Brevet FR2406192A1 — publié le 19790511

La présente invention concerne une source d'excitation par étincelles de spectomètre d'émission permettant l'analyse chimique. La source d'excitation selon l'invention s'applique à un spectre tre d'émission à lecture directe effectuant l'interprétation spectrale par des moyens électroniques et elle est adaptée à 11 analyse d'échantillons méliques massifs. Un spectometre d'émission comporte une source d'excitation de la matière à analyser. L'excitation vaporise la matière à analyser et excite d'autre part les atomes ou les ions résultant de cette vaporisation. L'énergie d'excitation provient souvent de l'énergie cinétique de particules chargées électriquement qui entrent en contact avec les atomes à exciter. L'excitation provoque un rayonnement dont le spectre est caractéristique des atomes excités. Si l'excita- tion est grande, des ions chargés électriquement sont engendrés et ils émettent chacun un rayonnement dont le spectre est caractéristique et diffère de celui de l'atome correspondant. Les spectres d'ions sont appelés spectres d'étincelles car les sources d'étincelles permettent de les obtenir. Dans une source dtétincelles, ltéchantillon à analyser constitue ure deys deux électrodes, l'autre électrode étant une baguette positionnée à pui- mité de cet échantillon. Des décharges électriques sont envoyées entre les électrodes. Elles sont effectuées en séide et la durée de chaque décharge est très brève. La création des raies d'ions à énergies élevées est favorisée par des étincelles à grandes énergies. Les caractéristiques sont généralement choisies en fonction de l'analyse à réaliser. Des indications sur les sources d'excitation à étincelles sont données par exemple dans l'article consacré aux "sources d'excitation" et inséré dans le traité "Mesures et Analyse" des "Techniques de l'ingénieur". Pour l'analyse des métaux, les étincelles sont produites dans une atmosphère d'argon. Le rayonnement émis entre les électrodes est envoyé vers un système dispersif qui est généralement constitué par un réseau. Le spectre de raies émis à la sortie du système dispersif est analysé par des moyens électroniques. Des capteurs - type photomultiplicateurs - redoivent les flux lumineux des raies à étudier. L'énergie lumineuse de chaque raie est intégrée pendant un certain temps comme le ferait une émulsion photographique. Des précisions sur cette méthode d'analyse sont par exemple données dans l'article intitulé "Méthodes d'analyse quantitative" du Traité "Mesures et Analyse" qui a été mentionné précédemment. Le traitement des signaux des capteurs est réalisé par un ensemble électronique qui commande par ailleurs les divers paramètres de l'analyse et la source d'excitation. Pour l'analyse des matériaux métalliques, certains facteurs liés à l'échantillon, ont de l'importance. Ces facteurs proviennent de l'historique mé gallique de l'échantillon (vitesse de refroidissement variabLe) ou des effets de structure liés i la nature de l'alliage (joints de grain, carbone non en so lvtioa, etc...). On a cherché i staffranchir de ces facteurs métallurgiques de manière à btenir des courbes de dosages uniques ou en moins grand nombre pour de breuses familles d'alliages mais aussi pour simplifier le choix des conditions d'excitation et pour améliorer la reproductibilité des analyses. Pour obtenir ce résultat, on a réalisé en deux phases l'excitation par étincelles se produisant entre l'échantillon et l'électrode. La première phase crée, sous atmosphère d'argon, une fusion très localisée de la surface de l'échantillon qui affecte quelques microns d'épaisseur. Cette fusion est obtenue par une série de décharges prenant le temps nécessaire à la refusion. Chacune de ces décharges est une décharge de forte énergie. La deuxième phase permet l'analyse et se fait par étincellage de la surface refondue à l'aide d'une série de décharges appropriées au type de dosage. La source d'excitation est alors munie d'un système permettant de modifier, à la fin de la première phase, les paramètres électriques du circuit électrique produisant les décharges. Cette excitation en deux phases entraine une variation à long terme des résultats et conduit à des erreurs. La présente invention a pour objet une source d'excitation par étincelles permettant une phase préalable de fusion et ne présentant pas l'inconvénient précité. La reproductibilité des mesures est bonne. Par ailleurs, les phases de préfusion et d'analyse étant dissociées, l'électrode d'analyse ne subit pas les conditions difficiles de préfusion et garde ses caractéristiques. Les baguettesélectrodes s'usent moins que dans les sources connues permettant la préfusion et elles s'encrassent moins. Les taillages, nettoyages, réglages qui étaient habituellement et fréquemment nécessaires pewent être espacés dans le temps. Par ailleurs les électrodes se refroidissent plus facilement que dans les sources connues permettant la préfusion. La source d'excitation par étincelles conforme à l'invention est destinée à un spectromètre d'émission permettant l'analyse chimique d'un échantillon et elle comporte d'une part une électrode montée sur un porte-électrode et positionnée en face de l'échantillon, d'autre part un générateur de décharges électriques