Détection de particules de tailles micrométriques et submicrométriques piégées dans un plasma rf (radio frequence) basse pression par technique libs (laser-induced breakdown spectroscopy ou spectroscopie de plasma induit par laser)

Résumé : Les nanotechnologies sont présentées comme l'industrie du 21ème siècle. Les matériaux nanostructurés sont le plus souvent élaborés à partir de briques élémentaires que sont les nanoparticules manufacturées. Cette nanostructuration confère à ces matériaux des fonctionnalités et des propriétés inédites d'un très grand intérêt pour de nombreuses applications industrielles. La production de nanoparticules manufacturées est appelé à croître étant donné les très nombreuses applications des matériaux nanostructurés et le gain économique escompté. Les besoins en nanometrologie (in-situ et si possible en temps réel) devraient donc s'accroître en conséquence. La surveillance des ambiances de travail et le contrôle de procédés de production sont des problématiques requérant un tel développement instrumental. La technique LIBS (Laser-Induced Breakdown Spectroscopy) ou spectroscopie de plasma induit par laser est un possible moyen de détection dans le cadre des problématiques susmentionnées [1-3]. Elle consiste à focaliser un faisceau laser impulsionnel sur un échantillon à analyser (solide, liquide, gaz, ou aérosol). Au point de focalisation, la matière est très fortement chauffée, provoquant l'allumage d'un plasma. La lumière émise par ce dernier peut être analysée par spectroscopie d'émission. Tous les éléments chimiques présents dans le matériau sondé peuvent être identifiés dans une large gamme de pression et leurs concentrations respectives déterminées. La préparation de l'échantillon n'est pas nécessaire. De plus, elle est non intrusive de part son caractère tout optique. Elle permet donc de réaliser des analyses in-situ. Ces caractéristiques lui confèrent donc un fort potentiel d'applicabilité sur le terrain. Dans l'objectif d'améliorer les performances de détection dans le cas de l'analyse d'aérosols, des expériences préliminaires couplant un analyseur LIBS avec une cellule plasma radiofréquence à basse pression utilisée comme piège à particules ont été réalisées [4]. Des agglomérats de nanoparticules composites de SiC et Al2O3 ont été introduits dans la cellule dans laquelle ils ont été piégés et maintenus en suspension. Des impulsions laser nanosecondes ont été focalisées sur les particules piégées, entrainant leur vaporisation et l'émission du signal LIBS. La détection LIBS a ainsi été réalisée avec un rapport signal sur bruit satisfaisant à une pression de 0.25 mBar au lieu de la pression atmosphérique. Ainsi, ce couplage présente plusieurs avantages. Toutes les particules injectées sont piégées et peuvent potentiellement être analysées. La qualité de l'échantillonnage est améliorée. Des particules organiques (contenant C, H, O et N) pourraient être analysées sans interférences avec ces mêmes éléments naturellement présents dans l'air en utilisant des gaz inertes tels Ar ou He pour la génération du plasma RF. De plus, le rapport signal sur bruit pourrait être meilleur à pression réduite qu'à pression atmosphérique. Enfin d'autres diagnostics laser pourraient être envisagés. Les résultats obtenus, bien que qualitatifs, ont démontré les potentialités d'un tel couplage pour l'identification d'éléments composants des agrégats de nanoparticules composite. De futures expériences sont envisagées pour optimiser les limites de détection et obtenir des résultats quantitatifs sur des problématiques telles que le contrôle de procédé ou la surveillance de l'air.
Document type :
Conference papers
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https://hal-ineris.archives-ouvertes.fr/ineris-00971119
Contributor : Gestionnaire Civs <>
Submitted on : Wednesday, April 2, 2014 - 3:58:59 PM
Last modification on : Monday, April 30, 2018 - 10:50:01 AM

Identifiers

  • HAL Id : ineris-00971119, version 1
  • INERIS : EN-2013-038

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Citation

Christophe Dutouquet, G. Wattieaux, L. Meyer, Emeric Frejafon, L. Boufendi. Détection de particules de tailles micrométriques et submicrométriques piégées dans un plasma rf (radio frequence) basse pression par technique libs (laser-induced breakdown spectroscopy ou spectroscopie de plasma induit par laser). 28. Congrès Français sur les Aérosols (CFA 2013), Jan 2013, Paris, France. ⟨ineris-00971119⟩

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