Ablations lasers par Teledyne CETAC

Symalab distribue les produits Teledyne CETAC incluant les ablations lasers.

CETAC Technologies et Photon Machines ont joint leurs forces en juin 2010 dans le but de faire progresser la technologie d'ablation laser pour l'analyse élémentaire et d'offrir une gamme complète de produits au niveau mondial.

Cette collaboration a réuni l'expérience de l'équipe de conception de Photon Machines et l'expertise de CETAC en matière d'introduction d'échantillons. Ce partenariat a franchi une nouvelle étape naturelle et les deux sociétés ont fusionné sous la bannière Teledyne Instruments.

Teledyne Photon Machines, une marque de Teledyne CETAC Technologies, fournit des systèmes d'ablation laser allant des lasers à CO2 et à diode, aux lasers à l'état solide Nd:YAG à 213 nm, aux systèmes laser Excimer 193 et aux systèmes laser femtoseconde.

De plus, l'entreprise fournit des accessoires pour améliorer les capacités des systèmes d'ablation laser.

 
 

 
 

Comment fonctionne l'ablation laser couplée à un ICP-MS ?

Typiquement l'ablation laser permet d'ablater de fines particules à un échantillon solide qui seront envoyées, via un gaz vecteur, à un ICP-MS pour y être analysées.

Bien sûr, hormis les ICP-MS quadripolaires, multi-collecteurs, hautes résolutions ou utilisant la technique TOF (Time Of Flight - comme notre GBC Optimass 9600), d'autres techniques analytiques peuvent être couplées aux lasers.

Ces techniques analytiques sont, tout de même, le plus souvent, des techniques pouvant analyser les métaux par spectrométrie.

Comparaison de l'ablation laser par rapport aux différentes techniques d’échantillonnage direct (hors voies humides).

L'ablation laser est la méthode la plus complète si on la compare aux autres techniques analytiques utilisées en méthode direct, sur les types d'échantillons possibles et les nécessités techniques requises (limite de quantification basse, reproductibilité, répétabilité, homogénéité, ...).

  Méthode d’échantillonnage Types d'échantillons Nécessités techniques
  Ech. Brut Spatialisation Profondeur (3D) Conducteur Isolant Taille/forme Gamme atomique complète Limite de détection basse Répéta. / Repro. d'échantillon
MEB   Ok   Ok          
GDMS et OES Ok   Ok Ok Ok   Ok Ok Ok
XRF Ok     Ok Ok       Ok
Étincelle Ok     Ok       Ok Ok
Ablation Laser Ok Ok Ok Ok Ok Ok Ok Ok Ok

Ainsi les avantages de l'ablation laser sont :

  • Échantillonnage sur solide directement sans dissolution (sans voie humide). Analyses In Situ des éléments traces directement à partir du solide.
  • Rapidité, sensibilité, détection multi-élémentaire aux ppm et en dessous.
  • Peut virtuellement être utilisé sur n'importe quels types d'échantillons :
    • Roches.
    • Minéraux.
    • Métaux.
    • Céramiques.
    • Polymères.
    • Plastiques.
    • Végétaux.
    • Échantillons biologiques.
    • etc.
  • Élimine les étapes de préparations laborieuses d'échantillons autres que celles utilisées par une presse de pastillage.
  • Aucune contamination par les réactifs comme ceux utilisés lors des préparations d'échantillons par voies humides (blocs chauffants ou micro-ondes).
  • Hautes résolutions spatiales pour détection de micro-fonctionnalités.
  • Capacité à cartographier des échantillons et à trouver un profil analytique en profondeur (analyses 3D).
  • Développement de méthodes flexibles en fonction de l'échantillon.
  • Mesures Qualitatives et Quantitatives avec une précision de l'ordre de 95% (5% RSD).
 
 

Pour quelques nanomètres de moins...

La puissance d'ablation des lasers provient de leurs capacités sur les échantillons solides à enlever couche par couche les particules les plus fines possibles sans chauffer l’échantillon.

En effet, plus les nano-particules générées sont fines moins il y aura de dispersion et plus l'ionisation et donc l'analyse sera meilleure.

En complément, l'effet du chauffage du laser sur l'échantillon peut être important sur la recombinaison chimique et les erreurs possibles qu'elle engendre.
C'est pour cela, que les lasers à faibles longueurs d'ondes sont à privilégier afin de créer les nano-particules très fines sans (ou très peu) chauffer l'échantillon.

La liste des types de lasers disponibles est très longue mais seulement quelques types sont utilisés pour l'ablation.

Type de laser Couleur Type d’impulsion Effets thermiques Efficacité avec des échantillons translucides Distrib. typique tailles des particules<.th> Effets de fractionnement globaux
Nd:YAG(1) 1064 nm Infra-rouge Pulsé nano-secondes Élevé Très faible Très dispersées Mauvais
Nd:YAG(1) 1064 nm - Quatrième harmonique à 266 nm Ultra-violet C - UV-C Pulsé nano-secondes Modéré Faible Dispersées Modéré
Nd:YAG(1) 1064 nm - Cinquième harmonique à 213 nm Ultra-violet C - V-UV Pulsé nano-secondes Faible à Modéré Bon Groupées Bon
Eximer ArF(2) 193 nm Ultra-violet C - V-UV Pulsé nano-secondes Faible Excellent Très groupées Très Bon
Femto (1028, 257 ou 206) Infra-rouge / Ultra-violet UV-C Pulsé Fempto-secondes Très faible Dépend la longueur d'onde Très groupées Excellent selon longueur d'onde utilisé

(1) Laser solide - Acronyme du nom anglais NeoDynium-doped Yttrium Aluminium Garnet. Il s'agit d'un minéral sous forme de cristal, appelé grenat composé d'un mélange d'Yttrium et d'Aluminium dopé au Néodyme et decomposition Nd:Y3Al5O12

(2) Laser gazeux - Appelé aussi laser Exciplexe - Mélange de gaz rare (Argon) et d'un halogène (Fluor) qui excité, permet l'émission d'un rayonnement ultraviolet à 193 nm par fluorescence.


Histoire de fractions

Le fractionnement est la différence entre la composition élémentaire du matériau mesuré au détecteur et la composition réelle de l'échantillon.

Si le fractionnement est important la taille des particules, leurs distributions, leurs différences de masses et de volatilité seront importantes.
Inversement, un faible fractionnement permettra d'obtenir de tailles de particules très fines, bien distribuées, très groupées en masse avec une différence de volatilité faible.

Ainsi, plus le laser possède une faible longueur d'onde, moins le fractionnement sera important et meilleurs seront les résultats.

 
Distribution tailles des particules et fractionnement selon la longueur d'onde utilisée

Distribution de la taille des particules et fractionnement selon la longueur d'onde utilisée après ablation du standard NIST-610 - Guillong et al., J. Anal. At. Spectrom., 2003, 18, 1224–1230