Brevet FR2472185A1 — publié le 19810626

L'invention concerne un spectromètre d'absorption atomique comportant une chambre à échantillon traversée par un faisceau de mesure et dans laquelle est prévu un dispositif d'atomisation qui est, au choix, une cuvette de mesure dans laquelle on décom- pose des hydrures d'un constituant recherché de l'échantillon, formés à partir de l'échantillon par des réactions chimiques, ou bien un brûleur ou bien une cuvette à tube de graphite. Un spectromètre d'absorption atomique sert à déterminer la concentration d'un élément recherché dans un échantillon. A cet effet, au moyen d'un dispositif d'atomisation, on engendre un "nuage atomique", dans lequel les constituants de l'échantil- lon sont présents à l'état atomique. On fait passer à travers ce nuage atomique un faisceau de mesure, dont le spectre concor- de avec le spectre d'absorption de l'élément recherché et on mesure l'absorption que subit ce faisceau de mesure dans le nuage atomique. Celle-ci est une mesure de la concentration de l'élément recherché dans l'échantillon. A ces effets, on connaît différents dispositifs d'atomisation, c'est-à-dire des disposi- tifs qui convertissent l'échantillon à l'état atomique. Un dispositif d'atomisation de ce genre est un brûleur, dans lequel on nébulise le liquide d'échantillon, au moyen d'un nébuliseur, dans le mélange de gaz combustible et d'air. Les constituants du liquide d'échantillon se décomposent alors dans la flamme, de sorte que les éléments sont présents dans la flamme sous forme atomique. Une autre méthode de spectroscopie d'absorption atomique est la "spectroscopie d'absorption atomique sans flamme". Un exemple de dispositif d'atomisation pour la spectroscopie d'ab- sorption atomique sans flamme est la cuvette à tube de graphite. Une telle cuvette contient un tube de graphite maintenu entre deux électrodes annulaires refroidies. On amène un échantillon liquide dans le tube de graphite par une ouverture latérale d'introduc- tion d'échantillon. On fait passer alors par l'électrode un cou- rant électrique intense à travers le tube de graphite, de sorte que celuici est chauffé à de hautes températures. On effectue en différentes étapes un séchage de l'échantillon, une incinéra- tion dans laquelle il se produit une décomposition chimique de 2 2472 1 85 la substance d'échantillon et enfin une atomisation, le nuage atomique se constituant à l'intérieur du tube de graphite. Le faisceau de mesure passe en direction longitudinale à travers le tube de graphite et les électrodes annulaires. Pour éviter la combustion du tube de graphite, celui-ci est baigné par un cou- rant de gaz protecteur. Un exemple de cuvette à tube de graphite de ce genre est décrit dans le DE-B-N0 2 710 864. On connaît encore d'autres appareils de spectroscopie d'absorption atomique sans flamme, dans lesquels on effectue une atomisation en faisant passer un courant électrique à travers un corps creux contenant l'échantillon, de sorte qu'il se cons- titue dans ce corps creux un nuage atomique à travers lequel passe le faisceau de mesure. Les dispositifs d'atomisation de ce genre sont inclus -aussi dans la désignation "cuvette à tube de graphite", employée ici. Enfin, il est connu de rendre accessibles à une mesure d'absorption atomique des éléments formateurs d'hydrures, contenus dans l'échantillon, en formant un hydrure volatil de l'élément recherché au moyen de réactifs appropriés que l'on ajoute au li- quide d'échantillon et en chassant de l'échantillon cet hydrure. Cet hydrure volatil est transporté par un courant de gaz protec- teur et amené dans une cuvette de mesure chauffée o l'hydrure se décompose. Par suite, dans la cuvette de mesure, l'élément re- cherché est également présent sous forme de nuage atomique, tra- versé par le faisceau de mesure. Des exemples de dispositifs de ce genre, pour la formation d'hydrures, sont décrits dans le brevet DE-C-N0 2 627 255 et les DE-A-N0 2 718 381, 2 735 524 ou 2 748 685. Le spectromètre d'absorption atomique comporte une chambre d'échantillon traversée par le faisceau de mesure et dans laquelle peut être inséré le dispositif d'atomisation utilisé-dans le cas d'espèce. Il est nécessaire, ou en tous cas désirable, d'utiliser pour différents éléments des dispositifs d'atomisation différents, chaque fois adaptés aux propriétés de l'élément recherché. Un 2472 185 dispositif de formation d'hydrures ne convient qu'aux éléments qui forment des hydrures volatils ou aux éléments qui peuvent eux-mêmes, comme c'est le cas du mercure, être chassés