Brevet FR2556093A1 — publié le 19850607

La présente invention est relative à un procédé et à un dispositif pour l'analyse de plusieurs éléments, permettant le choix de raies spectrales ou de bandes dans un spectre global aussi bien pour l'analyse spectrale d'émission que pour l'analyse d'absorption d'atomes à plusieurs canaux ou la spectrophotométrie. Les appareils conçus pour l'analyse (d'émission) de plusieurs éléments sont constitués par un dispositif assurant l'excitation thermique ou non thermique des élé- ments chimiques contenus dans l'échantillon à analyser et comprenant une source de rayonnement ou d'excitation, un système optique de formation d'image, un système opti- que de dispersion, un système optique assurant la sélec- tion des raies duspectre, des récepteurs photoélectriques et un dispositif électronique de détection. La transmis- sion de la lumière sélectionnée aux récepteurs est assurée par des éléments tels que des prismes, des miroirs et des fibres conductrices de la lumière. L'inconvénient des dispositifs connus consiste en ce qu'ils obligent soit à disposer dans un appareil spécial autant de récepteurs qu'il y a d'éléments dans tous les échantillons à analyser, soit, avec des moyens optiques montés d'une manière rigide, à ne choisir, dans le grand nombre desraies du spectre possibles, que celles qui se rapportent à une qualité d'échantillon déterminée. Dans le premier cas, il faut un grand nombre de récepteurs et de canaux de détection électroniques, alors qu'ils ne sont pas utilisés toujours pour chaque analyse. Dans le deuxième cas, il faut moins de récepteurs, mais il faut, pour des qualités d'échantillons différentes, des systèmes optiques de sélection différents, qui reviennent cher. L'excitation des raies des spectres des différents éléments dépend de la température ou de la densité élec- tronique. Comme le volume excitateur d'une source de rayonnement est toujours limité par une zone plus froide qui l'environne, toute source de rayonnement présente une hétérogénéité plus ou moins grande. De ce fait, l'excita- tion des raies du spectre ayant des énergies d'excitation différentes s'effectue dans des conditions optimales en différents points de la source de rayonnement. Il en est de même en cas d'hétérogénéité de la densité électronique. Le phénomène est particulièrement marqué lorsque la source d'excitation utilisée est un plasma couplé par induction (ICP). Les zones d'excitation optimale des élé- ments chimiques peuvent être séparées par des distances pouvant atteindre 20 mm. C'est la raison pour laquelle les spectromètres qui fonctionnent d'une manière séquentielle, avec excita- tion ICP, et que l'on appelle en général spectromètres à plasma, comportent souvent un dispositif permettant de reproduire l'image de la source d'excitation dans un sys- tème optique de dispersion (DOS) et donnant, lorsqu'il est programmé à l'avance et commandé par un microproces- seur suivant la raie du spectre DOS choisie, la possibili- té de déterminer l'emplacement favorable dans le plasma. Les spectromètres qui fonctionnent d'une manière simultanée ne comportent pas de dispositifs de ce genre. Ils ne peuvent déterminer qu'un point de la source d'ex- citation et, de ce fait, sont souvent incapables d'attein- dre la même sensibilité de détection que les appareils fonctionnant d'une manière séquentielle. Lorsqu'on ne dispose que d'une faible quantité de la substance constituant les échantillons, de sorte que l'émission de la source d'excitation s'effectue par im- pulsions, par injection d'échantillon ou par atomisation au laser ou que l'échantillon n'est pas atomisé d'une ma- nière continue comme dans l'atomisation par étincelles ou qu'il faut que l'analyse d'éléments très nombreux s'ef- fectue pendant des durées très courtes, le fait que les 2556093- zones d'excitation optimale interviennent successivement constitue un inconvénient. En dehors du fait que l'émission des raies du spectre dépend de l'emplacement de la formation de l'ima- ge, chaque raie individuelle du spectre dépend d'autres facteurs, comme l'intensité de l'émission dépend du ren- dement électrique absorbé