Spectroscopie sur plasma induit par laser - Définition

Principes de bases

• La focalisation d'impulsions laser de quelques nanosecondes chacune et d'une énergie de l’ordre de quelques dizaines de millijoules vers le point à analyser sur le matériau. Cette focalisation fait monter la densité surfacique d'énergie à un niveau très élevé (comme lorsqu'on concentre la lumière du soleil en un point avec une loupe). Les photons cohérents du laser subliment le matériau en vapeur de matière, c'est à dire produisant un micro-plasma ;
• Ce micro-plasma se forme presque immédiatement, c'est à dire alors que l’impulsion laser n'est pas terminée. La fin d'impulsion achève de vaporiser les particules propulsées hors du matériau par l'ablation-laser.
• La fin de l'impulsion laser excite optiquement les espèces atomiques et ioniques de ce plasma, qui émet alors un rayonnement que l'analyseur (un spectromètre dans le domaine UV/visible) capte et traduit. Le spectre obtenu décrit les espèces chimiques qui composaient l'échantillon.
• Si un matériau risque d'être recouvert d'un contaminant externe, les premières impulsions peuvent servir à le « décaper, » avant une analyse des couches sous-jacentes.

Avantages et inconvénients

Avantages :

• tout type d'échantillon (solide, liquide, congelé ou gazeux) peut être analysé
• pas besoin de préparation sophistiquée, longue ou coûteuse des échantillons
• compacité des instruments ; elle est permise par les progrès de la miniaturisation des sources laser mais aussi des spectromètres ; Il est maintenant possible de produire des LIBS portables et autonomes
• Rapidité de l'analyse (en quelques microsecondes) de la quasi-totalité des éléments du tableau périodique, avec analyse multi-élémentaire possible
• Limite de détection très faible
• Possibilité théorique de quantifier des ratios isotopiques, utilisés par exemple dans la géolocalisation chimique, par un couplage par spectrométrie de masse haute résolution
• possibilités intéressantes (en condition dangereuse notamment, mais aussi pour les accès difficiles) d'équiper des robots ou d'effectuer des mesures à distance (jusqu’à plusieurs dizaines de mètres) en jouant sur l’optique de focalisation du laser
• coût, à priori moindre, voire bien moindre, que pour les instrumentations concurrentes de mesure standard (ICP-MS).

Inconvénients :

• mesures directes plus délicates pour la pollution de l'air ou de l'eau
• Coût restant élevé pour des usages très banalisés
• justesse et reproductibilité des mesures encore discutées, ainsi que les limites de détection. Certaines mesures (mais ce n'est pas propre à cette méthode particulière) doivent être corrigées car certaines raies d'émissions (celle du chrome à 359,35 nm par exemple) sont caractérisées par une auto-absorption, c’est-à-dire que les photons émis ont une longueur d'onde qui correspond exactement à la raie d'absorption des autres atomes de chrome présents dans le plasma ; l'analyseur ne les perçoit donc pas