Spectroscopie atomique

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La spectroscopie atomique est une méthode de spectroscopie dont le but est d'analyser quantitativement ou qualitativement environ 70 éléments (métaux, métalloïdes et non-métaux)[1]. Il existe plusieurs grandes familles de spectroscopie atomique : la spectroscopie de masse atomique, la spectroscopie optique atomique et la spectroscopie des rayons X.

Atomisation[modifier | modifier le code]

L'atomisation est la dissociation d’une espèce chimique en atomes libres[2]. La spectroscopie de masse atomique et la spectroscopie optique atomique ont besoin d’une étape d’atomisation de l’échantillon pour permettre son analyse. L'atomisation peut avoir lieu par différentes méthodes dont les plus connues sont présentées dans le tableau suivant[3].

Nom en français Nom en anglais Sigle Température d'atomisation
Flamme Flame 1700 - 3150 °C
Électrothermie Electrothermy 1200 - 3000 °C
Arc électrique Electric arc 4000 - 5000 °C
Étincelle électrique Electric spark 40000 °C ?
Plasma à décharge luminescente Glow Discharge GD Non thermique
Plasma d'argon à courant continue Direct current plasma DCP 6000 - 8000 °C
Plasma à micro-ondes induits (en) Microwave induced plasma MIP 2000 - 3000 °C
Plasma d'argon à couplage inductif Inductively coupled plasma ICP 6000 - 10000 °C

La spectroscopie des rayons X n'a pas besoin de cette étape d’atomisation.

Spectroscopie de masse atomique[modifier | modifier le code]

La spectroscopie de masse atomique est un type de spectroscopie de masse. Les principales spectroscopies de masse atomiques sont présentées dans le tableau suivant selon leur méthode d'ionisation.

Sigle Nom en français Nom en anglais Méthode d'ionisation Source d'ions atomiques Analyseur de masse
ICP-MS Spectroscopie de masse à plasma à couplage inductif Inductively coupled plasma mass spectrometry Plasma d'argon à couplage inductif Plasma d'argon à haute température Quadripôle
DCP-MS Spectroscopie de masse à plasma à courant continu Direct current plasma mass spectrometry Plasma d'argon à courant continue
MIP-MS Spectroscopie de masse à plasma à micro-ondes Microwave induced plasma mass spectrometry Plasma à micro-ondes induits
SS-MS Spectrométrie de masse à source à étincelle Spark source ionization mass spectrometry Ionisation par étincelle électrique (en) Étincelle électrique à radiofréquence Double focalisation
TI-MS Spectrométrie de masse à ionisation thermique (en) Thermal ionization mass spectrometry Ionisation thermique (en) - TI Plasma chauffé électriquement
GD-MS Spectrométrie de masse par décharge luminescente Glow discharge mass spectrometry Décharge luminescente Plasma à décharge luminescente
SI-MS Spectrométrie de masse des ions secondaires Secondary ion mass spectrometry Ion secondaire - SI Bombardement par ions accélérés
LM-MS Spectrométrie de masse par microsonde laser (en) Laser microprobe mass spectrometer Microsonde laser - LM Rayon laser focalisé Temps de vol - TOF

Spectroscopie électromagnétique atomique[modifier | modifier le code]

La spectroscopie électromagnétique atomique englobe la spectroscopie optique atomique et la spectroscopie des rayons X.

Les rayonnements électromagnétiques exploités vont du visible jusqu'aux rayons X :

Onde électromagnétique Constituants excités de l’atome Spectroscopie
Ultraviolet et Visible Les électrons de valence (externes) Spectroscopie optique
Rayons X Les électrons de cœur (proches du noyau) Spectroscopie des rayons X

Les principaux phénomènes utilisés sont l'émission, l'absorption et la fluorescence.

Spectroscopie d'absorption[modifier | modifier le code]

L'absorption de radiations par un échantillon a lieu quand il est excité par une source d'ondes électromagnétiques, on parle de spectroscopie d'absorption atomique.