par la source d'excitation et du débit du gaz servant de véhicule pour la substance de l'échantillon pulvérisé sous forme d'aérosol. Il peut y avoir alors proportionnalité directe ou indi- recte ou passage par un maximum. Les spectromètres connus fonctionnant d'une manière séquentielle tiennent compte partiellement de l'influence du rendement électrique absorbé lorsque cette absorption peut être programmée pour chaque raie du spec- tre. De ce fait, il est possible, dans les spectromètres ICP fonctionnant d'une manière séquentielle, lors du début du passage sur une raie du spectre, de reproduire l'image de l'emplacement de l'excitation optimale, que l'on appel- le hauteur de formation d'image optimale et, en même temps, de régler le rendement électrique le plus favorable pour cette raie du spectre. L'inconvénient consiste en ce que l'optimisation de la hauteur de formation d'image, du rendement électri- que et du débit du gaz servant de véhicule doit s'effec- tuer individuellement pour chaque raie du spectre à enre- gistrer et que le principe d'un fonctionnement séquentiel exige, dans ces conditions, une source d'excitation cons- tante émettant sans aucune variation pendant quelques minutes. De plus, le temps nécessaire total augmente. Dans le cas des spectromètres fonctionnant d'une manière simultanée, il faut, dans les solutions techniques connues, appliquer ce qu'on appelle les conditions de compromis pour le réglage des paramètres de mesure. De ce fait, il n'est pas possible, pour chaque raie du spectre d'atteindre le meilleur rendement d'analyse possible. Le but de l'invention est donc d'améliorer la ca- pacité de rendement d'analyse pour la détermination simul- tanée de plusieurs raies spectrales ou bandes tout en ré- duisant la durée des mesures et, en même temps, les dé- penses de matériel et les frais. Ce but est atteint, pour la détermination simulta- née de plusieurs raies spectrales ou bandes par chaque récepteur en n'utilisant qu'un seul système optique de dispersion, pour le réglage à volonté des paramètres de mesure que sont la hauteur de formation d'image, l'utili- sation du rendement et le débit de gaz servant de véhicule, par l'utilisation d'un dispositif pour l'analyse de plu- sieurs éléments dans lequel, pour la sélection de raies spectrales à partir d'un spectre global, on utilise des fentes de sortie de la lumière dont chacune est reliée au moins à un élément conducteur de la lumière, chacun des éléments conducteurs de la lumière pouvant être introduit dans un élément de réception subdivisé en secteurs, chaque secteur étant associé à un récepteur qui lui est opposé et les récepteurs étant couplés avec un dispositif élec- tronique de traitement de données, et qui est caractérisé, suivant l'invention, en ce qu'entre l'élément de réception et les récepteurs il y a une marque comportant au moins une ouverture qui associe optiquement à chaque récepteur des parties d'un secteur, en ce que l'élément de réception peut être déplacé par rapport au masque et comporte des marques de codage qui marquent la correspondance entre les ouvertures de réception et les récepteurs, que, pour chaque correspondance une valeur présélectionnée, mise en mémoire dans un microprocesseur, est prévue pour au moins un paramètre de mesure et que le microprocesseur est relié aussi bien à un organe de mesure associé à l'une des mar- ques de codage qu'à des organes de réglage pour un réglage des paramètres de mesure. Chacun des secteurs comporte au moins une série d'ouvertures de réception disposées en forme de lignes pour les éléments conducteurs de lumière. L'une au moins des ouvertures de réception de chaque secteur est reliée optiquement à un récepteur par le masque. L'invention a également pour objet un procédé pour l'analyse de plusieurs éléments dans lequel les raies spectrales ou bandes d'une source de rayonnement produites par un système de dispersion sont transmises par des éléments conducteurs de la lumière à des récepteurs. Les éléments conducteurs de lumière de raies spectrales ou de bandes qui exigent des paramètres de mesure identiques ou analogues sont réunis en groupes