relié à l'électrode et à l'échantillon de manière à produire des étincelles entre ladite électrode et ledit échantillon et elle est caractérisée par le fait qu'elle comporte : une seconde électrode montée sur un porte-électrode et disposée de manière que les axes de ces deux électrodes soient sensiblement concourants en un point de la surface de ltéchantillon ; des organes moteurs de déplacement des porte-électrodes aptes à déplacer chacune des électrodes selon son axe entre une position telle que la pointe de ladite électrode soit proche de l'échantillon et une position telle que ladite pointe soit éloignée de l'échan- tillon ; des moyens de commande des organes moteurs de manière que 1 orsqu'un porte-électrode est proche de l'échantillon, l'autre porte-électrode soit éloigné. L'invention va maintenant être décrite avec plus de détails en se référant à un mode de réalisation donné à titre d'exemple et représenté par les dessins annexés. La figure 1 représente l'ensemble porte-électrodes, encore appelé statif, de la source d'excitation conforme à l'invention. La figure 2 montre le statif représenté en détail sur la figure 1 et l'ensemble de commande qui lui est associé. Le porte-électrodes ou statif, représenté sur la figure l,main- tient les électrodes de la source d'excitation par rapport à l'axe optique 1 du spectromètre dont la conception est connue. Le rayonnement issu du statif passe au travers d'une lentille de concentration 2 placée en amont du système dispersif. L'une des électrodes est constituée par l'échantillon 3 à analyser. Cet échantillon est un échantillon métallique massif et il est doté d'une face plane 31.Cet échantillon est appuyé contre un plateau 4 qui est réalisé en métal conducteur et est relié électriquement au générateur de décharges électriques. L'application de la face plane 31 de l'échantillon contre la face extérieure plane 41 du plateau 4 est assurée par un presse-échantillon 5. Le plateau 41 est muni d'une ouverture 42 obturée par l'échantillon et il est monté sur une platine 6. Cette platine est fixée sur le corps du spectromètre et elle est réalisée en matériau isolant. La platine supporte deux porte-électrodes 7 et 8 supportant respectivement deux baguettes-électrodes 9 et 10. Chaque baguette d'électrode est positionnée de manière que sa pointe soit dirigée vers l'ouverture du plateau et vers l'échantillon. Les axes des baguettes-électrodes sont sensiblement concourants en un point situé à proximité de la surface 31 de l'échantillon. L'axe de la baguette 9 est perpendiculaire à la surface plane 31 de l'échantillon, l'axe de la baguette 10 faisant un angle aigu avec cette surface. Un canal 61 est ménagé dans la platine pour permettre le passage du rayonnement émis entre les électrodes. Un flux de gaz tel que l'argon est amené par un conduit 62, circule dans le conduit 61, sort ensuite par un conduit 63. Chaque baguette d'électrode 9 et 10 est mobile rectilignesent selon son axe par rapport à la surface 31. A cet effet les porte-électrodes 7 et 8 sont respectivement accouplés à des organes moteurs 11 et 12. Ces organes mo teurs sont des vérins dont les corps sont fixés sur la platine. Ils déplacent alternativement chacune des baguettes 9 et 10 entre une position telle que la pointe de ladite électrode soit proche de la surface 31 de l'échantillon et une position telle que ladite pointe soit éloignée de l'échantillon. Des butées fixes 171 et 181 déterminent respectivement les positions avancées des porte-électrodes 7 et 8. Ces butées 171 et 181 coopèrent respectivement avec des portées 71 et 81 ménagées respecttrement sur les porte-électrodes 7 et 8.Les butées fixes 171 et 181 sont des alésages dans lesquels coulissent les porte4tectrodes. Ces alésages ont des formes coniques adaptées aux formes coniques des portées des porte-électrodes. Les baguettes-électrodes 9 et 10 sont alternativement connectées au générateur de décharges électriques qui est repéré par la référence 15 sur la figure 2. La connexion de chaque baguette intervient lorsque celle-ci est en position avancée, la position en retrait correspondant à la non-connexion. A cet effet chaque porte-électrode 7 ou 8 est réalisé en métal conducteur de l'électri- cité. Les portées 171 et 181 sont réalisées respectivement dans deux pièces 17 et 18 conductrices de l'électricité. Ces deux pièces sont électriquement connectées l'une à l'autre par un conducteur 16. L'une de ces pièces est connectée par un fil conducteurl9 au générateur 15, un fil conducteur 20 reliant par ailleurs ledit générateur au plateau conducteur 4 qui est en contact avec l'échantillon. Chaque porte-électrode 7 ou 8 est accouplé à la tige du vérin associé 11 ou 12 par l'intermédiaire, respectivement d'un bloc 13 ou 14, réalisé en un matériau isolant de l'électricité. Ainsi chaque porte-électrode 7 ou 8, lorsqu'il est en fin de course, vers l'échantillon, est en contact avec une borne du générateur de décharges par l'intermédiaire de la pièce 17 ou 18, le contact étant rompu dès que ledit porte-électrode recule par rapport à cette position de fin de course proche de l'échantillon. L'ensemble porte-électrodes représenté sur la figure 1 est associé à des moyens de commande qui commandent les vérins de manière qu'un recul d'un