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RÉSUMÉ
Dans la perspective de l'analyse chimique et du diagnostic, le laser constitue un outil privilégié, permettant d'effectuer des opérations de détection et d'identification dans des conditions d'environnement très variées. Les avantages pratiques des mesures par techniques lasers sont principalement l'analyse in situ et sans prélèvement ni contact, la rapidité d'acquisition des informations et l'utilisation pour des analyses locales ou à distance. Les performances de la spectrométrie plasma induite par laser sont présentées et illustrées par des exemples pratiques et des résultats expérimentaux.
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Philippe ADAM : DGA/DS/MRIS, Bagneux
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Nicolas LEONE : DGA/DT/DGA MN, Vert le Petit
INTRODUCTION
Dans la perspective de l'analyse chimique et du diagnostic, le laser constitue un outil privilégié, permettant d'effectuer des opérations de détection et d'identification dans des conditions d'environnement très variées. Parmi les avantages pratiques des mesures par techniques lasers : l'analyse in situ et sans prélèvement ni contact, la rapidité d'acquisition des informations et l'utilisation pour des analyses locales ou à distance.
Dans cet article, nous illustrerons par des exemples pratiques les performances de la spectrométrie plasma induite par laser (Laser Induced Breakdown Spectroscopy – LIBS). Après avoir présenté les principes et les performances (calibrage, analyse qualitative et/ou quantitative) de cette technique, nous rapporterons des résultats expérimentaux dans des domaines variés tels que la détection et l'identification des aérosols chimiques ou le diagnostic bactérien.
Cet article est extrait de la revue « Annales des falsifications, de l'expertise chimique et toxicologique » no 977 éditée par la SECF (Société des experts chimistes de France).
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MOTS-CLÉS
applications laser aérosol chimique aérosol bactérien chimie biologie spectroscopie plasma analyse en composantes principales
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1. Contexte
La spectroscopie de plasma induit par laser (Laser-Induced Breakdown Spectroscopy, ou l'acronyme LIBS) est basée sur l'information émise lors de l'interaction laser-matière. Ce phénomène a été observé peu de temps après l'invention du laser (amplification de la lumière par émission stimulée de rayonnement) par Maiman en 1960. Il est décrit indirectement la première fois par des travaux américains en 1962 avec un maser, dispositif ancêtre du laser et permettant d'émettre un faisceau cohérent de micro-ondes . C'est cependant une équipe française qui en 1963 va publier la première exploitation analytique de ce type d'interaction laser-matière . Lorsque de la matière reçoit une quantité d'énergie supérieure à un niveau appelé « seuil de claquage » (dépendant des matériaux et des phases), on obtient la rupture des atomes et des molécules avec formation d'ions et d'électrons. Au point focal, il y a alors formation d'un microplasma de haute énergie. Après cette phase initiale, le plasma se relaxe par recombinaisons radiatives (émissions lumineuses). C'est l'analyse par spectroscopie de ces émissions qui permet de remonter à la composition du milieu initial.
À la fin des années 1970 et au début des années 1980, les évolutions technologiques font apparaître des lasers robustes à pulses reproductibles*, ainsi que des détecteurs sensibles et intensifiés pour...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - BRECH (F.), CROSS (L.) - Optical microemission stimulated by a ruby maser. - Applied Spectroscopy, 16, p. 59 (1962).
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(2) - DEBRAS-GUÉDON (J.), LIODEC (N.) - De l'utilisation du faisceau d'un amplificateur à ondes lumineuses par émission induites de rayonnement (laser à rubis), comme source énergétique pour l'excitation des spectres d'émission des éléments. - C.R. Acad. Sci., 257, p. 3336 (1963).
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(3) - CREMERS (D.A.), RADZIEMSKI (L.J.) - Handbook of laser-induced breakdown spectroscopy. - Éd. John Wiley & Sons, Chichester (2006).
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(4) - LEONE (N.) - Développement d'une technique d'analyse hautement sensible et polyvalente par spectroscopie de plasma induit par laser : applications aux aérosolset aux matériaux biologiques. - Thèse de doctorat de l'Université Pierre et Marie Curie, Paris 6, 5 juil. 2007.
-
(5) - GOTTFRIED (J.L.), DELUCIA (F.C.Jr.), MIZIOLEK (A.W.) - Discrimination of explosive residues on organic and inorganic substrates using laser-induced breakdown spectroscopy. - J....
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