qui sont associés opti- quement, les uns après les autres, aux récepteurs. Dans ces conditions, il est toujours possible, pour un groupe de raies spectrales, de donner une valeur optimale aux paramètres de mesure à régler, ce qui amé- liore la capacité de rendement d'analyse et réduit le temps de mesure. Le dispositif suivant l'invention permet de trai- ter simultanément autant de raies spectrales qu'il y a de récepteurs. Comme les éléments conducteurs de la lumière as- sociés aux fentes de sortie peuvent être introduits dans les secteurs de l'élément de réception, le déplacement pas à pas de l'élément de réception par rapport au masque a pour effet,du fait que les ouvertures de réception se dé- placent pas à pas en passant devant les ouvertures du mas- ques, d'augmenter le nombre des raies spectrales qui peu- vent être traitées. Ce nombre est égal au produit du nombre des récepteurs par les positions de déplacement possibles, ce qui correspond aux ouvertures de réception ménagées dans les secteurs. Pour augmenter l'intensité de la lumière du spectre d'un élément, on a prévu d'autres lignes d'ouvertures de réception qui sont parallèles à la première ligne, chaque ouverture d'une ligne étant voisine d'une ouverture de l'autre ligne. Dans ces ouvertures situées au voisinage les unes des autres, on insère d'autres éléments conducteurs de la lumière qui corres- pondent à d'autres raies spectrales du même élément. De ce fait, un même récepteur traite simultanément la lumière du spectre de plusieurs raies du spectre d'un élément qui traverse une ouverture du masque. L'ouverture doit avoir une forme telle que toutes les ouvertures voisines asso- ciées à différentes lignes soient simultanément reliées optiquement à un même récepteur. Le déplacement de l'élé- ment de réception par rapport au masque peut être lié à une modification de l'amplification des différents canaux de détection et à une modification de l'intégration des signaux électroniques dans le dispositif électronique relié aux récepteurs. L'invention est décrite ci-dessous d'une manière plus détaillée en se référant au dessin. La figure représente schématiquement en perspective un dispositif suivant l'invention. Le dispositif comprend, à la suite d'un système optique de dispersion 1 fournissant un spectre global, un masque 2 muni de fentes de sortie non représentées et cou- plé avec un bloc de fibres 3. Dans ce bloc de fibres 3, des éléments conducteurs de la lumière, constitués par des fibres 4 conductrices de la lumière, sont maintenus de telle manière qu'à chaque fente de sortie 1 correspond l'une des fibres 4 conductrices de la lumière. Les fentes de sortie ménagées dans le masque 2 sont disposées de telle manière qu'elles conviennent au choix des raies spectrales. Le dispositif comprend également, à la suite d'un bloc récepteur 5 comportant des récepteurs 6, un masque 7 et, derrière lui, un élément de réception 9 subdivisé en secteurs 8. L'élément de réception 9 peut, sous l'action d'un moteur pas à pas 10, se déplacer par rapport au mas- que 7. Alors que les secteurs 8 comportent, dans le sens de leur déplacement, au moins une rangée d'ouvertures de réception 11 disposées comme des lignes, pour les fibres 4 conductrices de la lumière, le masque 7 comporte des ou- vertures en forme de fentes 12 qui font correspondre les parties de chaque secteur 8 à l'un des récepteurs 6. Le bloc récepteur 5 est relié à un dispositif électronique 13 constitué par plusieurs canaux. Les fibres 4 conductrices de l'électricité non utilisées sont reliées à une mémoire 14. Par suite de la juxtaposition de plusieurs lignes d'ouvertures de récep- tion 11 dans les secteurs 8, il est possible d'augmenter l'intensité de la lumière du spectre d'un élément en in- troduisant au moins une autre fiche 4 conductrice de la lumière dans l'ouverture de réception voisine 11 d'une autre ligne, l'autre fibre conductrice 4 de la lumière étant associée à une raie du spectre du même élément. L'élément de réception 9 est muni de marques de codage 15 auxquelles est associé un organe de mesure 16. En avant du système optique de dispersion 1, le dispositif