Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
Cet article est consacré aux principales techniques permettant de confiner les ions. La plus ancienne consiste à conjuguer l’action d’un champ magnétique et d’un champ électrostatique. Principalement utilisée en physique nucléaire, elle est à l’origine du piège de Penning, puis ensuite du premier cyclotron. La seconde technique s’appuie uniquement sur des champs électriques, soit statiques, soit statiques et alternatifs, avec pour application le dispositif à piège de Paul.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Jean-Pierre SCHERMANN : Professeur à l’Université Paris-Nord
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Michel VEDEL : Maître de Conférences à l’Université Aix-Marseille I
INTRODUCTION
Le confinement d’ions utilise deux techniques principales. La première s’appuie sur l’action conjuguée d’un champ magnétique et d’un champ électrostatique. Elle a en particulier donné naissance au piège de Penning. La seconde utilise des champs purement électriques et a donné naissance au piège de Paul.
Les dispositifs à confinement présentent sur les appareils concurrents une plus grande sensibilité liée à leur propriété d’accumulation des charges créées in situ et aux grands temps d’interaction que permet le stockage. Ainsi, les toutes premières applications des dispositifs à confinement, qu’ils soient « magnétique » ou « radiofréquence », ont porté sur la réalisation de jauges à vide très sensibles. Dans le cadre de l’étude des collisions réactives, la possibilité de créer une cible ionique dont on peut étudier l’interaction avec un gaz permet de réaliser un dispositif concurrent des méthodes traditionnelles fondées sur l’étude de l’interaction d’un faisceau d’ions sur une cible gazeuse.
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4. Applications et réalisations industrielles
Outre les nombreuses applications en spectroscopie et en physicochimie, le domaine principal d’application du piège est la chromatographie en phase gazeuse. C’est l’équipe de Finningan Mat qui, en 1983, a montré les potentialités du dispositif appelé ITD : c’est à partir de cette époque qu’il a été commercialisé. Parallèlement à ce dispositif a été développé à l’ITMS, plutôt destiné à la recherche et dont les possibilités ne cessent d’augmenter, en particulier grâce à la puissance des logiciels de contrôle. Courant 1990 un dispositif concurrent a été mis au point par Franzen (Bruker-Franzen, Analytik GmbH, Bremen). Ce dispositif se distingue du précédent par l’exploitation systématique des non-linéarités du mouvement des ions, volontairement introduites par la superposition de termes multipolaires supplémentaires, conduisant à une meilleure sensibilité.
4.1 Injection d’ions créés extérieurement
Le plus couramment, les ions sont créés à l’intérieur de l’ITD par collisions électroniques. Cependant, dans de nombreuses applications, il est nécessaire de confiner des ions créés à l’extérieur du dispositif. Grâce à la présence d’une valeur élevée de pression de gaz tampon (0,01 à 0,1 Pa), caractéristique du fonctionnement normal de l’ITD, il est possible de confiner les ions introduits par un ensemble de lentilles électrostatiques (lentille de Einzel) car ces ions dissipent alors efficacement leur excédent d’énergie cinétique par collisions. D’autres sources extérieures sont utilisées comme, par exemple, l’ionisation par décharge ( glow discharge ionization ) particulièrement bien adaptée à l’étude de traces atmosphériques ou à celle d’ions négatifs qui ne peuvent pas être créés par collisions électroniques à l’intérieur du piège, ou comme l’électrospray-ionisation qui permet de travailler directement à la pression atmosphérique. Cependant, les ions créés à l’extérieur sont introduits avec une énergie qui peut être suffisante pour qu’ils se fragmentent. Cela se produit d’autant plus facilement que leur masse est élevée et se traduit donc par une limitation de ce type de méthode.
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - BOUCHOUX (G.), SABLIER (M.) - Spectrométrie de masse. - [P 2 645], [P 2 646] , traité Analyse et Caractérisation (2006).
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(3) - TODD (J.F.J.) - Mass Spectrometry Reviews, - 1 991, 10 , p. 3-52.
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(4) - COOKS (R.G.), GLISH (G.L.), MCLUCKEY (S.A.), KAISER (R.E) - Ion Trap Spectrometry, - Chemical and Engineering News, 25 mars, 1991.
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