de l'é- chantillon par un réactif. Dans certaines conditions, une cu- vette à tube de graphite convient moins bien à des échantillons qui contiennent une forte proportion de constituants de matrice gênants. Dans d'autres cas, une flamme est avantageuse. Dans les spectromètres d'absorption atomique connus, on installe sé- parément dans la chambre à échantillon du spectromètre le dis- positif d'atomisation utilisé dans chaque cas. Le passage d'une sorte de dispositif d'atomisation à une autre est ainsi un pro- cessus compliqué. Il faut installer et ajuster le dispositif d'atomisation. Il faut installer des raccordements pour l'amenée du courant, du liquide de refroidissement et du gaz protecteur. 1s Par suite, les temps de conversion sont relativement longs lors- qu'on doit examiner des échantillons par différentes techniques. On peut faire des erreurs d'installation. Les dispositifs qui, dans chaque cas, ne sont pas utilisés, doivent être conservés à l'état protégé. L'invention a pour but de fournir un spectromètre d'ab- sorption atomique qui permette, sans conversion coûteuse, d'a- tomiser l'échantillon selon différentes techniques. Selon l'invention, ce problème est résolu grâce aux points suivants: a) au moins deux des dispositifs d'atomisation susdits, cuvette de mesure d'hydrure, brûleur ou cuvette à tube de graphite, sont réunis en un groupe installé de façon fixe dans la chambre à échantillon, et b) le faisceau de mesure peut être amené au choix à traverser un dispositif d'atomisation qui se trouve momentanément en ser- vice. D'autres particularités de l'invention sont expliquées plus précisément ci-après, à propos de quelques exemples d'exé- cution représentés par les dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 montre schématiquement la chambre à échantillon d'un spectromètre d'absorption atomique, dans laquelle diffé- rents dispositifs d'atomisation sont installés de façon fixe, à la suite l'un de l'autre, dans le trajet optique du faisceau de mesure; la figure 2 est une vue correspondante dans la direction du faisceau de mesure; la figure 3 montre une chambre à échantillon de spectromètre d'absorption atomique munie d'un groupe qui permet de réaliser différentes techniques d'atomisation; la figure 4 est une vue en coupe dans la direction du faisceau de mesure; la figure 5 est une vue en plan de la chambre à échantillon d'un spectromètre d'absorption atomique comportant différents dispo- sitifs d'atomisation installés de façon fixe sur un coulisseau et pouvant être amenés au choix dans le trajet optique du fais- ceau de mesure, et la figure 6 est une vue en plan de la chambre à échantillon d'un spectromètre d'absorption atomique comportant des dispositifs d'atomisation installés côte à côte de façon fixe, le faisceau de mesure étant amené au choix, par des miroirs, à traverser l'un ou l'autre de ces dispositifs d'atomisation. Dans le mode d'exécution de la figure 1, un spectromètre d'absorption atomique 10 présente une chambre à échantillon 12 traversée par un faisceau de mesure 14. Dans la chambre à échan- tillon 12 sont disposées, à la suite l'une de-l'autre dans le trajet optique du faisceau de mesure 14, une cuvette à tube de graphite 16 munie d'un tube de graphite 18, la zone de flamme 20 d'un brûleur 22 et une cellule de mesure d'hydrure 24. Dans ce mode d'exécution, pour choisir la technique d'atomisation, on met simplement en service le dispositif d'atomisation corres- pondant, tandis que le faisceau de mesure 14 peut passer, sans être influencé, à travers les autres dispositifs d'atomisation. Dans le mode d'exécution des figures 3 et 4, le tube de gra- phite 26 d'une cuvette à tube de graphite disposée dans le tra- jet optique 14 du faisceau de mesure est relié, d'une part, à une ouverture à échantillon 28 destinée à l'introduction d'un échantillon liquide ou solide à atomiser et, d'autre part, à un raccordement 30, qui est relié, par un tuyau d'échappement 24t2185 de gaz protecteur 32, à un dispositif indiqué schématiquement en 34, dans lequel des hydrures volatils d'un constituant re- cherché de l'échantillon peuvent être engendrés par addition de réactif à un échantillon. Ce dispositif peut être conçu à la façon de l'un des imprimés cités plus haut, par exemple du DE-A-N0 2 748 685. Cette partie du tube de graphite 26 est chauffée de façon usuelle par un bloc d'alimentation 36, qui y fait passer un courant électrique. De cette manière, le tube de graphite 26 est utilisé simultanément comme cuvette de mesure d'hydrure, dans laquelle les hydrures