Spectrométrie de fluorescence X - Définition
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Différentes formes de l'analyse par fluorescence X
Appareils XRF portables
Il existe de petits appareils portables alimentés sur batteries dans le domaine. Ils ont en général la forme d'une perceuse ou d'un pistolet et utilisent des sources de rayons gamma pour exciter la raie L ou des sources de rayons X pour exciter la raie K. Ces appareils ont une précision limitées et sont de fait plus utilisés pour obtenir des résultats qualitatifs et non destructifs.
En France, ces appareils sont utilisés dans le diagnostic bâtiment pour détecter la présence de plomb dans les peintures ou les canalisations des logements suite au danger de saturnisme lié à ce matériau.
On peut aussi l'utiliser pour déterminer la nature d'un métal dans des applications de collecte sélective ou pour des analyses environnementales ainsi qu'en archéologie pour la détection des métaux lourds.
Analyse XRF sur filtre
Le cas envisagé ci-dessus était celui d'un échantillon massif (liquide, solide ou pulvérulent). On peut également analyser des dépôts sur filtre.
Les effets de matrice sont des effets de masse ; dans le cas d'une couche très mince et peu dense, il n'y a pas d'absorption (tous les atomes sont en « première ligne ») et la fluorescence secondaire (surexcitation) est négligeable. On travaille donc sans correction de matrice ; l'intensité est directement proportionnelle à la concentration surfacique (en mg/cm² ou µg/cm²).
Le filtre peut être un papier buvard sur lequel on dépose une solution. En général, le filtre comporte un cercle d'apparence brillant qui empêche la solution de diffuser sur tout le papier mais la circonscrit dans un disque, ce qui permet la reproductibilité des mesures : si l'on met toujours la même quantité de solution, on est sûr d'avoir toujours la même concentration surfacique. On peut donc exprimer les résultats directement en concentration volumique de la solution (mg/L ou µg/L).
La solution peut elle-même être une préparation issue d'un filtre ; par exemple, on filtre de l'air ou des fumées avec une mousse, cette mousse est calcinée (brûlée), et le calcinat est mis en solution et déposé sur le filtre.
Le filtre peut également être directement un filtre à poussière, mais il se pose alors le problème de la tenue mécanique des particules de poussière.
Les analyses sur filtre revêtent une grande importance pour la surveillance des conditions de travail (prévention des maladies professionnelles, notamment surveillance des particules de silice) et la protection de l'environnement (surveillance des rejets de fumées, notamment en métaux lourds).
Spectrométrie en réflexion totale (TXRF)
La spectrométrie de fluorescence X en réflexion totale, ou TRXRF (total reflection X-ray fluorescence spectrometry), est une méthode permettant d'analyser des quantités de matière très petite. Elle consiste à réduire le bruit de fond en déviant le faisceau incident vers un absorbeur, on ne voit ainsi plus l'effet Rayleigh ou Compton.
Microfluorescence (MicroXRF)
La microfluorescence consiste à utiliser un faisceau très fin pour pouvoir analyser une aire très petite. On peut ainsi réaliser une cartographie chimique de l'échantillon.
Techniques de Spectrométrie de fluorescence X à source primaire autre que les rayons X
Il est possible de provoquer un rayonnement caractéristique secondaire X en bombardant avec d'autres radiations :
- en utilisant un faisceau d'électrons, c'est la microsonde de Castaing ;
- en utilisant un faisceau d'ions, c'est la méthode dite sonde nucléaire ou PIXE (particle induced X-ray emission) ;
- en utilisant un rayonnement alpha (Alpha particle X-ray spectrometer).
Lorsque l'on bombarde la matière avec des rayons X, celle-ci émet d'autres rayonnements qui peuvent être utilisés pour l'analyse :
