12 • Spectrométrie de fluorescence X
233
échantillons
emplacements
de mesure
filtres
tube RX
ampli.
analyseur
multicanaux
haute tension
spectre
en énergie
détecteur
à diode PIN
Figure 12.11 Agencement des différentes parties d’un spectromètre de fluorescence X
à dispersion en énergie, en prenant comme exemple le modèle MiniPal de la société Philips analytical.
12.5.2 Appareils à dispersion en longueur d’onde (WDXRF)
Dans cette seconde catégorie de spectromètres, connus pour leur très bonne résolution spectrale, le rayonnement de fluorescence de l’échantillon, traverse un collimateur constitué par
de longs feuillets métalliques (fentes de Sollers), puis vient frapper un cristal taillé de telle
façon que les atomes constitutifs forment des plans parallèles à la surface (figures 1 et 13).
Ces plans distants entre eux de d, se comportent comme une succession de miroirs parallèles, dont chacun permet d’atteindre presque 100 % de réflexion si l’angle d’incidence u est
le même que l’angle d’observation de la lumière réfléchie (fig. 12.12). La combinaison de
ces miroirs décalés de la distance d a le même effet qu’un réseau : seules seront observées
les radiations dont la longueur d’onde satisfait à la condition de Bragg (n étant un entier
appelé ordre de diffraction).
nl = 2d sin u
(12.3)
θ
θ
θ
θ
1
2
1
2
3
d
d
2
1
cristal
plan (indice de Miller) d( )
Å
topaze
fluorure de lithium
silicium
graphite
ac. oxalique
mica
stéarate de plomb
303
200
111
001
001
002
1,356
2,01
3,14
6,69
5,85
9,96
51
Figure 12.12 Quelques cristaux réflecteurs montés dans les goniomètres des spectromètres
dispersifs en longueur d’onde et relation de Bragg.
Pour que les deux rayons 1 et 2 soient en phase, la différence de trajet optique doit être
un multiple de l. Quand cette condition est respectée entre les plans 1 et 2, elle l’est
aussi pour tous les autres plans et l’effet global est donc renforcé. C’est le principe des
interférences constructives. Chaque cristal permet d’explorer une plage de longueurs
d’onde. Plus celle-ci est grande, plus le cristal choisi doit avoir une distance inter réticulaire importante, mais plus sa dispersion angulaire est petite.
Pour des raisons de construction, u peut varier en général de 5 à 80 ◦ . Une valeur élevée
de d permet d’observer de plus grandes longueurs d’ondes, mais cependant la résolution de
l’instrument est liée au pouvoir dispersif du/dl, que l’on calcule en différentiant l’expression 12.3. Celui-ci est inversement proportionnel à d :
du
dl
=
n
2d cos u
(12.4)
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit
233
échantillons
emplacements
de mesure
filtres
tube RX
ampli.
analyseur
multicanaux
haute tension
spectre
en énergie
détecteur
à diode PIN
Figure 12.11 Agencement des différentes parties d’un spectromètre de fluorescence X
à dispersion en énergie, en prenant comme exemple le modèle MiniPal de la société Philips analytical.
12.5.2 Appareils à dispersion en longueur d’onde (WDXRF)
Dans cette seconde catégorie de spectromètres, connus pour leur très bonne résolution spectrale, le rayonnement de fluorescence de l’échantillon, traverse un collimateur constitué par
de longs feuillets métalliques (fentes de Sollers), puis vient frapper un cristal taillé de telle
façon que les atomes constitutifs forment des plans parallèles à la surface (figures 1 et 13).
Ces plans distants entre eux de d, se comportent comme une succession de miroirs parallèles, dont chacun permet d’atteindre presque 100 % de réflexion si l’angle d’incidence u est
le même que l’angle d’observation de la lumière réfléchie (fig. 12.12). La combinaison de
ces miroirs décalés de la distance d a le même effet qu’un réseau : seules seront observées
les radiations dont la longueur d’onde satisfait à la condition de Bragg (n étant un entier
appelé ordre de diffraction).
nl = 2d sin u
(12.3)
θ
θ
θ
θ
1
2
1
2
3
d
d
2
1
cristal
plan (indice de Miller) d( )
Å
topaze
fluorure de lithium
silicium
graphite
ac. oxalique
mica
stéarate de plomb
303
200
111
001
001
002
1,356
2,01
3,14
6,69
5,85
9,96
51
Figure 12.12 Quelques cristaux réflecteurs montés dans les goniomètres des spectromètres
dispersifs en longueur d’onde et relation de Bragg.
Pour que les deux rayons 1 et 2 soient en phase, la différence de trajet optique doit être
un multiple de l. Quand cette condition est respectée entre les plans 1 et 2, elle l’est
aussi pour tous les autres plans et l’effet global est donc renforcé. C’est le principe des
interférences constructives. Chaque cristal permet d’explorer une plage de longueurs
d’onde. Plus celle-ci est grande, plus le cristal choisi doit avoir une distance inter réticulaire importante, mais plus sa dispersion angulaire est petite.
Pour des raisons de construction, u peut varier en général de 5 à 80 ◦ . Une valeur élevée
de d permet d’observer de plus grandes longueurs d’ondes, mais cependant la résolution de
l’instrument est liée au pouvoir dispersif du/dl, que l’on calcule en différentiant l’expression 12.3. Celui-ci est inversement proportionnel à d :
du
dl
=
n
2d cos u
(12.4)
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit