Brevet FR2356930A1 — publié le 19780127

L'invention est relative à un dispositif d'irradiation laser utilisable en spectrométrie d'un échantillon par diffusion, réflexion ou transmission d'une radiation électromagnétique sur cet é- chantillon. Les analyses ou dispositif d'irradiation laser utilisable en spectrométrie se sont largement développés et ceci quelle que soit la présentationce Zizi l'échantillon tel que poudre, liquide, gaz ou monocristal. Ce développement a connu toute sa mesure avec l'utilisation du laser comme source lumineuse très monochromatique, qui est en général focalisé pratiquement ponctuellement sur ltéchantillon. Dans un premier stade, les analyses de mesures spectrométriques avec faisceau laser ont été menées surtout dans le domaine chimique sur des composés pouvant subir sans être dégradés la focalisation du faisceau. Ce faisceau qui a l'avantage entre très monochromatique pré- sente toutefois pour certaines applications l'inconvénient d'être très énergétique. Ainsi, l'énergie thermique dégagée par le faisceau focalisé sur l'échantillon suffit souvent à le dégrader lorsqu'il est soit coloré soit à bas point de fusion, soit photo-sensible. Ainsi, par exemple, les substances biologiques étaient donc difficilement analysable par toute spectrométrie en général, qu'elle soit de diffu sion, réflexion ou transmission car lténergie dégagée au point de focalisation du faisceau laser était trop importante. Pour remédier à ces inconvénients BERSTEIN a proposé en 1971 de faire tourner l'échantillon dans le faisceau laser par exemple à laide d'un moteur tournant environ à deux mille tours/minute. Le faisceau est ainsi focalisé seulement sur une très faible surface de l'échantillon pendant un temps très court ce qui permet de mo5Tenne - - -diminuer la densité/d'énergie. Ce procédé dit 11à cellule tournante" a donné toute satisfaction et a permis l'analyse de substances, notamment biologiques, qui auraient été normalement dégradées. Le procédé à cellule tournante présente toutefois encore des inconvénients lorsque l'on désire réaliser des mesures par spectrométrie sans dégradation de la substance en travaillant à basse température, par exemple jusqu'à l'hélium liquide. En effet, il est dans ce cas technologiquement difficile et très onéreux de réaliser She cellule tournante réfrigérée à basse température. L'état de la technique connu actuellement ne permet pas de se servir de renseignements sur l'orientation de ltéchantillon pour étudier notamment les monocristaux orientés. De plus, les procédés connus nécessitent une quantité d'échantillons importante pour parvenir à la diminution recherchée de la densité d'énergie et réaliser ainsi des mesures sans dégradation. On sait que ceci est un inconvénient important dans le domaine des expériences biologiques au cours desquelles il est souvent difficile de recueillir la substance à analyser en quantité importante. Le dispositif d'irradiation laser utilisable en spectrométrie selon l'invention, constitué par un laser dont le faisceau est focalisé sur un échantillon, vise à palier ces inconvénients. Ce dispositif est caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens interposés entre le laser et l'échantillon, produisant un déplacement relatif du faisceau par rapport à l'échantillon de façon à produire une zone d'irradiation sensiblement linéaire de dimension nettement supérieure à la surface d'impact du laser. Un des premiers buts du dispositif selon l'invention est de permettre des mesures spectrométriques sur des échantillons normalement dégradables par le faisceau d'un laser fixe focalisé. dii - - - - - - - - - - - - - Un autre butFUlspositit selon l'invention qui travaille avec un chantillon fixe est de permettre son refroidissement et donc des mesures à haute ou basse température. La zone d'irradiation sur l'échantillon sensblement linéaire -permet notamment ltetude de cristaux orientés. L'invention sera bien comprise en se référant à la descrption suivante, illustrée par un mode d'exécution non limitatif, schématise aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 st une vue schématique du dispositif, - la figure 2 montre l'élément de fixation de l'échantillon dans le cas d'une pastille de