porte-électrode par rapport à l'échantillon corresponde à une avance de l'autre porte-électrode et que lorsqu'un des porte-électrodes est en fin de course avant, c'est-à-dire proche de l'échantillon, l'autre porte-électrode soit en fin de course arrière c'est-à-dire éloigné de cet échantillon. Ainsi il nty a en permanence qu'une seule pointe de baguette-électrode à proximité de l'échantillon. A chaque baguettfrélectrode en position de travail correspond un réglage du générateur de décharges électriques qui est relié à ladite baguette. Les deux baguettes-électrodes 9 et 10 sont alimentées par des décharges de caractéristiques différentes. Ainsi par exemple la baguette 10 conduit les décharges de forte puissance nécessaires à la préfusion locale de 11 échantillon. La baguette 9 conduira alors les décharges de plus faible puissance qui produiront les étincelles de la phase analyse. Les moyens de commande sont donc étudiées pour commander les organes et le générateur de décharges électriques de manière à changer les caractéristiques des décharges produites par le générateur lors de chaque avance d'un porte-électrode et du recul correspondant de l'autre porteélectrode. Les moyens de commande sont représentés à titre d'exemple sur la figure 2. L'alimentation en fluide moteur des vérins est contrôlée par des distributeurs 21 et 22. Les vérins étant à double effet, l'alimentation est telle que les chambres sous pression sont la chambre coté tige de l'un des vérins et la chambre côté fond de l'autre vérin. Le générateur de décharges 15 est connu et il est donc représenté de manière simplifiée sur la figure 2. Il comprend une matrice de distribution à diodes 151 recevant par les lignes 24 à 27 les signaux de l'ordinateur également connu. Cette matrice commande des relais 153. Ces relais manoeuvrent des contacts mettant en oeuvre un plus ou moins grand nombre de composants électriques (résistances, condensateurgsetE3 du circuit connu 152 fournissant les décharges électriques au statif par les conducteurs 19 et 20. Le relais inverseur 23 de commande des distributeurs 21 et 22 est alimenté par une ligne connectée par diodes à un certain nombre de lignes 24 å 27 venant de l'ordinateur. Ainsi, lorsque l'ordinateur envoie des signaux dans certaines lignes,25 et 27 par exemple, le relais 23 est manoeuvré, l'un des porte-électrodes avance et l'autre recule et un certain nombre de relais 153 sont manoeuvrés de manière que les caractéristiques des décharges fournies par le circuit 152 soient changées. I1 est bien entendu que l'on peut sans sortir du cadre de l'invention imaginer des variantes et perfectionnements de détails de même qu'envisager l'emploi de moyens équivalents. REVENDICATIONS 1 / Source d'excitation par étincelles de spectrométre d'émission destiné à l'analyse chimique d'échantillon comportant, d'une part une électrode montée sur un porte-électrode et positionnée en face de l'échantillon, d'autre part un générateur de décharges électriques relié à l'électrode et à l'échantillon de manière à produire des étincelles entre ladite électrode et ledit échantillon, caractérisée par le fait qu'elle comporte : une seconde électrode montée sur un porte,électrode et disposée de manière que les axes de ces deux électrodes soient sensiblement concourants en un point de la surface de l'échantillon ; des organes moteurs de déplacement des porte-électrodes aptes à déplacer chacune des électrodes selon son axe entre une position telle que la pointe de ladite électrode soit proche de l'échan- tilbn et une position telle que ladite pointe soit éloignée de l'échantillon ; des moyens de commande des organes moteurs de manière que 1 orsqutun porte-électrode est proche de l'échantillon l'autre porte,électrode soit éloigné. 20/ Source d'excitation par étincelles de spectrométre d'émission selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les moyens de commande des organes moteurs commandent simultanément les déplacements des porte-électrodes et le générateur de décharges électriques de manière à changer les caractéristiques des décharges produites par ledit générateur. 30/ Source d'excitation par étincelles de spectrométre d'émission selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle chaque porte-électrode est réalisé en métal conducteur de l'électricité, caractérisée par le fait qutelle comporte des moyens d'isolation électrique entre chaque porte-électrode et ltorgane moteur associé. 40/ Source d'excitation par étincelles de spectrométre d'émission selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée par le fait qu'elle comporte au moins une pièce conductrice de ltélectricité reliée électriquement au générateur de décharges telle que chaque porte-électrode soit en contact avec ladite pièce lorsque ledit porte-électrode est avancé vers l'échantillon , le contact étant rompu lorsque ledit porte-électrode est éloigné de l'échantillon. 50/ Source d'excitation par étincelles de spectrométre d'émission selon la revendication 4 caractérisée par le fait que la pièce conductrice est dotée d'au moins un alésage formant une portée conique et permettant le passage d'un porte-électrode lequel est doté d'une portée conique susceptible d'entrer en contact avec ladite portée conique de ladite pièce conductrice.