volatils se décomposent. Dans l'exemple d'exécution représenté, le tube de graphite 26 présente une fente 38 partant d'une extrémité (celle de droi- te sur la figure 3) et parcourant une partie de sa longueur, dans un plan vertical. Un brûleur 40 est disposé en dessous de cette fente 38 de sorte que la flamme 42 arrive, à travers la fente 38, dans le faisceau de mesure 14 situé dans la direction longitudinale du tube de graphite 26. Dans le mélange de combus- tible et d'air qui est amené au brûleur 40, on nébulise de la matière d'échantillon au moyen d'un nébuliseur 44. L'ouverture 28 destinée à l'introduction des échantillons et le raccorde- ment 30 destiné aux hydrures sont prévus dans la partie non fendue du tube de graphite 26. On fait passer le courant de chauffage à travers cette partie non fendue du tube de graphite 36. Dans les exemples d'exécution des figures 5 et 6, au moins deux dispositifs d'atomisation différents (dans l'exemple, trois dispositifs d'atomisation) sont placés côte à côte, quant à leur direction d'irradiation, dans la chambre à échantillon 12. Des moyens sont prévus pour faire passer le faisceau de mesure 14 à travers chacun des dispositifs d'atomisation, Les direc- tions d'irradiation des dispositifs d'atomisation sont paral- lèles à l'axe du faisceau de mesure 14, a son entrée dans la chambre à échantillon 12. Dans le mode d'exécution de la figure 5, les dispositifs d'atomisation, à savoir un brûleur 46, une cuvette de mesure d'hydrure 48 et une cuvette à tube de graphite 50 sont dispo- sés côte à côte sur un coulisseau 52 pouvant coulisser trans- 6 2472185 versalement à l'axe du faisceau dé mesure 14, de sorte que l'on peut, à volonté, amener l'un ou l'autre des dispositifs d'ato- misation 46, 48, 50 dans le trajet optique du faisceau de me- sure 14. Dans le mode d'exécution de la figure 6, un premier dis- positif d'atomisation, à savoir un brûleur -54, est prévu dans le trajet optique du faisceau de mesure 14, qui traverse direc- tement la chambre à échantillon 12. Dans ce trajet optique peu- vent être interposés par pivotement, devant et derrière le pre- mier dispositif d'atomisation 54, des miroirs respectifs 56, 58 qui dévient de 90 O le trajet optique dans un plan horizon- tal. Dans le trajet optique 60 dévié avant le premier disposi- tif d'atomisation 54 est prévu un miroir 62 qui dévie à nouveau de 90 le trajet optique 60, comme indiqué en 64 et le fait passer à travers un deuxième dispositif d'atomisation 66 qui est une cuvette de mesure d'hydrure. Après le deuxième dispositif d'atomisation 66 est prévu un autre miroir 68, qui dévie le faisceau de mesure 64 traversant le deuxième dispositif d'ato- misation 66 en l'envoyant sur le miroir 58 situé après le-premier dispositif d'atomisation 54 et ensuite, dans la direction du trajet optique non dévié 70. Les miroirs 62 et 68 disposés avant et après le deuxième dispositif d'atomisation 66 peuvent être retirés, par pivote- ment, du trajet optique dévié 60, 64. Dans le trajet optique non dévié 60, libéré après écartement du miroir 62, est disposé un autre miroir 72 qui dévie également de 90 O le trajet optique , dans le plan horizontal, et le fait passer à travers un troi- sième dispositif d'atomisation 74, à savoir une cuvette à tube de graphite. Après le troisième dispositif d'atomisation 74 est prévu un autre miroir 76 qui dévie le faisceau de mesure 78 traversant le troisième dispositif d'atomisation 74, en évitant le miroir 68 écarté par pivotement, prévu après le deuxième dispositif d'atomisation 66, en l'envoyant sur le miroir 58 dis- posé après le premier dispositif d'atomisation 54 et, par ce miroir, également dans la direction du trajet optique non dévié 70. -R E V E N D I C A T I 0NS - 1. Spectromètre d'absorption atomique comportant une chambre à échantillon traversée par un faisceau de mesure et dans la- quelle est prévu un dispositif d'atomisation qui est, au choix, une cuvette de mesure dans laquelle on décompose des hydrures d'un constituant recherché de l'échantillon, formés à partir de l'échantillon par des réactions chimiques, ou bien un brûleur ou bien une cuvette à tube de graphite, spectromètre caractérisé par les points suivants: a) au moins deux des dispositifs d'atomisation susdits, cuvette de mesure d'hydrure, brûleur ou cuvette à tube de graphite, sont réunis en un groupe installé de façon fixe dans la chambre à échantillon (12), et b) le faisceau de mesure (14) peut être amené au choix à traver- ser un dispositif d'atomisation qui se trouve momentanément en service. 2. Spectromètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube de graphite (18), la zone de flamme (20) du brûleur (22) et la cuvette de mesure d'hydrure (24) sont dispo- sés à la suite l'un de l'autre dans le trajet optique du faisceau de mesure (14) (figure 2). 3. Spectromètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube de graphite (26) d'une cuvette à tube de gra- phite disposée dans le trajet optique du faisceau de mesure (14) présente, d'une part, une ouverture à échantillon (28) pour l'introduction d'un échantillon liquide ou solide à atomiser et, d'autre part, un raccordement (30) relié à un dispositif (34) dans lequel, en ajoutant du réactif à un échantillon, on peut engendrer des hydrures volatils d'un constituant recherché de l'échantillon, que l'on introduit au moyen d'un courant de gaz protecteur dans le tube de graphite (26) en passant par le rac- cordement (30), de sorte que le tube de graphite (26) sert en même temps de cuvette de mesure d'hydrure. 4. Spectromètre selon la revendication 3, caractérisé par les points suivants: a) le tube de graphite (26) présente une fente (38) partant d'une extrémité et parcourant une partie de sa longueur dans un plan vertical, b) le brûleur (40) est disposé en dessous de cette fente (38), de sorte que la flamme (42) passe à travers la fente (38) et arrive dans le faisceau de mesure (14) situé dans la direction longitudinale du tube de graphite (26), c) l'ouverture (28) servant à l'introduction des échantillons et le raccordement (30) destiné aux hydrures sont prévus dans la partie non fendue du tube de graphite (26), et d) on peut faire passer un courant de chauffage à travers la partie non fendue du tube de graphite (26) (figure 3). 5. Spectromètre selon la revendication 1, caractérisé par les points suivants: a) au moins deux dispositifs d'atomisation différents (46, 48, , 54, 66, 74) sont disposés dans la chambre à échantillon (12), côte à côte quant à leur direction d'irradiation, et b) des moyens (52, 56, 62, 72, 58, 68, 76) sont prévus pour faire passer le faisceau de mesure à travers chacun des dispositifs d'atomisation. 6. Spectromètre selon la revendication 5, caractérisé en ce que les directions d'irradiation des dispositifs d'atomisation sont parallèles à l'axe du faisceau de mesure (14) à son entrée dans la chambre à échantillon (12). 7. Spectromètre selon l'une quelconque des revendications et 6, caractérisé en ce que les dispositifs d'atomisation (46, 48, 50) sont disposés sur un coulisseau (52) pouvant cou- lisser transversalement à l'axe du faisceau de mesure (14), de sorte que l'on peut amener au choix chacun d'eux dans le trajet optique du faisceau de mesure. 8. Spectromètre selon la revendication 6, caractérisé par les points suivants: a) un premier dispositif d'atomisation (54) est prévu dans le trajet optique du faisceau de mesure (14) qui traverse directe- ment la chambre à échantillon (12), b) dans ce trajet optique peuvent être interposés par pivote- ment, avant et après le premier dispositif d'atomisation (54), des miroirs (56, 58) qui dévient le trajet optique, 24?2185 c) dans le trajet optique (60) dévié avant le premier dispo- sitif d'atomisation (54) est prévu un miroir (62) qui fait pas- ser le trajet optique dévié (60) à travers un deuxième dispo- sitif d'atomisation (66), et d) après le deuxième dispositif d'atomisation (66) est prévu un autre miroir (68) qui dévie le faisceau de mesure (64) pas- sant par le deuxième dispositif d'atomisation (66) en l'envo- yant sur le miroir (58) disposé après le premier dispositif d'atomisation (54) et, par ce miroir, dans la direction du trajet optique non dévié (70). 9. Spectromètre selon la revendication 8, caractérisé par les points suivants: e) les miroirs (62, 68) disposés avant et après le deuxième dispositif d'atomisation (66) peuvent être retirés par pivote- ment du trajet optique dévié (60, 64), f) dans le trajet optique non dévié (60), libéré après écarte- ment du miroir (62), est disposé un autre miroir (72) qui fait passer le trajet optique dévié (60) à travers un troisième dis- positif d'atomisation (74), et g) après le troisième dispositif d'atomisation (74) est prévu un autre miroir (76) qui dévie le faisceau de mesure (78) tra- versant le troisième dispositif d'atomisation (74), en évitant le miroir (68) prévu après le deuxième dispositif d'atomisation (66) et en l'amenant sur le miroir (58) disposé après le pre- mier dispositif d'atomisation (54) et, par ce miroir, également dans la direction du trajet optique non dévié (70).