produit solide, - la figure 3 montre l'élément de fixation d'un capillaire dans le cas d'un produit liquide, - la figure 4 schématise la possibilité de déplacer l'échantillon dans une direction privilégiée. La figure 1 montre une vue schématique du dispositif selon l'invention destiné à réaliser des mesures spectrométriques sur un échantillon 1. Cet échantillon qui sera placé sur un support adé quat pourra naturellement être monté sur tout dispositif de réglage permettant de maîtriser son orientation ou sa distance par rapport aux autres éléments du dispositif. Comme on le verra par la suite, le support utilisé pourra varier en fonction de la nature de ltéchantillon tel que poudre, liquide, gaz ou monocristal. La lentille 2 focalise le faisceau laser incident 3 sur lté- chantillon 1 après réflexion sur le miroir 4. La surface d'impact du faisceau focalisée sur l'échantillon est indiqué en s. Ainsi, si lrensemble des éléments décrits, échantillon, Faisceau laser, lentille et miroir sont fixes, la surface d'impact S du laser sur l'échantillon est extrêmement faible. Le miroir 4 utilisé sera traité pour permettre une réflexion maximum dans le visible et aura une faible dimension. Le miroir 4 est piloté ou monté sur tout dispositif permettant une oscillation telle qu'indiqué en 5 à la figure 1. A titre d'exemple, un cadre galvanométrique entoure le miroir et vibre à une Fré- quence donnée. L'amplitude des oscillations du miroir est avantageusement réglable par exemple à l'aide d'un dispositif électronique. Le miroir peut être naturellement remplace par tout moyen equivalent susceptible d'assurer la merle fonction, ctest-å-dire la production d'une zone d'irradiation sensiblement linéaire sur lté- chantillon. A titre d'exemple, on pourrait également utiliser tout moyen qui par réflexion ou réfraction parviendrait à ce résultat tel que prisme isolant ou lame réfléchissante et vibrante. Les oscillations du miroir permettent de produire sur tillon fixe 1 une zone d'irradiation S que lton choisira nettement supérieure à s pour diminuer la densité d'énergie et éviter la dégradation de l'échantillon. On déterminera la disposition du miroir 4 et la direction de ces oscillations pour obtenir sur une zone d'irradiation S sensiblement linéaire. L'angle de rotation du miroir au cours de ces oscillations déterminera la longueur de la surface S. La surface s se déplacera sur ltéchantillon dans la zone dtir- radiation S et ltéchantillon émettra un faisceau de radiation électromagnétique Ó qui sera collecté par un dispositif optique approprié 7 pour être dirigé ensuite vers la fente 8 d'un spectromètre. Dans un mode dlexécution préféré, le dispositif optique 7 est réglé de façon à conjuguer la surface S avec la fente d'entrée 8. On réglera les oscillations du miroir 4 pour que la longueur de la zone d'irradiation S soit au moins égale à celle de la fente 8 pour travailler à la sensibilité maximale. Dans cet ordre d'idée, il sera également nécessaire de choisir un miroir 4 de faibles dimensions pour qu'il permette d'une part la focalisation du laser en s mais qutil ne masque que très partiellement le faisceau de radiation émis 6. Pour éviter une perte de sensibilité de la mesure due à la présence du miroir, on pourra de toute façon augmenter la puissance du laser utilisé. La zone d'irradiation S qui est linéaire constitue ainsi une tache orientée sur un échantillon t qui est également orientable. L'échantillon peut être placé sur un support adéquat qui peut être piloté par un dispositif de réglage permettant de faire passer le service S d'une zone de l'échantillon à une autre zone, en utilisant l'échantillon selon une loi choisie et adaptée au phénomène choisi. Un tel dispositif de réglage maîtrisera donc les différents paramètre du déplacement de l'échantillon par exemple dans différentes directions privilégiées. L'echantillon peut se présenter sous différentes formes telles qu'une pastille (cas des poudres), un tube cylindrique ou capillaire, un monocristal ou une surface quelconque présentant des renseignements exploitables par spectroscopie. Dans le cas dtune pastille obtenue par compression du produit, cette pastille 9 est emprisonnée dans un support 10 au moyen d'une bague de