Perle fondue - Définition

Introduction

Fusion d'une perle pour la spectrométrie de fluorescence X à 1 100 °C dans un appareil automatique Herzog dans un laboratoire de contrôle d'une fabrique de ciment. Figure 1 : fusion, figure 2 : préchauffage du moule, figure 3 : versement du liquide, figure 4 : refroidissement de la perle

La technique de la perle fondue (en anglais fused bead) est une technique de préparation d'échantillon utilisée en spectrométrie de fluorescence X. Elle consiste à dissoudre le matériau dans un verre, puis d'analyser le verre. Cette technique a été inventée par Fernand Claisse en 1955.

Comme les verres utilisés sont tous des borates (à quelques rares exceptions près), certains parlent de fusion aux borates ; certains utilisent même le terme de perle au borax, car le borax fut l'un des premiers utilisé car il était déjà amplement employé dans la fusion des verres (ce n'est cependant pas le verre le plus utilisé).

La fusion dans un verre peut aussi être utilisée pour une analyse avec une torche à plasma à émission optique (ICP-OE) : le verre est alors dissout dans un acide, et c'est cette solution aqueuse qui est analysée.

Principe de la technique

Cette technique est en général utilisée pour analyser des matériaux hétérogènes solides résistants à de hautes températures (en général des oxydes), tels que les roches ou le ciment. Le matériau est réduit en poudre et mélangé au produit verrier (ou « matrice », « flux » ou encore « fondant ») lui-même pulvérulent ; les proportions sont en général d'environ 1/5 (20 %m) de matériau pour 4/5 de fondant en masse. Le mélange est chauffé vers les 1 100 °C dans un creuset en général en platine ou parfois de graphite ; on utilise des brûleurs à gaz ou bien un chauffage par induction. La matrice du verre fond et le matériau se dissout dedans ; le matériau en lui-même ne fond en général pas. Pour assurer l'homogénéité du mélange, le creuset est agité d'un mouvement de rotation et/ou de balancement.

Les matrices les plus courantes sont le métaborate de lithium LiBO₂ (ou LiM en abrégé) et le tétraborate de lithium Li₂B₄O₇ (ou LiT). En effet, ces éléments sont très légers (numéro atomique Z faible) donc ne génèrent quasiment aucun signal par fluorescence X, ils ne viennent ainsi pas perturber la mesure des autres éléments. Par ailleurs, ils absorbent peu les rayons X et ne gênent donc pas l'analyse d'autres éléments légers comme le sodium ou le magnésium — l'analyse d'éléments plus légers, comme l'oxygène, l'azote ou le carbone est possible en fluorescence X, mais extrêmement difficile, et inenvisageable dans le cas d'un matériau dilué comme dans le cas d'une perle.

On utilise parfois d'autres fondants, comme le tétraborate de sodium Na₂B₄O₇ (borax sous sa forme hydratée) ou le métaphosphate de sodium NaPO₃.

Pour une utilisation en spectrométrie de fluorescence X, il faut à tout prix éviter la cristallisation (ou dévitrification) : en effet, un échantillon cristallisé diffracterait les rayons X ce qui perturberait la mesure. Les principales causes de cristallisation sont

• une dilution trop importante — une teneur trop faible en matière à analyser (les fondants purs tendent à cristalliser) — ;
• une température de chauffe incorrecte ;
• une vitesse de refroidissement trop rapide ;
• la présence de vibrations ;
• la présence de corps étrangers ou d'aspérités (le moule doit être repoli régulièrement), provoquant une amorce de germination.

Par ailleurs, la cristallisation est exothermique ce qui modifie les conditions de refroidissement et peut causer la formation de bulles (blanchiment de l'échantillon).