Principe de la LIBS (Laser Induced Breakdown Spectroscopy)

Les techniques d’analyses d’un plasma sont :

Ainsi toute combinaison d’excitation laser/étincelle/décharge électroluminescente avec une détection de type MS/OES est envisageable et existe en version commercialisée ou prototype : OES, GDOES, GDMS, LIBS, LIBS avec MS … Les possibilités sont multiples. Cependant, lorsqu’il faut envisager la portabilité d’un ‘plasma’ analysable sur le terrain, ces possibilités se restreignent considérablement à :

Des deux techniques LIBS et arc/étincelle OES, la LIBS est la technique avec :

La technique par ablation laser existe depuis des décennies, mais l’évolution des lasers en termes de, rapport poids/puissance et de durée de vie a permis de les incorporer dans des appareils portables. Parallèlement la miniaturisation des capteurs CCD et l’augmentation du nombre de pixels a ouvert des perspectives quant ’à la résolution des spectromètres permettant ainsi de considérablement miniaturiser ces derniers.

les analyseurs LIBS portables Z de SciAps sont des analyseurs portatifs utilisant la Spectroscopie à Détection Induite Laser (LIBS, type de spectroscopie d’émission optique atomique OES/SEO). Depuis le début du 19ème siècle, les scientifiques ont découvert que des éléments émettent des couleurs spécifiques de la lumière lors de leur désexcitation d’un état ionisé à un état stable. Cette combinaison de couleurs est une signature unique pour chaque élément. La longueur d’onde (couleur) des lignes spécifiques révèle les éléments présents et l’intensité de la lumière à une longueur d’onde donnée est liée à la concentration de chaque élément.

L’exemple le plus communément connu est celui de l’analyse du plasma de ‘queue’ des comètes et des astres qui permet aux astronomes de déterminer les éléments qui s’y trouvent. L’avènement des télescopes analysants de 30nm à 1000nm embarqués sur des satellites depuis de début des années 80 a permis de s’affranchir de l’atmosphère terrestre. En effet l’atmosphère agit (fort heureusement pour l’homme) comme un filtre des UV mais qui (malheureusement pour les télescopes terrestres) atténue considérablement des radiations provenant des comètes telles que celles du carbone et d’autres éléments qu’il n’est donc possible de détecter. Ainsi les LIBS performants, portables , de laboratoire ou de process (comme tous les appareils OES) travaillent sous atmosphère d’argon (parfois d’hélium ou vide partiel ou CO2 partiel pour certains appareils de laboratoire). La LIBS peut travailler sous air au détriment de la stabilité du plasma et de la sensibilité de bon nombre de longueurs d’ondes.

La SEO traditionnelle utilise des étincelles et des flammes (analyse de liquides en AA ou ICP) pour générer un plasma. L’invention et les développements récents de la technologie laser permettent d’utiliser les lasers. Cela donne un contrôle plus précis (ponctuel et d‘énergie maitrisée) de la formation du plasma. Contrairement aux étincelles et aux flammes, le laser peut générer des plasmas à la surface d’échantillons non conducteurs et non préparés, comme les sols, les roches ou les liquides. La LIBS est une méthode d’excitation ‘PULSEE’ (non continue). Il s’agit d’une analyse d’un état transitoire entre une température de plus de 15 000 à 25 000 degrés à quelques milliers de degrés  sur un laps de temps de quelques dizaines à quelques centaines de nanosecondes. Les acquisitions sont dont extrêmement rapides et elles requièrent du matériel de haute technicité (synchronisation des tirs et des ‘démarrage’ d’acquisition de données après le tir) :