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RÉSUMÉ
Les décharges luminescentes, très utilisées dans l'industrie, en particulier en microélectronique, servent aussi, depuis une cinquantaine d'années, de sources d'atomisation, excitation et ionisation en spectrochimie analytique. Une des méthodes mettant à profit ces décharges luminescentes est la spectrométrie optique, appelée alors spectrométrie de spectrométrie de masse à décharge luminescente GDMS. Grâce à sa fiabilité, sa sensibilité et sa reproductibilité, cette technique est très fréquemment retenue pour l’analyse directe d’échantillons solides, qu’ils soient isolants ou conducteurs.
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Michel TABARANT : Direction de l'énergie nucléaire, Département Physico-Chimie, - Commissariat à l'énergie atomique, Saclay
INTRODUCTION
Les décharges luminescentes, traduction de l'anglais glow discharges, sont très utilisées dans l'industrie, en particulier en microélectronique pour la gravure de surfaces et la fabrication de matériaux par le dépôt de couches minces et revêtements divers. Elles servent également au nettoyage et au prétraitement de surfaces.
Ces décharges luminescentes, et c'est l'objet de ce dossier, servent aussi de sources d'atomisation, excitation et ionisation en spectrochimie analytique, depuis une cinquantaine d'années.
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4. Applications
La GDMS est utilisée, depuis de nombreuses années, en analyse de routine, dans les laboratoires industriels et commerciaux, pour la détermination qualitative et quantitative des éléments mineurs mais, surtout, des traces et ultra-traces dans les solides et, en particulier, les matériaux ultra-purs, métaux, aciers, alliages et semi-conducteurs. Elle a en cela remplacé de façon avantageuse la spectrométrie de masse à étincelles (Spark Source Mass Spectrometry, SSMS) dont la source est beaucoup moins stable.
L'utilisation de source à décharge RF a étendu le domaine d'application de la GDMS aux échantillons non conducteurs (verres, céramiques, sols…), toujours pour l'analyse en volume, mais, également, pour l'analyse résolue en profondeur (couches minces), ainsi que pour l'analyse isotopique.
Depuis quelques années, la GDMS est aussi utilisée pour la caractérisation d'échantillons liquides et gazeux ainsi que pour l'analyse d'échantillons organiques.
Ce paragraphe présente les applications actuelles, les plus courantes, de la GDMS, ainsi que les nouvelles applications semblant les plus prometteuses pour le futur.
4.1 Analyse élémentaire
La GDMS présente de nombreux avantages pour l'analyse directe de solides. Les effets de matrice sont faibles, ce qui permet l'utilisation des FSR pour la quantification de façon quasiment indépendante de la nature de la matrice.
C'est une technique multi-élémentaire, très sensible, présentant un fond faible et stable, permettant d'obtenir d'excellentes limites de détection.
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En ce qui concerne l'analyse en volume, les autres techniques utilisables sont :
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la fluorescence de rayons X (FX) ;
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la spectrométrie de masse à étincelles (SSMS) ;
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la spectrométrie de masse à source plasma à couplage inductif, associée à une méthode d'échantillonnage auxiliaire comme l'ablation laser (AL-ICPMS).
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La fluorescence de rayons X est supérieure à la GDMS, au niveau de la répétabilité et de la justesse, pour les éléments présents en concentrations élevées. Mais la GDMS couvre une gamme plus large d'éléments, avec une sensibilité très supérieure et des effets de matrice bien plus faibles.
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La spectrométrie de masse à étincelles...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - DUCKWORTH (D.C.), MARCUS (R.K.) - Radio Frequency Powered Glow Discharge Atomization/Ionization Source for Solids Mass Spectrometry. - Anal. Chem., 61, 1879-1886 (1989).
-
(2) - LEWIS (C.L.), MOSER (M.A.), DALE (D.E.), HANG (W.), HASSELL (C.), KING (F.L.), MAJIDI (V.) - Time-Gated Pulsed Glow Discharge : Real-Time Chemical Speciation at the Elemental, Structural and Molecular Level for Gaz Chromatography Time-of-Flight Mass Spectrometry. - Anal. Chem., 75, 1983-1996 (2003).
-
(3) - FLIEGEL (D.), FUHRER (K.), GONIN (M.), GUNTHER (D.) - Evaluation of a pulsed glow discharge time-of-flight mass spectrometer as a detector for gas chromatography and the influence of the glow discharge source parameters on the information volume in chemical speciation analysis. - Anal. Bioanal. Chem., 386, 169-179 (2006).
-
(4) - HARRISON (W.W.), HANG (W.) - Pulsed glow discharge time-of-flight mass spectrometry. - J. Anal. Atom. Spectrom., 11, 835-840 (1996).
-
(5) - HARRISON (W.W.), HANG (W.), YAN (X.), INGENERI (K.), SCHILLING (C.) - Temporal considerations with a microsecond pulsed glow discharge. - J. Anal. Atom. Spectrom., 12, 891-896...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Caractérisation des surfaces par SDL.
-
Techniques de speciation des métaux traces.
ANNEXES
(liste non exhaustive)
Si de nombreux GDMS en utilisation ont été développés par les laboratoires de R analytiques à partir d'ICPMS, SSMS, spectromètres de masse à source à impact électronique,…, différents constructeurs ont commercialisé des GDMS. On peut citer :
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la société Fisons/VG qui a commercialisé, en 1983, un GDMS à secteur magnétique et haute résolution, le VG 9 000, (sans doute le GDMS le plus vendu), et un GDMS quadripolaire le GloQuad, en 1989 ;
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un autre constructeur, Kratos, qui a produit un GDMS à secteur magnétique et haute résolution, dans les années 1990, le « Concept ».
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La société Turner Scientific qui a commercialisé le TS SOLA, un spectromètre de masse quadripolaire avec une source ICP pouvant être remplacée par une source à décharge luminescente.
De nouvelles générations de GDMS commencent à apparaître sur le marché comme le Glow Element de Thermo Finnigan, développé à partir de l' ICPMS Element .
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