Brevet FR2349844A1 — publié le 19771125

La présente invention concerne un dispositif protecteur permettant de réduire le salissement d'un objectif destiné a focaliser des rayons a travers des vapeurs d'une matière constitutive d'un échantillon. Le dispositif protecteur convient particulièrement pour la microanalyse spectrale par laser et le traitement de matières par rayonneinent laser. flans le domaine de la microanalyse spectrale par laser il est courant de munir l'optique de focalisation d'une plaque pour la protéger votre des fragments d'échantillon vaporises. Une partie de la ratière vaporisée de l'échantillon est lancée contre cette plaque protectrice et forme sur celle-ci une mince couche, difficile a éliminer, qui réduit la transmission du système optique considérablement et la ramene parfois même a moins de 50 % de sa valeur initiale. Il est également déjà connu un procédé pour réduire le salissement par insufflation d'un courant de gaz dans l'espace situé entre l'échantillon et le système optique. Ce procédé est cependant trop laborieux pour pouvoir être utilisé d'une maniere générale. En conséquence, afin d'éviter ces inconvénients, la présente inventicn crée un dispositif simple et peu coûteux permettant de protéger un objectif du genre mentionné et de réduire le. salissement du système optique pour la focalisation des rayons. La solution apportée a ce problème suivant la présente invention consiste en ce que le dispositif protecteur est cons titué par une enveloppe qui entoure, du côté de l'échantillon, la face frontale de l'objectif et comporte, dans sa paroi opposée la face frontale de l'objectif, une ouverture de passage de rayons dont la paroi intérieure présente un profil denté. I1 est avantageux que l'ouverture de passage de rayons s'élargisse coniquement en direction de l'intérieur de l'enveloppe. I1 est en outre avantageux qu'a l'intérieur de l'envelippe une bague soit placée sur le bord de l'ouverture de passage des rayons. Enfin, il est avantageux de prévoir des moyens pour refroidir l'enveloppe. Lorsqu'un rayon laser tombe sur un échantillon, une partie de la matière constitutive de l'échantillon se vaporise. La matière vaporisée de l'échantillon forme un microplasma qui se répand rapidement. Une partie de ce microplasma traverse l'ouverture de passage des rayons pour entrer à l'intérieur de l'enveloppe servant de protection à l'objectif, auquel cas l'air se trouvant dans cet espace interieur de l'enveloppe est comprimé et gêne la propagation du plasma. Grâce à la forme particulière de l'ouverture de passage des rayons et de l'espace intérieur de l'enveloppe il s'établit, lors de l'entrée du microplasma dans l'enveloppe, des mouvements tourbillonnaires tandis que le plasma est en même temps refroidi de sorte que le système optique n'est atteint que par une faible partie de la matière vaporisée, laquel le partie peut être éliminée par des moyens simples.Ainsi la transmission de l'objectif peut être inaintenue constante et la reproductibilité de l'enlèvement de matière et l'excitation des raies spectrales peuvent être améliorées. L'invention est expliquée plus en détail ci-dessous à l'aide de quelques exemples de réalisation illustrés aux dessins annexés. La fig. 1 représente schématiquement, en coupe, le dispositif protecteur suivant l'invention. Les fig. 2 et 3 représentent schématiquement, en coupe, d'autres formes de réalisation avantageuses du dispositif protecteur suivant l'invention. Comme représenté à la fig. 1, un objectif 1 comporte, du coté de l'échantillon, un dispositif protecteur présenté sous la forme d'une enveloppe 3 dont la paroi opposée à la face frontale de l'objectif présente une ouverture de passage 4 pour les rayons. Un faisceau de rayons laser L est focalisé, de la manière usuelle, à travers un objectif 1 sur un spot lumineux B à la surface d'un échantillon 2. I1 se forme ainsi dans un angle solide h un microplasma constitué par de la matière vaporisée de 1'é- chantillon et dont les particules sont projetées radialement à partir du spot lumineux B. Une partie du microplasma arrive, en passant par l'ouverture de passage de rayons 4 munie d'une denture 5, dans l'espace intérieur 8 de l'enveloppe 3.La denture provoque des tourbillons qui influent sur la direction de projection des particules vaporisées de matière et lancent ces der nières en majeure partie contre les parcis intérieures de l'enveloppe où elles se déposent. Une faible partie seulement de la vapeur de matière est envoyée en direction de la face frontale d'une lentille 6 de l'objectif. Afin d'éviter que la lentille 6 ne soit embuée par cette vapeur de matière, elle est en outre munie d'une plaque protectrice frontale 7. La mince couche-se déposant sur la plaque protectrice frontale peut alors être éliminée sans grande difficulté. La dimension de l'espace intérieur 8 s'établit en fonction de l'angle d'ouverture de l'objectif 1. Des mouvements tourbillonnaires encore plus importants peuvent être obtenus lorsque, comme représenté à la fig. 2, llou- verture 4 pour le passage des rayons présente une forme conique, c'est-à-dire qu'elle se rétrécit en direction de l'échantillon 3. Des mouvements tourbillonnaires particulièrement énergiques sont obtenus avec un dispositif protecteur comme celui représenté à la fig. 3 et dans lequel une bague 9 est placée dans l'espace inférieur 8 sur le bord de l'ouverture 4 pour le passage des rayons. Pour réduire encore le salissement de l'objectif il est prévu un élément de refroidissement, par exemple un élément Peltier, aménagé sur la paroi extérieure de l'enveloppe 3. L'enveloppe 3 peut également être une chambre destinée à des fins spectroscopiques et pour cette raison être munie de fenêtres transparentes. Dans ce cas la chambre a pour roule additionnel d'accroître la durée de séjour de la vapeur de matière dans un élément de volume déterminé et d'améliorer, grâce aux mouvements tourbillonnaires, l'homogénéité de la vapeur. Le dispositif protecteur peut servir tant en cas d'utilisation d'objectifs à lentilles que d'objectifs à miroirs pour la focalisation du rayonnement laser. Le dispositif protecteur peut également être utilisé en tant qu'organe collecteur dans un procédé d'analyse à deux phases. La vapeur de matière se deposant dans le dispositif protecteur est alors introduite, à des fins d'examen, dans un dispositif de décharge dans un gaz (par exemple une lampe à cathode creuse, décharge gazeuse de Grimm,etc.) ou bien il sert de source ionique pour des analyses de spectroscopie de masse, sans que la matière d'échantillon ne doive être préalablement détachée du dispositif protecteur. REVENflICAT IONS 1 - Dispositif protecteur permettant de réduire le salissement d'un objectif destiné à la focalisation de rayons travers des vapeurs d'une matière constitutive d'un échantillon, en particulier dans les domaines de la microanalyse spectrale par laser et du traitement de matières par rayonnement laser, caractérisé en ce que le dispositif protecteur est constitué par une enveloppe qui, du côté de l'échantillon, entoure la face frontale de l'objectif et qui comporte, dans sa paroi située en regard de la face frontale, une ouverture de passage des rayons dont la paroi intérieure présente un profil denté. 2 - Dispositif protecteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'ouverture de passage des rayons s'élargit coniquement en direction de l'intérieur de l'enveloppe. 3 - Dispositif protecteur suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'à l'intérieur de l'enveloppe une bague est placée sur le bord de l'ouverture de passage des rayons. 4 - Dispositif protecteur suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il est prévu des organes pour refroidir l'enveloppe.