SPECTROMÉTRIES DES VIBRATIONS ET DES PARTICULES

1. Principe

1.1 Caractéristiques électriques d’un tube à décharge

1.2 Ionisation et émission optique

2. Appareillage

2.1 Lampe à décharge luminescente

2.2 Alimentation électrique

2.3 Spectromètres

2.4 Système d’acquisition et de stockage des données

3. Conduite d’une analyse. Quantification des résultats

3.1 Choix des paramètres opératoires

3.2 Émission . Quantification des signaux

4. Applications

4.1 Analyse en volume

4.2 Analyse de surface

4.3 limites de la méthode

5. Perspectives

5.1 Spectrométrie d’émission optique

5.2 Spectrométrie de masse

Références bibliographiques

La spectroscopie de décharge luminescente est une méthode d’analyse élémentaire fondée sur la spectroscopie d’émission optique. Elle utilise, comme source d’excitation, une lampe fonctionnant sur le principe d’un tube cathodique, au lieu des sources à arc ou à étincelles classiques. La décharge luminescente fait donc intervenir le phénomène de pulvérisation cathodique et ne comporte pas la volatilisation de l’échantillon, contrairement aux autres sources d’excitation. Ce point est important car la pulvérisation cathodique de l’échantillon est compatible avec la résolution en profondeur indispensable à l’analyse de surfaces, alors que les deux autres sources d’excitation ne le sont pas. L’énergie utilisée pour l’excitation des atomes est l’énergie cinétique des panicules chargées ou non électriquement (ions, électrons, atomes neutres…).

Ce type d’excitation déclenche l’émission de photons, selon le processus général qui est approfondi dans l’article de ce traité sur la théorie des spectres.

C’est en 1968 que Grimm [1] proposa le premier type de lampe à décharge luminescente. Dans la littérature, l’analyse par spectroscopie de décharge luminescente est souvent appelée sous le sigle GDS ou GDOS (Glow Discharge Optical Spectroscopy). Nous utiliserons ce dernier dans ce qui suit.

La GDOS a d’abord été utilisée pour l’analyse élémentaire en volume des matériaux métalliques (surtout les aciers) : après étalonnage, elle fournit des données quantitatives. C’est au début des années 70 [2] que les premières applications à l’analyse de surface ont été effectuées ; celles-ci se sont par la suite, beaucoup développées au début des années 80, grâce aux travaux effectués à l’IRSID par R. Bemeron [3 et 4] et avec l’apparition d’appareils dotés d’équipements informatiques qui permettent d’obtenir, en quelques secondes, les profils de répartition en profondeur d’un grand nombre d’éléments. Les applications pratiques sont très nombreuses : détection de contaminations superficielles, analyse de couches de conversions minérales, de revêtements métalliques et des couches obtenues par voie thermochimique et, plus récemment, de revêtements organiques. La quantification des analyses par GDOS est possible, comme nous le montrerons au paragraphe 3,2.

Les espèces pulvérisées dans la lampe à décharge peuvent être identifiées aussi par leur spectre de masse au lieu de l’être par leur spectre d’émission optique. La technique correspondante s’appelle GDMS (Glow Discharge Mass Spectroscopy). Elle commence à se développer surtout pour les analyses en volume. Nous mentionnons également dans cet article, mais plus succinctement, le principe, l’équipement et les possibilités de la GDMS.

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