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RÉSUMÉ
La mise en solution des matériaux avant analyse, à savoir leur transformation en des sels solubles, est une étape essentielle de leur caractérisation. La nature des échantillons, l'environnement dans lequel ils sont traités et les instruments de mesure de plus en plus sensibles sont devenus des facteurs limitants aux mesures. L'objectif de cet article est de donner une vue d'ensemble de ces facteurs, de décrire les processus de mise en solution par voies humide et sèche, et enfin, d'aborder de nouvelles méthodes plus appropriées à l'attaque d'échantillons particuliers, comme les matériaux réfractaires, ou à la mise en solution d'éléments ultratraces.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Catherine ZIMMERMANN : Ingénieure d’études Centre de recherches pétrographiques et géochimiques, CNRS Vandœuvre les Nancy, France
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Laurie REISBERG : Directrice de recherche Centre de recherches pétrographiques et géochimiques, CNRS Vandœuvre les Nancy, France
INTRODUCTION
La pratique de l’analyse multi-élémentaire est devenue essentielle et courante dans de nombreux domaines. En géosciences, dans l’industrie chimique, pétrolière ou automobile, la composition élémentaire des matériaux élaborés peut modifier leurs propriétés physico-chimiques. Ainsi, préparer les échantillons en vue de leur analyse requiert la prise en compte de plusieurs facteurs. En premier lieu, il s’agit de lister les éléments d’intérêt avec leurs abondances attendues, car dans certains domaines, comme par exemple pour les produits dérivés du pétrole, les éléments majeurs, mineurs et traces, voire les ultratraces peuvent présenter un intérêt en géosciences. D’autres facteurs tels que les masses d’échantillons disponibles (du milligramme à la centaine de gramme) et les types de matrices à dissoudre, telles que les matrices organiques (graisses, huiles…), silicatées ou même biologiques (tissus, fluides biologiques…) vont impacter le choix des techniques de préparation.
La maîtrise de ces techniques de traitement des échantillons est acquise depuis les années quatre-vingt, mais les développements récents des instruments d’analyse ont conduit à réfléchir sur d’autres techniques de mise en solution : les analyseurs tels que les spectromètres de masse (ICPMS, TIMS) ou les spectromètres d’adsorption (SAA) ou d’émission (ICP OES) étant de plus en plus sensibles, ces méthodes doivent à la fois être plus « propres » et extraire des quantités de plus en plus infinitésimales de matière.
La mise en solution permet la minéralisation d'échantillons destinés à l'analyse, libérant ainsi les molécules inorganiques des molécules organiques. Elle peut se faire par voie humide (avec réactifs et solvants) ou par voie sèche (calcination).
Seule la mise en solution des échantillons solides est abordée dans cet article.
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MOTS-CLÉS
VERSIONS
- Version archivée 1 de avr. 1993 par Michel VERNET, Kuppusami GOVINDARAJU
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Rappels sur les mises en solution dites « classiques »
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1. Paramètres influençant le choix des techniques de mise en solution
1.1 Analyse élémentaire et/ou isotopique
Analyser des matériaux variés tels que ceux étudiés en géologie pour la compréhension du système solaire et ses planètes, en biologie, et dans le domaine de l’industrie telle que l’automobile, l’industrie pharmaceutique ou encore la métallurgie, requiert des techniques de plus en plus pointues capables la plupart du temps de détecter simultanément de multiples éléments (par exemple Li, B, Mg, Ca, Fe, Sr, Mo, Ru, Pd, La, Nd, Sm, Re, Pb) dans des matrices très différentes (par exemple silicates, carbonates).
Le choix des instruments de mesure tels que les spectromètres optiques et les spectromètres de masse se fait principalement en fonction des caractéristiques intrinsèques des matériaux d’intérêt, à savoir la composition de sa matrice ou l’abondance des éléments d’intérêt.
La connaissance du comportement physico-chimique naturel des éléments est une information supplémentaire pour le choix de la technique et de la mise en solution préalable. Pour exemple, en géosciences, différentes classifications sont largement prises en compte.
La principale est notamment la classification selon l’abondance estimée des différents éléments chimiques, c’est-à-dire le rapport de leur masse à la masse totale du mélange. On parle ainsi :
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des éléments majeurs, exprimés en oxydes (MgO, CaO…), et présents dans les échantillons au-delà du pourcent en masse ;
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des éléments mineurs, toujours exprimés en oxydes, dont la teneur massique varie entre 0,1 et 1 % ;
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des éléments minoritaires, les traces, qui sont eux exprimés en ppm (partie par million), voire même en ppb (partie par billion) ou ppt (partie pour trillion) pour les éléments ultratraces.
Le choix de la technique instrumentale et par conséquence du traitement chimique préalable de l’échantillon peut également être régi par la classification de Goldschmidt, qui distingue quatre groupes d’éléments selon leur comportement géochimique. Ce comportement dépend des propriétés ioniques...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - HU (Z.), GAO (S.), LIU (Y.), HU (S.), ZHAO (L.), LI (Y.), WANG (Q.) - NH4F assisted high pressure digestion of geological samples for multi-element analysis by ICP-MS. - Journal of Analytical Atomic Spectrometry, Technical Note (2010).
-
(2) - GORDON (C.L.), SCHLECHT (W.G.), WICHERS (E.) - Use of sealed tubes for the preparation of acid solutions of samples for analysis, or for small-scale refining : pressures of acids heated above 100 °C. - Journal of research of the National Bureau of Standards, vol. 33, p. 457-470 (1944).
-
(3) - SHIREY (S.B.), WALKER (R.J.) - Carius tube digestion for low-blank rhénium-osmium analysis. - Analytical chemistry, vol. 34, p. 2136-2141 (1995).
-
(4) - Qi (L.), ZHOU (M.F.) - Determination of Platinum-group elements in OPY-1 : comparison of results using different digestion techniques. - Geostandards and Geoanalytical Research, vol. 32, p. 377-387 (2008).
-
(5) - PAUL (M.), REISBERG (L.), VIGIER (N.) - A new method for analysis of osmium isotopes and concentrations...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
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Salles propres et environnements maîtrisés apparentés – Partie 1 : classification de la propreté particulaire de l’air - NF EN ISO 14644-1 - 02-16
ANNEXES
1.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Four HPA
Anton PaarFrance http://www.antonpaar.fr
Ultrawave SRC système
Milestone, Italy https://www.milestonesrl.com
HAUT DE PAGE1.2 Documentation – Formation – Séminaires (liste non exhaustive)
Colloques nationaux du CNRS. Dosage des éléments à l’état de traces dans les roches et les autres substances minérales naturelles : revue des problèmes de contamination dans le dosage des traces. PINTA (M.), 4-6 décembre 1968, Nancy
Mémoire de maîtrise en chimie. Méthodologie combinant la fusion automatisée à la chromatographie d’extraction pour la dissolution de l’uranium dans des échantillons environnementaux pour la détermination par spectrométrie de masse. MILLIARD (A.), 2011, Université de Laval, Québec
Spectroscopy ebook. Revolutionizing sample preparation with Single-Reaction Chamber microwave digestion. MILESTONE, août 2018
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