264
Partie 2 • Méthodes spectrométriques
}
états
excités
état
fondamental
λ 6
λ 5
λ 4
270
300
280
290
nm
excitation
λ 1
λ 3
λ 2
Figure 14.2 Transitions énergétiques pendant l’émission atomique.
Pour chaque atome il existe des centaines de possibilités de retour à l’état fondamental,
chacune ayant une probabilité de se produire, si bien que pour le plus petit échantillon,
qui comporte déjà un nombre énorme de ces atomes, on observe un spectre d’émission
riche de centaines de transitions. À droite, exemple d’un spectre partiel d’une solution
aqueuse contenant quelques ppm d’un sel de chrome.
14.3 PROCÉDÉS POUR DISSOCIER L’ÉCHANTILLON
EN ATOMES OU IONS
Pour transformer l’échantillon à l’état d’atomes ou d’ions excités, on fait appel à des procédés basés sur les plasmas de gaz, les étincelles, les lasers ou les décharges luminescentes.
14.3.1 Excitation au moyen de plasmas de gaz
La plupart des appareils d’émission atomique comportent une torche à plasma (torche ICP)
car ce dispositif est bien adapté aux échantillons en solution aqueuse. Il s’agit de plasmas à
couplage inductif obtenus avec l’aide d’une tension haute fréquence. Une variante consiste
à utiliser un générateur de micro-ondes.
Un plasma est un milieu particulier, considéré comme le quatrième état de la matière,
constitué d’atomes isolés à l’état d’équilibre entre leur forme neutre et leur forme ionisée (1
à 2 %) et d’électrons (10
18 /cm
3 ) qui assurent globalement la neutralité de ce milieu.
Pour amorcer le plasma, on amène un courant d’argon faiblement ionisé par des étincelles
(décharge Tesla) à l’extrémité d’un tube de quartz situé dans l’axe d’un enroulement de
quelques spires d’un tuyau de cuivre refroidi par une circulation d’eau (fig. 14.3). Ces spires
sont raccordées à un générateur de radiofréquences (typiquement 27 ou 40 MHz) d’une
puissance de 1 à 2 kilowatts. Le champ magnétique variable créé confine les ions et les
électrons sur un parcours annulaire (apparition d’un courant d’Eddy). Le milieu, qui devient
de plus en plus conducteur, s’échauffe considérablement par effet Joule. Il se comporte
comme le bobinage secondaire d’un transformateur en court-circuit. Le plasma est maintenu
isolé des parois en faisant arriver par un tube extérieur et concentrique au précédent un
second flux d’argon, cette fois non ionisé, afin de refroidir le tube central de la torche.
La température du plasma peut dépasser 8 000 K en certains points. Comparativement,
les flammes utilisées en photométrie de flamme font figure de sources relativement froides.
L’échantillon, mis sous forme d’un aérosol au moyen d’un nébuliseur, est introduit avec un
débit constant de quelques mg/min à la base de la torche par un autre tube de petit diamètre
(1 à 2 mm). L’endroit choisi pour la « prise de lumière » du plasma, (transversale ou en bout
– on dit encore radiale ou axiale), dépend de l’élément, et selon que le dosage est basé sur
l’étude d’une raie ionique ou atomique. La température varie en effet de 9 000 à 2 000 K.
Partie 2 • Méthodes spectrométriques
}
états
excités
état
fondamental
λ 6
λ 5
λ 4
270
300
280
290
nm
excitation
λ 1
λ 3
λ 2
Figure 14.2 Transitions énergétiques pendant l’émission atomique.
Pour chaque atome il existe des centaines de possibilités de retour à l’état fondamental,
chacune ayant une probabilité de se produire, si bien que pour le plus petit échantillon,
qui comporte déjà un nombre énorme de ces atomes, on observe un spectre d’émission
riche de centaines de transitions. À droite, exemple d’un spectre partiel d’une solution
aqueuse contenant quelques ppm d’un sel de chrome.
14.3 PROCÉDÉS POUR DISSOCIER L’ÉCHANTILLON
EN ATOMES OU IONS
Pour transformer l’échantillon à l’état d’atomes ou d’ions excités, on fait appel à des procédés basés sur les plasmas de gaz, les étincelles, les lasers ou les décharges luminescentes.
14.3.1 Excitation au moyen de plasmas de gaz
La plupart des appareils d’émission atomique comportent une torche à plasma (torche ICP)
car ce dispositif est bien adapté aux échantillons en solution aqueuse. Il s’agit de plasmas à
couplage inductif obtenus avec l’aide d’une tension haute fréquence. Une variante consiste
à utiliser un générateur de micro-ondes.
Un plasma est un milieu particulier, considéré comme le quatrième état de la matière,
constitué d’atomes isolés à l’état d’équilibre entre leur forme neutre et leur forme ionisée (1
à 2 %) et d’électrons (10
18 /cm
3 ) qui assurent globalement la neutralité de ce milieu.
Pour amorcer le plasma, on amène un courant d’argon faiblement ionisé par des étincelles
(décharge Tesla) à l’extrémité d’un tube de quartz situé dans l’axe d’un enroulement de
quelques spires d’un tuyau de cuivre refroidi par une circulation d’eau (fig. 14.3). Ces spires
sont raccordées à un générateur de radiofréquences (typiquement 27 ou 40 MHz) d’une
puissance de 1 à 2 kilowatts. Le champ magnétique variable créé confine les ions et les
électrons sur un parcours annulaire (apparition d’un courant d’Eddy). Le milieu, qui devient
de plus en plus conducteur, s’échauffe considérablement par effet Joule. Il se comporte
comme le bobinage secondaire d’un transformateur en court-circuit. Le plasma est maintenu
isolé des parois en faisant arriver par un tube extérieur et concentrique au précédent un
second flux d’argon, cette fois non ionisé, afin de refroidir le tube central de la torche.
La température du plasma peut dépasser 8 000 K en certains points. Comparativement,
les flammes utilisées en photométrie de flamme font figure de sources relativement froides.
L’échantillon, mis sous forme d’un aérosol au moyen d’un nébuliseur, est introduit avec un
débit constant de quelques mg/min à la base de la torche par un autre tube de petit diamètre
(1 à 2 mm). L’endroit choisi pour la « prise de lumière » du plasma, (transversale ou en bout
– on dit encore radiale ou axiale), dépend de l’élément, et selon que le dosage est basé sur
l’étude d’une raie ionique ou atomique. La température varie en effet de 9 000 à 2 000 K.