Poster ICP - UFR Sciences de la Terre

Analyses des éléments traces par ICP-AES et ICP-MS
Université des Sciences et Technologies de Lille
ELICO UMR CNRS 8013, Equipe de Chimie Analytique et Marine
59655 Villeneuve d’Ascq Cedex, France.
Présentation des techniques existantes
- absorption atomique (flamme, four, hydrure)
- émission atomique (ICP-AES : Inductively Coupled Plasma – Atomic Emission Spectrometry)
- émission atomique couplée à un spectromètre de masse (ICP-MS : Inductively Coupled Plasma – Mass Spectrometry)
Limites de détection en μg / L
AA (Flamme)
ICP-AES (Visée radiale)
ICP-AES (Visée axiale)
AA (Four)
AA (Génération Hydrure)
ICP-MS
FEDER
1000
100
10
1
0,1
0,01
0,001
0,0001
Principe ICP - MS
Principe ICP - AES
La spectrométrie de masse permet de quantifier
les éléments selon leur poids atomique.
La spectrométrie d’émission repose sur
l’observation de photons émis par un élément.
Le plasma d’argon atomise et ionise l’échantillon.
Le spectromètre enregistre les ions transmis.
Pour avoir émission, il faut d’abord exciter
l’élément grâce à une source d’énergie.
Spectromè
Spectromètre
de masse
ICP-AES Vista-Pro VARIAN
ICP-MS X séries Thermo Elemental
1-Système d’introduction
3-Système optique
1-Système d’introduction
3-Spectromètre de masse
L’observation du signal s’effectue par visée axiale
C
(amène
A-pompe péristaltique
l’échantillon au nébuliseur)
Plasma
Réseau
Prisme
B-nébuliseur (crée un aérosol)
B
C-chambre de nébulisation, en
verre ou matériau inerte (filtre
l’aérosol en envoyant les gouttes les
plus fines dans le plasma)
A
2-Le plasma
A
B
C
Les quatre barres cylindriques qui composent le
spectromètre sont séparées en deux paires
polarisées de signe opposé.
Le système optique utilise une
dispersion croisée, typique des
systèmes simultanés.
ICP-MS X Series THERMO-ELEMENTAL
La combinaison réseau +
prisme permet l’étalement du
spectre en 2D. L’image est
ensuite focalisée par le miroir
et renvoyée sur le détecteur.
Détecteur
Miroir de
focalisation
Le système d’introduction de l’échantillon
jusqu’au plasma est identique à celui utilisé
en ICP-AES.
4-Système de détection
785 nm
Le Plasma d’argon (A) est un gaz
ionisé qui transmet une partie de
son énergie à l’échantillon pour
l’atomiser, l’exciter, voir l’ioniser.
La réaction, qui se déroule dans une
torche à plasma (B) est amorcée
et entretenue par un champ
magnétique HF induit par une
bobine (C).
4-Système de détection
Une partie du plasma est échantillonnée
par un premier cône, le sampler puis
par un second, le skimmer. Un
système de vide différentiel accélère les
ions vers un ensemble de lentilles
Le Vista-Pro utilise un détecteur
CCD (Dispositif à Couplage de
Charge) qui comprend 70000
pixels.
Sampler
Skimmer
La disposition de ces pixels
permet une couverture complète
de la gamme spectrale entre 167
et 785nm.
175 nm
Ce système permet de ne transmettre que les
ions ayant le rapport masse/charge désiré.
2-Interface
Lentille
La détection de l’ion positif s'effectue grâce à un
multiplicateur d'électron à dynodes soumises à une
tension négative.
électrostatiques qui
extrait
les
ions
positifs
et
les
transporte vers un
filtre de masse
quadripôlaire.
Dynode à deux sections
sous principe de la
multiplication d’é
lectrons
d’électrons
Un effet "boule de neige" se produit et les électrons émis
atteignent un collecteur équipé d'un préamplificateur.
Vide croissant
Liquide :
eaux de mer, de rivière
et interstitielle
Solide :
sédiments
Chaîne analytique
Minéralisation acide
(HCl, HNO3 ,HF)
Filtration,
Acidification,
(Dilution)
ICP - AES
ICP - MS
Le signal se traduit en nombre d'impulsions. Pour un isotope donné, le nombre d'ions mesuré
permet de calculer directement la concentration de l'élément analysé grâce à un logiciel permettant
le traitement quantitatif et qualitatif de l'enregistrement.
Chaque élément chimique possède un spectre optique caractéristique (exemple : Ba)
L’intensité des raies émises par l'échantillon étant proportionnelle à la concentration de
ces éléments, le dosage des métaux traces s’effectue en fonction d’une gamme étalon
de concentrations connues.
Les nombres de coups étant proportionnels à la concentration, les métaux traces sont dosés en
utilisant deux types de calibrations : externe (solutions étalons) et interne (ajouts dosés).
Dilution
Ba, λ = 230,424 nm
Systè
Système
d’introduction
Détecteur
Le photon, caractéristique d’un seul élément,
sera émis lors de sa désexcitation.
Interface
111Cd
Gamme étalon du Ba, λ = 230,424 nm
Exemple d’éléments
dosés
Limite
détection
Spectre de masse
Gamme étalon, exemple : 111Cd
Ag
Al
As
Cd
Co
Cr
Cu
Fe
Mn
Mo
Ni
Pb
Se
Ti
Zn
ICP-AES
(ppb)
3
1,5
12
1,5
5
4
2
1,5
0,3
4
5,5
14
37
0,6
0,9
ICP-MS
(ppb)
0,009
0,2
0,01
0,002 0,005
0,005
0,02
0,06
0,01
0,005
0,02
0,01
0,03
0,01
0,02
Avantages : analyse rapide, multiélémentaire et simultanée
Limites : effet de matrice, interférences