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RÉSUMÉ
Aujourd’hui, l’intérêt du couplage plasma induit par haute fréquence/ spectrométrie de masse (ICP-MS) ne laisse aucun doute. En effet, ce type d’équipement, du fait entre autres de sa facilité de mise en œuvre, d’un nombre limité d’interférences chimiques et spectrales, des qualités de sa source, est devenu très présent dans les laboratoires, même s’il n’offre pas encore à ce jour de limites de détection très basses. Parmi les appareillages, citons notamment le filtre quadripolaire, les secteurs magnétique et électrostatique, le temps de vol… leurs principes de fonctionnement et leurs performances analytiques sont détaillés dans cet article.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Hugues PAUCOT : Docteur ès Sciences - UT2A – Ultra Traces Analyses Aquitaine, Pau
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Martine POTIN-GAUTIER : Professeur – Université de Pau et des Pays de l'Adour - CNRS, LCABIE, IPREM UMR 5254, Pau
INTRODUCTION
Introduit commercialement dès 1983, l'ICP-MS (Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry), technique de quantification élémentaire basée sur l'analyse par spectrométrie de masse d'ions générés par un plasma à couplage inductif, fait dorénavant partie intégrante du parc analytique de nombreux laboratoires. Outre l'obtention de limites de détection de l'ordre du ng/L en phase dissoute et du μg/kg en phase solide, cette technique analytique est également la seule, en spectrométrie atomique, à pouvoir fournir des informations isotopiques.
Alors que l'ionisation des éléments est toujours basée sur l'introduction de l'échantillon dans un plasma de gaz rare, c'est-à-dire un gaz ionisé mais globalement électriquement neutre et caractérisé par la présence d'électrons libres, divers types de spectromètres de masse peuvent être utilisés. Parmi ceux-ci, on trouve actuellement le filtre quadripolaire, les secteurs magnétique et électrostatique, le temps de vol et, beaucoup plus rarement, la trappe à ions.
Les divers principes de fonctionnement, les performances analytiques ainsi que l'état du marché sont décrits dans cet article.
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VERSIONS
- Version archivée 1 de juil. 1992 par Jean-Michel MERMET, Emmanuelle POUSSEL
- Version archivée 2 de sept. 1999 par Jean-Michel MERMET, Emmanuelle POUSSEL
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2. Instrumentation
2.1 Générateur à haute fréquence et plasma d'argon
Pour réaliser le plasma, une spire d'induction métallique entourant une torche est parcourue par un courant électrique, générant de fait un champ magnétique (figure 1). Ce courant est issu d'un générateur, constitué, soit d'un tube de puissance à durée de vie limitée, soit d'un générateur type « état solide ». Ce générateur est muni d'un oscillateur libre ou piloté par quartz, d'une fréquence de 27,12 ou 40,68 MHz, et est susceptible de délivrer une puissance comprise entre 600 et 1 700 W selon les modèles. Afin d'éviter tout échauffement, la spire est creuse et parcourue par un flux d'argon ou par un liquide de refroidissement.
Le gaz est alors introduit dans ce champ via une torche en quartz constituée de cylindres concentriques, puis l'ionisation est déclenchée, en général, par une décharge électrique. Le plasma est alors généré puis entretenu par la circulation des électrons et des cations d'argon sous l'influence du champ magnétique.
Dans la majorité des cas, le gaz utilisé est de l'argon, bien que d'autres gaz rares, comme l'hélium, puissent également être ajoutés en mélange avec l'argon. Il est à noter que, dans ce cas, les applications restent toutefois minoritaires du fait du coût de l'hélium, de l'instabilité du plasma et de sa température moins importante.
De par la technique utilisée pour la réalisation du plasma, celui-ci peut se caractériser par un potentiel électrique non nul que les constructeurs doivent s'attacher à minimiser. En effet, en cas de présence d'un potentiel résiduel trop important du plasma, celui-ci serait susceptible d'arquer avec l'interface métallique d'entrée du spectromètre de masse, générant ainsi nombre d'interférences, tant chimiques que spectrales, et affectant la durée de vie de l'interface. Afin de limiter ce potentiel, les constructeurs font appel à diverses techniques : mise à la masse de la spire d'induction du côté de l'interface, annulation par l'application d'un potentiel identique mais de signe opposé aux bornes de la spire, entrelacement de deux spires d'induction de différences de potentiel opposées, etc. Certains constructeurs font également appel à l'installation d'une contre-électrode, sorte de cylindre métallique, installée entre la spire d'induction...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - FASSEL (V.A.) - Quantitative elemental analysis by plasma emission spectroscopy. - Science, 202, p. 185 (1978).
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(2) - WILBUR (S.), SUGIYAMA (N.) - Direct analysis of undiluted seawater by ICP-MS using a novel high matrix introduction system. - Spectroscopy, p. 12, mars 2008.
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(3) - WESTPHAL (C.), KAHEN (K.), RUTKOWSKI (W.), ACON (B.), MONTASER (A.) - Demountable direct injection high efficiency nebulizer for inductively coupled plasma mass spectrometry. - Spectrochim. Acta, 59B, p. 353 (2004).
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(4) - CAUMETTE (G.), LIENEMANN (C.P.), MERDRIGNAC (I.), PAUCOT (H.), BOUYSSIERE (B.), LOBINSKI (R.) - Sensitivity improvement in ICP-MS analysis of fuels and light petroleum matrices using a microflow nebulizer and heated spray chamber sample introduction. - Talanta, 80, p. 1039 (2009).
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(5) - FASSEL (V.A.), BEAR (B.R.) - Ultrasonic nebulization of liquid samples for analytical inductively coupled plasma atomic spectroscopy : an update. - Spectrochim. Acta, 41B, p. 1089 (1986).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Les principaux constructeurs et modèles distribués en Europe sont donnés dans le tableau 1.
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