Nom en français Nom en anglais Méthode d'excitation Méthode d'atomisation Exemples[4] Détection
Spectroscopie d’absorption atomique (SAA) Atomic absorption spectroscopy (AAS) Rayons électromagnétiques surtout UV-Visible Flamme Flame AAS (F-AAS) Rayons électromagnétiques surtout UV-Visible non absorbés
Électrothermie Electrothermal AAS (ET-AAS) ou spectroscopie d'absorption atomique par four graphite (GF-AAS) ou SAA-ET ou SAAE
Techniques de génération de vapeur Spectrométrie d’absorption atomique à vapeur froide (CV-AAS) et spectrométrie d'absorption atomique par génération d'hydrure (HG-AAS)
Spectroscopie d'absorption des rayons X (SAX) X-ray absorption spectroscopy (XAS) Rayons X Pas d'atomisation XANES, EXAFS Rayons X non absorbés

Spectroscopie d'émission[modifier | modifier le code]

L'émission de radiations par un échantillon a lieu quand il est excité thermiquement, électriquement ou par une source d'ondes électromagnétiques, on parle de spectroscopie d'émission atomique.

Nom en français Nom en anglais Méthodes d'excitation et d'atomisation Exemples Détection
Spectroscopie d’émission atomique (en) (SEA) Atomic emission spectroscopy (AES) Arc électrique Spectroscopie arc (arc atomic emission spectroscopy, en anglais) Rayons électromagnétiques surtout UV-Visible émis
Décharge électrique Spark atomic emission spectroscopy, en anglais
Flamme Spectroscopie d'émission de flamme (SEF), encore appelée photométrie de flamme (flame emission spectroscopy, en anglais)
DCP Spectroscopie d’émission atomique à plasma à courant continu
MIP Spectroscopie d’émission atomique à plasma à micro-ondes induits
ICP Spectrométrie d'émission atomique à plasma à couplage inductif (SEA/ICP) (inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy (ICP-AES), en anglais)
Spectroscopie d'émission de rayons X (de) X-ray emission spectroscopy (XES) Excitation par radiations d'électrons, pas d'atomisation Rayons X émis
Spectroscopie d'émission de rayons X induite par des particules chargées Particle induced X-ray emission (PIXE) Excitation par radiations de particules chargés (ions), pas d'atomisation

Spectroscopie de fluorescence[modifier | modifier le code]

La fluorescence (absorption puis émission de radiation) d'un échantillon a lieu quand il est excité par une source d'ondes électromagnétiques, on parle de spectroscopie de fluorescence atomique.

Nom en français Nom en anglais Méthode d'excitation Méthode d'atomisation Exemples Détection
Spectroscopie de fluorescence atomique (SFA) Atomic fluorescence spectroscopy (AFS) Radiations provenant d'une lampe pulsée Flamme Fluorescence surtout UV-Visible
Électrothermie SFAE
ICP Spectroscopie de fluorescence à plasma à couplage inductif
Techniques de génération de vapeur Spectroscopie de fluorescence atomique à vapeur froide (CVAFS)
Spectroscopie de fluorescence des rayons X (SFX) X-ray fluorescence spectroscopy (XRF) Rayon X Pas d'atomisation Fluorescence de rayons X

Propriétés[modifier | modifier le code]

Le principal avantage de la spectroscopie atomique est sa grande sensibilité. Sa principale limitation est qu'elle est destructive car l'échantillon doit être atomisé pour qu'il puisse être analysé[5].

Revues scientifiques[modifier | modifier le code]

Références[modifier | modifier le code]

  1. http://www.cima.ualg.pt/piloto/UVED_Geochimie/UVED/site/html/1/1-3/1-3-2/1-3-2-4.html
  2. Vocabulaire de la chimie et des matériaux, Termes, expressions et définitions publiés au Journal officiel, FranceTerme, 2018
  3. Douglas Arvid Skoog, F. James Holler, Timothy A. Nieman, Principes d'analyse instrumentale, De Boeck Supérieur, 2003
  4. Richard Koplík, Advanced strategies in food analysis, Atomic spectrometry, http://web.vscht.cz/~poustkaj/en%20asfa%20au%20koplik%20atomic%20spectrometry.pdf
  5. Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, chapitre : Spectroscopy, optical de Robin S. Mc Dowell et James F. Kelly, Wiley-Interscience, 1997