Utilisation du plasma HF comme source d’ions

2 - UTILISATION DU PLASMA HF COMME SOURCE D’IONS

3 - INSTRUMENTATION

3.1 - Générateur HF et torche à plasma
3.2 - Interface
3.3 - Systèmes d’introduction d’échantillons
3.4 - Analyseur des ions
3.5 - Optique ionique
3.6 - Systèmes de détection
3.7 - Spectres observés

Tableau 1 - Espèces observées dues aux constituants du plasma et à la composition [...] Tableau 2 - Principales interférences isobariques provenant de l’argon et de ses [...]
3.8 - Paramètres de fonctionnement

4 - POSSIBILITÉS ANALYTIQUES

4.1 - Limites de détection
4.2 - Effets interéléments
4.3 - Concentration en sel
4.4 - Applications isotopiques
4.5 - Couplage avec des méthodes de séparation

5 - CONCLUSION

Bibliographie & annexes

Présentation

Auteur(s)

Jean-Michel MERMET : Ingénieur de l’École nationale supérieure de chimie de Strasbourg Docteur ès Sciences Directeur de Recherche au CNRS - Laboratoire des sciences analytiques de l’université Claude-Bernard (Lyon I)
Emmanuelle POUSSEL : Docteur Chargée de Recherche au CNRSLaboratoire des sciences analytiques de l’université Claude-Bernard (Lyon I)

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INTRODUCTION

Compte tenu d’une demande croissante pour l’analyse de traces, de nouvelles méthodes d’analyse élémentaire sont développées pour améliorer les limites de détection afin d’obtenir des valeurs de l’ordre du ppb masse (10^–9) dans un solide ou du ng.L^–1 dans un liquide. Parmi ces méthodes, la spectrométrie de masse inorganique utilisant un plasma à couplage inductif comme source d’ionisation connaît un développement commercial important. Plusieurs types de spectromètre de masse sont présentement utilisés, filtre quadripolaire, secteur magnétique ou temps de vol, permettant d’accéder à des limites de détection très basses, tout en exploitant l’information isotopique par mesure de rapports isotopiques ou utilisation de la méthode de dilution isotopique. Les raisons d’utiliser la spectrométrie de masse, la justification du choix d’un plasma à couplage inductif, la mise en œuvre et les performances analytiques seront décrites dans cet article.

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VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

Version archivée 1 de juil. 1992 par Jean-Michel MERMET, Emmanuelle POUSSEL
Version courante de juin 2010 par Hugues PAUCOT, Martine POTIN-GAUTIER

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-p2720

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Instrumentation

2. Utilisation du plasma HF comme source d’ions

Le plasma HF est avant tout une excellente source d’ionisation grâce à l’utilisation de l’argon et à son fonctionnement à la pression atmosphérique. La densité des électrons est comprise entre 10²⁰ et 10²¹ m^–3. Un grand nombre d’éléments est ionisé à plus de 90 % : alcalins, alcalino-terreux, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co... Seuls quelques éléments à haute énergie d’ionisation ne sont que partiellement ionisés : H, C, N, O, halogènes, S, Hg [6].

Par ailleurs, on conserve les propriétés de volatilisation et d’atomisation du plasma.

Un autre avantage est le confinement de l’échantillon dans la décharge. Le fait d’utiliser un champ haute fréquence pour créer le plasma et exciter les ions permet le confinement de l’échantillon dans un canal central produit par effet de peau. Les ions sont ainsi contenus dans une zone de quelques millimètres de diamètre, ce qui facilite leur prélèvement et augmente l’efficacité du couplage.

Par contre, la mise en œuvre est plus délicate qu’en émission. Dans ce dernier cas, on se contente de collecter les photons émis à l’aide d’un système de collimation sans perturber le plasma. Lors d’un couplage avec un spectromètre de masse, il est nécessaire de prélever les ions à l’endroit où ils existent, c’est-à-dire au centre de la décharge. Or, celle-ci est à une température élevée de 5000 K et à la pression atmosphérique, alors qu’un spectromètre de masse doit travailler à la température ambiante et à une très basse pression (< 10^–3 Pa).

Il est donc nécessaire de réaliser une interface entre le plasma et le spectromètre qui devra remplir un certain nombre de conditions : extraire les ions en quantité suffisante, résister à une température élevée, passer de la pression atmosphérique à une pression réduite compatible avec le bon fonctionnement du spectromètre de masse et éviter si possible des réactions parasites pendant le processus d’extraction. De plus, il est nécessaire de mettre en forme le faisceau des ions, afin de le faire pénétrer dans le spectromètre de masse sous des conditions précises, par exemple colinéairement à l’axe d’un filtre quadripolaire et avec filtrage des énergies cinétiques des ions. C’est le rôle de...

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