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Partie 2 • Méthodes spectrométriques
La torche ICP produit une double action sur les atomes : elle les excite ce qui leur fait
émettre des photons et elle les fait passer à l’état d’ions. C’est pourquoi on retrouve ce dispositif en spectrométrie de masse inorganique à des fins d’analyse élémentaire (cf. § 16.9
& 16.11). Dans les deux cas l’échantillon doit arriver sous forme d’un aérosol de gouttelettes ne dépassant pas quelques microns de diamètre. Pour cela on utilise un nébuliseur
comportant deux arrivées, l’une pour l’échantillon en solution l’autre pour un gaz servant à
rompre le liquide en fines gouttelettes et donc à générer l’aérosol. Ces deux arrivées peuvent
être concentriques, ou perpendiculaires ou parallèles. Le choix dépend du débit nécessaire
et de la concentration ionique de la solution (fig 14.4).
14.3.2 Excitation par action des étincelles ou d’un laser
À côté des plasmas qui occupent le devant de la scène des dispositifs d’atomisation et d’excitation thermiques, d’autres procédés sont également utilisés. Ils font soit appel aux arcs
ou étincelles électriques pour les échantillons conducteurs (fig. 14.5), soit à un laser impulsionnel qui permet d’engendrer également des étincelles (un plasma également) à la surface
du matériau étudié. Ce sont des méthodes d’ablation qui ont beaucoup progressé, et qui
sont utilisées en analyse industrielle (aciéries, cimenteries). On les retrouve associées aux
différents montages optiques des appareils actuels (fig. 14.6).
contre-électrode
échantillon
électrode en graphite
joint isolant
prises de vide
argon
anode
cathode
fenêtre
du spectromètre
échantillon
a
b
-
-
+
+
eau (refroidissement)
Figure 14.5 Dispositifs d’ionisation.
a) Arc continu (technique « globulaire »). Les électrodes sont soumises à une tension
continue de quelques dizaines de volts (I = 10-20 A). L’usage d’électrodes en graphite
est à l’origine de raies d’émission dues aux radicaux et aux molécules organiques « primitives » (bandes cyanogène CN entre 320 et 400 nm) ainsi que d’un fond continu. La
température se stabilise entre 3 000 et 6 000 K ; b) Dispositif à décharge luminescente. L’échantillon (conducteur ou non) vient sceller une enceinte dans laquelle règne
une faible pression d’argon. Le plasma est confiné dans l’espace anodique. Il conduit à
l’excitation des atomes érodés de la surface de l’échantillon.
L’ablation au moyen d’étincelles répétitives permet de produire un aérosol à partir de la
surface de l’échantillon. La matière ainsi volatilisée au point d’impact des étincelles (environ
1 mg/min) est alors dirigée par un flux d’argon dans une torche ICP classique opérant sous
argon avec une tension atteignant 20 à 50 kV. Par ailleurs, l’émission lumineuse recueillie
directement au niveau des étincelles conduit à des spectres de raies ioniques alors qu’avec
les arcs continus, on provoque plutôt des raies atomiques neutres.
Partie 2 • Méthodes spectrométriques
La torche ICP produit une double action sur les atomes : elle les excite ce qui leur fait
émettre des photons et elle les fait passer à l’état d’ions. C’est pourquoi on retrouve ce dispositif en spectrométrie de masse inorganique à des fins d’analyse élémentaire (cf. § 16.9
& 16.11). Dans les deux cas l’échantillon doit arriver sous forme d’un aérosol de gouttelettes ne dépassant pas quelques microns de diamètre. Pour cela on utilise un nébuliseur
comportant deux arrivées, l’une pour l’échantillon en solution l’autre pour un gaz servant à
rompre le liquide en fines gouttelettes et donc à générer l’aérosol. Ces deux arrivées peuvent
être concentriques, ou perpendiculaires ou parallèles. Le choix dépend du débit nécessaire
et de la concentration ionique de la solution (fig 14.4).
14.3.2 Excitation par action des étincelles ou d’un laser
À côté des plasmas qui occupent le devant de la scène des dispositifs d’atomisation et d’excitation thermiques, d’autres procédés sont également utilisés. Ils font soit appel aux arcs
ou étincelles électriques pour les échantillons conducteurs (fig. 14.5), soit à un laser impulsionnel qui permet d’engendrer également des étincelles (un plasma également) à la surface
du matériau étudié. Ce sont des méthodes d’ablation qui ont beaucoup progressé, et qui
sont utilisées en analyse industrielle (aciéries, cimenteries). On les retrouve associées aux
différents montages optiques des appareils actuels (fig. 14.6).
contre-électrode
échantillon
électrode en graphite
joint isolant
prises de vide
argon
anode
cathode
fenêtre
du spectromètre
échantillon
a
b
-
-
+
+
eau (refroidissement)
Figure 14.5 Dispositifs d’ionisation.
a) Arc continu (technique « globulaire »). Les électrodes sont soumises à une tension
continue de quelques dizaines de volts (I = 10-20 A). L’usage d’électrodes en graphite
est à l’origine de raies d’émission dues aux radicaux et aux molécules organiques « primitives » (bandes cyanogène CN entre 320 et 400 nm) ainsi que d’un fond continu. La
température se stabilise entre 3 000 et 6 000 K ; b) Dispositif à décharge luminescente. L’échantillon (conducteur ou non) vient sceller une enceinte dans laquelle règne
une faible pression d’argon. Le plasma est confiné dans l’espace anodique. Il conduit à
l’excitation des atomes érodés de la surface de l’échantillon.
L’ablation au moyen d’étincelles répétitives permet de produire un aérosol à partir de la
surface de l’échantillon. La matière ainsi volatilisée au point d’impact des étincelles (environ
1 mg/min) est alors dirigée par un flux d’argon dans une torche ICP classique opérant sous
argon avec une tension atteignant 20 à 50 kV. Par ailleurs, l’émission lumineuse recueillie
directement au niveau des étincelles conduit à des spectres de raies ioniques alors qu’avec
les arcs continus, on provoque plutôt des raies atomiques neutres.