quelle
que soit la méthode choisie, le rayonnement produit conduit néanmoins à des spectres faisant
apparaître les mêmes radiations de fluorescence X.
L’application en analyse chimique est évidente : elle consiste à comparer le spectre de
fluorescence X émis par l’échantillon inconnu à des spectres de références dont les compositions sont connues ou à des spectres d’éléments purs allant du bore (Z = 5) à l’uranium
(Z = 92).
Les spectres dépendent très peu des combinaisons chimiques des éléments, ce qui a pour
avantage de simplifier la préparation des échantillons correspondants.
Si l’analyse semi-quantitative des éléments présents ne pose pas de difficultés majeures, il
en va autrement pour les analyses quantitatives pour la raison qu’une partie non négligeable
du rayonnement émis à distance de la surface de l’échantillon, est ré-absorbée avant de sortir
Spectrométrie de fluorescence X
La fluorescence X est une propriété spectrale des atomes exploitée couramment en analyse
pour obtenir des renseignements qualitatifs ou quantitatifs sur la composition élémentaire
de toutes sortes de mélanges. Le principe consiste à irradier l’échantillon soit par un faisceau de rayons X, soit par bombardement avec des particules, généralement des électrons
ayant suffisamment d’énergie, pour que les atomes ainsi ionisés émettent un rayonnement
de fluorescence également dans le domaine des rayons X. Le caractère universel du phénomène et la possibilité de faire un examen rapide sur des échantillons restés le plus souvent
dans leur état d’origine, expliquent le succès de cette méthode d’analyse non destructive.
Il existe un large choix d’analyseurs par fluorescence X, soit dédiés soit polyvalents, allant
des appareils mobiles et peu encombrants, jusqu’aux spectromètres très performants, en
passant par les sondes à rayons X adaptées aux microscopes électroniques à balayage pour
faire des analyses ponctuelles ou de véritables cartographies élémentaires.
12.1 PRINCIPES DE BASE
Quand on irradie avec des photons ou qu’on bombarde avec des particules de grande énergie
(entre 5 et 100 keV) un matériau servant de cible, celui-ci émet une fluorescence située dans
le domaine des rayons X (fig. 12.1). Le spectre de cette photoluminescence comporte des
radiations dont les longueurs d’ondes sont caractéristiques des atomes de ce matériau.
Les modes d’excitation pour provoquer ce qu’on nomme la fluorescence X des atomes
sont nombreux : photons ou particules (électrons rapides, protons, rayonnement a ...). Quelle
que soit la méthode choisie, le rayonnement produit conduit néanmoins à des spectres faisant
apparaître les mêmes radiations de fluorescence X.
L’application en analyse chimique est évidente : elle consiste à comparer le spectre de
fluorescence X émis par l’échantillon inconnu à des spectres de références dont les compositions sont connues ou à des spectres d’éléments purs allant du bore (Z = 5) à l’uranium
(Z = 92).
Les spectres dépendent très peu des combinaisons chimiques des éléments, ce qui a pour
avantage de simplifier la préparation des échantillons correspondants.
Si l’analyse semi-quantitative des éléments présents ne pose pas de difficultés majeures, il
en va autrement pour les analyses quantitatives pour la raison qu’une partie non négligeable
du rayonnement émis à distance de la surface de l’échantillon, est ré-absorbée avant de sortir