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ICP-MS

Dernière mise à jour : jeudi 28 août 2008, par Olivier COURSON

Principe

Le couplage torche à plasma-spectrométrie de masse (Inductively Coupled Plasma - Mass Spectrometer) est une technique permettant de doser en quelques minutes plus de 50 éléments stables ou radioactifs (période radioactive > 8000 ans) sur les solutions à des teneurs très inférieures à 1 µg.L-1 (ppb) et ayant une dynamique de mesure de 106 (ppt—>ppm).

L’échantillon est amené jusqu’à la torche à plasma par une pompe péristaltique (1). Au contact de l’argon, l’échantillon est nébulisé (2), puis transporté jusqu’au centre du plasma où les températures atteignent 6000 à 8000 °C. L’échantillon est alors atomisé puis ionisé dans sa totalité sous forme de cations monovalents. Desolvatation - atomisation - Ionisation

Cette technique est basée sur le couplage d’une torche à plasma générant des ions et un spectromètre de masse quadripolaire pour séparer ces ions en masse. Le principe de la machine est présenté dans la figure suivante :

Une interface composée de deux cônes de nickel (3) et d’une série de lentilles (4,5) permet de stopper les photons et de focaliser les ions pour les amener au quadripôle pour la séparation en masse (6). Cette séparation est effectuée pour chaque ion en fonction du rapport m/z (masse atomique/charge). Le faisceau ionique est amené sur un détecteur de type multiplicateur d’électrons (7). L’ensemble du système est piloté par informatique.

Corrections de dérive, d’interférence et de blanc

Les dérives...
Les résultats d’une mesure sont exprimés en coups par seconde pour un rapport m/z donné. Ceci impose que la réponse coup/concentration du système et qu’une correction des effets de dérive de l’appareil (matrice, bouchage progressif des cônes au cours du temps, variation de l’injection...)aient été effectuées .
Afin de corriger de tels effets, il est recommandé d’utiliser un système de standardisation soit :

  • externe : consiste à intercaler régulièrement entre les échantillons, des solutions multiélémentaires, synthétiques ou naturelles, et de concentrations connues. Avantage : correction des effets de dérives sur la totalité du spectre. Inconvénient : introduction de biais dans les corrections liés aux éventuelles différences de matrice entre les échantillons et les standards.
  • interne : consiste à ajouter un élément (standard) de concentration connue et absent dans l’échantillon (généralement 115In, 165Ho, 205Tl). Avantage : pas d’influence de la matrice. Inconvénient : méthode peu efficace si m/z mesuré très différent de celui du standard.

Les interférences...
Le pouvoir séparateur de l’ICP-MS étant fonction du rapport m/z, des interférences peuvent se produire au niveau du détecteur. Ceci conduit à une mauvaise estimation des concentrations de certains éléments.Il en existe 4 types :

  • les interféférences isotopiques : dues à l’existence de 2 isotopes de même masse pour 2 éléments différents (par exemple 238U+ et 238Pu+) ;
  • les interféférences isotopiques : dues à la formation d’oxydes et/ou d’hydroxydes (par exemple 40Ar16O+ sur 56Fe+ ou 40Ar16O1H+ sur 57Fe+) ;
  • les interférences dues aux ions ou aux molécules doublement chargés (par exemple 138Ba++ sur 69Ga+) ;
  • les interférences polyatomiques (par exemple ArNa et ArCl).

Exemples d’interférences pouvant intervenir lors de mesures

Elément Isotope
mesuré
Interférents principaux
Ba 137 97Mo40Ar - 121Sb16O
La 139 99Ru16O - 103Rh36Ar - 123Sb,Te16O
Ce 140 100Ru, Mo40Ar - 124Te,Se40O
Pr 141 101Ru40Ar - 125Te16O
Nd 143
146
103Rh40Ar - 107Ag36Ar - 101Ru40Ar - 127I16O
106Pd, Cd40Ar - 130Xe,Te, Ba16O
Sm 147 130Ba16O1H
Eu 153 137Ba16O - 136Ba16O1H
Gd 158 142Ce16O - 142Nd16O - 141Pr16O1H
Tb 159 143Nd16O
Dy 163 147Nd16O - 147Sm16O
Ho 165 149Sm16O
Er 166 150Nd16O - 150Sm16
Tm 169 153Eu16O
Yb 174 174Hf - 158Gd16O - 158Dy16O
U 238 238Pu

Les blancs...
La dernière correction dont il faut tenir compte est la soustraction des blancs dus aux pollutions du système lui-même (effets mémoire) et aux pollutions des réactifs et matériels utlisés lors de la préparation des échantillons.

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