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Auteur(s)
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Alain PETIT : Docteur d’État en physique - Chef de la section Photo-ionisation et spectroscopie - Centre d’études nucléaires de Saclay
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Le développement récent de lasers continus et fiables a permis de fournir de nouvelles données spectroscopiques. De nouvelles techniques fondées sur les propriétés spécifiques des lasers (monochromaticité, densité d’énergie…) ont été introduites dans le domaine de la spectroscopie optique ; elles ont permis de faire des mesures plus précises des longueurs d’onde spectrales des transitions atomiques, des moments dipolaires de transition, des constantes hyperfines…
Cependant, malgré les avantages évidents et le succès des lasers accordables en spectroscopie atomique et moléculaire fondamentale, les lasers n’ont pas remplacé les outils classiques en spectroscopie analytique jusqu’à maintenant. Les méthodes utilisant ces techniques laser dans le domaine de l’analyse chimique ne sont appliquées que dans quelques laboratoires de recherche dans le monde. Cela est certainement dû au fait que le plus utilisé des lasers accordables, le laser à colorants, est encore trop compliqué et trop cher pour être une solution alternative aux méthodes classiques dans le domaine de l’analyse de routine. La plage de longueur d’onde limitée des colorants entraîne une capacité limitée en analyse multiélémentaire, à moins de pouvoir changer automatiquement le colorant du laser. La dégradation du colorant en fonctionnement induit une décroissance de la puissance laser au cours du temps. Enfin, les lasers sont des instruments sensibles qui nécessitent souvent un réalignement et un nettoyage des optiques. À ce titre, le développement rapide des lasers à semi-conducteurs (diode laser) permet d’envisager de nombreuses applications dans le domaine de l’analyse, ces lasers ne possédant pas les inconvénients mentionnés précédemment.
Actuellement, il existe déjà une forte demande de l’industrie, de la médecine, de la recherche pour des techniques analytiques permettant la détermination de quantités absolues de traces d’éléments dans le domaine du femtogramme (10 –15 g) ou de l’attogramme (10 –18 g).
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Utilisation des constantes des spectres atomiques
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2. Principales constantes des spectres atomiques
Nous donnons ici les principales constantes utilisées couramment. Ces données sont compilées par le National Bureau of Standards [24] a. Il existe maintenant des données disponibles sous forme informatique [24] b ; cette base de données comprend :
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des données électroniques : masse atomique, terme spectral et configuration de l’état fondamental, potentiels d’ionisation pour l’atome neutre et 4 premiers degrés d’ionisation de l’ion ;
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des données nucléaires : masse atomique (Z + N ), abondance isotopique, spin nucléaire, moments dipolaires magnétiques et quadrupolaires électriques (malheureusement ces banques de données sont encore incomplètes).
2.1 Énergie des niveaux
Les niveaux d’énergie correspondent aux valeurs propres associées aux fonctions d’onde, solutions de l’équation de Schrödinger. Pour chaque valeur du moment cinétique total de l’atome (J ), il existe un niveau d’énergie dégénéré (dégénérescence Zeeman : 2J + 1). Cette dégénérescence ne peut être levée que par un champ externe (champ magnétique ou électrique). En couplage LS pour [51], les niveaux d’énergie correspondent aux termes des multiplets2S + 1 LJ .
Les énergies des niveaux sont données dans des tables [25] a, b, c. Elles ne sont malheureusement pas complètes, en particulier, pour les niveaux d’énergies élevées (> 2eV) dans les éléments lourds (Gd, U…). Dans le cas de la technique RIS ou RIMS où l’excitation de niveaux d’énergie élevée est nécessaire, ce problème constitue un handicap certain, car il impose une étude spectroscopique spécifique.
Les transitions entre niveaux d’énergie par élément constituent des étalons de longueurs d’onde précieux dans le cas des techniques analytiques. Il existe de nombreuses tables de longueurs d’onde. On trouvera le nom des principales tables dans Pour en savoir plus. Ces tables sont plus ou moins complètes : les raies y sont classées tantôt par élément, tantôt par longueur d’onde, et elles englobent un domaine plus ou moins étendu.
À titre d’exemple, nous donnons dans les tableaux ...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - SLAVIN (M.) - Atomic absorption spectroscopy, vol 25 of series : chemical analysis. - John Wiley and Sons, New York (1978).
-
(2) - PRICE (W.J.) - Spectrochemical analysis by atomic absorption, - Hyden and Sons ; Londres (1979).
-
(3) - VAN LOON (J.C.) - Analytical atom absorption spectroscopy. - Academic Press, New York (1980).
-
(4) - CANTLE (J.E.) - Atomic absorption spectrometry. - Elsevier Scientific Publ., Amsterdam (1982).
-
(5) - WELZ (B.) - Atomic absorption spectrometry. - Verlag Chemie, Weinheim (1985).
-
(6) - GREENFIELD (S.), Mc GEACHIN (H.McD.), SMITH (P.B.) - * - Talentala 22, 1, p. 1 et 553 (1975) ; 23, 1 (1976).
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