fixation 11 vissée sur le support 10. Une lumière 12 permet l'irradiation de l'échantillon par le faisceau laser et sa dimension est compatible avec la zone dtirradiation S (figure 23. A la figure 3, et ceci dans le cas d'un produit disposé dans un tube cylindrique ou capillaire, le tube 13 est disposé dans un vide dont la forme particulière permettra l'utilisation ultérieure dans un four ou dans un cryostat. Le guide présente une lumière 14 permettant l'irradiation de ltéchantillon sur une zone S. Dans le cas d'un monocristal, ce dernier est posé sur un plateau circulaire en cuivre ou collé à ce plateau. Dans le cas d'une surface, l'accessoire schématisé à la figure 4. permet l'irradiation des différentes zones d'intérêt 15 et 16. Dans le cas de l'étudie d'ureplaque de chromatographie sur gel de silice, un dispositif de positionnement horizontal ou vertical de la plaque permet de centrer la zone d'irradiation S du faisceau sur la zone dtintérêt. On peut ainsi caractériser des produits séparés par chromatographie sans nécessiter de mise en solution. Dans le cas d'enregistrement de spectres à basse température les porte échantillons sont utilisables par adaptation à un cryos tat existant jusqu'à la température de l'hélium liquide du fait qutil se trouve à l'extérieur du cryostat. Les supports décrits ont été réalisés en cuivre dans le but de favoriser la conduction. Dans le cas d-lenregistrement de spectres à haute température, les porte échantillons seront adaptés sur des fours déjà utilisés à cet effet. Le présent dispositif s'applique à toute mesure spectrométrique qu'elle soit de diffusion, de réflexion ou d'absorption ou de transmission d'une radiation électromagnétique dès lors que l'on désire éviter la dégradation de l'échantillon par irradiation, effectuer des stades en température ou sur des échantillons orientés. REVENDICATIONS 1) Dispositif d'irradiation laser utilisable en spectrométrie d'un échantillon par diffusion, réflexion ou transmission d'irradiation électromagnétique constitué par un laser dont le faisceau est focalisé sur un échantillon, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens interposés entre le laser et l'échantillon, produisant un déplacement relatif du faisceau par rapport a l'échantillon de façon à produire une zone d'irradiation sensiblement linéaire de dimension nettement supérieure à la surface d'impact du laser. 2) Dispositif d'irradiation laser utilisable en spectrométrie selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les dits moyens sont constitués par une surface autorisant la réflexion du faisceau laser sur l'échantillon. 3) Dispositif d'irradiation laser utilisable en spectrométrie selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les dits moyens snnt constitués par une surface plane animée d'un mouvement d'oscillation. 4) Dispositif d'irradiation laser utilisable en spectrométrie selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la position de l'échantillon n'est pas réglable. 5) Dispositif d'irradiation laser utilisable en spectrométrie selon 1 'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il présente des moyens de réglage permettant de maîtriser l'orientation ou la distance de l'échantillon par rapport aux dits moyens interposés. 6) Dispositif d'irradiation laser utilisable en spectrométrie selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la surface réfléchissante est de petites dimensions par rapport au faisceau de radiation électromagnétique irradié par l'échantillon. 7) Dispositif d'irradiation laser utilisable en spectrométrie selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un spectromètre présentant une fente d'entrée, caractérisé par le fait qutil présente des moyens pour conjuguer la zone d'irradiation de l'échantillon avec la fente du spectromètre. 8) Dispositif d'irradiation laser utilisable en spectrométrie selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'échantillon est disposé dans un support présentant une lumière d'accès à la zone d'irradiation. 9) Dispositif d'irradiation laser utilisable en spectrométrie selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les échantillons sont disposés dans des supports en matériau bon condUcteur de la chaleur.