comprend, sur le trajet des rayons 17, un miroir concave 19, qui peut pivoter sous l'action d'un dispositif de mise en place 18, un miroir fixe 20 et une source de rayonnement constituée par du plasma 21 couplé par induction. La source de rayonrinement est constituée par un tube à décharge 22 entouré par une bobine d'induction 23 et par un tube de gaz 24 servant de véhicule. Un générateur à haute fréquence 25 est relié à la fois à la bobine d'induction 23, à laquelle il fournit le courant électrique, et à un organe de mesure 27 fournis- sant des valeurs mesurées du rendement électrique obtenu. Le dispositif de mise en place 18 est couplé avec un capteur 28 qui détermine la position de pivotement du miroir concave 19. Le tube de gaz 24 servant de véhicule comporte une soupape de fermeture 29 par laquelle la source de rayon- nement est reliée à la source 30 de gaz servant de véhicu- le et qui peut être mise en action par un dispositif de réglage 31 qui, naturellement, peut être également un dispositif de réglage pas à pas. Le moteur pas à pas 10, les organes de mesure 16 et 27, les dispositifs de mise en place 18 et 31, le dispositif de détermination du rende- ment 26 et le capteur 26 sont reliés à un microprocesseur 32. Les marques de codage 15 signalent à l'organe de mesure transmetteur 16 la position que l'élément 9 a prise, c'est-à-dire indiquent quelles sont celles des ouvertures de réception 11 qui sont reliées optiquement aux récepteurs 6. Cette information est transmise au microprocesseur 32 dans lequel, déjà, pour chaque position, une valeur déter- minée à placer est enregistrée en mémoire pour les para- mètres de mesure que sont la hauteur d'image, la réception de rendement et le débit de courant de gaz servant de véhicule. Celles des fibres 4 conductrices de lumière qui transmettent des raies spectrales qui font intervenir des paramètres de mesure identiques ou analogues sont engagées chaque fois dans des ouvertures de réception 11 qui, simultanément, sont reliées optiquement aux récepteurs 6. Pour le réglage des paramètres de mesure suivant la position des éléments de réception 9, le microproces- seur 32, après avoir fixé des valeurs déterminées pour la position du miroir concave 19, représentative de la hau- teur d'image, et le rendement électrique fourni par le générateur à haute fréquence 25, donne les ordres corres- pondant au dispositif de mise en place 18 et au disposi- tif 31 de réglage du rendement. De même, un ordre est envoyé au dispositif de mise en place 31 qui actionne la soupape d'arrêt 29, de sorte que, dans le tube à gaz 24 servant de véhicule, le courant de gaz nécessaire passe. Le dispositif suivant l'invention n'est pas lié à un système optique de dispersion particulier. Il peut être utilisé également avec les systèmes Czerny-Turner, Ebert-Fasti et Rowland, de même que dans un système à échelle. En principe, l'invention n'est pas utilisable uniquement pour l'analyse avec spectre d'émission mais également pour l'analyse par absorption d'atomes à plu- sieurs canaux ou pour la spectrophotométrie. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour l'analyse de plusieurs éléments qui comporte, pour le choix de raies spectrales dans un spectre global, des fentes de sortie (1) de la lumière dont chacune est reliée à un élément conducteur de la lumière (4), chacun des éléments conducteurs de la lumière (4) pouvant être introduit dans un élément de réception (9) subdivisé en secteurs (8) à chacun desquels est toujours opposé un récepteur (6), les récepteurs (6) étant couplés à un dispositif électronique (13) de traitement de données, caractérisé en ce qu'entre l'élément de réception (9) et les récepteurs (6) il comporte un masque (7) muni au moins d'une ouverture qui associe optiquement à chaque récepteur (6) des parties d'un secteur, en ce que l'élément de ré- ception (6) peut se déplacer par rapport au masque (7) et comporte des marques de codage (15) qui marquent la cor- respondance optique entre l'ouverture de réception et les récepteurs (6), chacune de ces correspondances étant associée à une valeur déterminée à l'avance pour au moins un paramètre de mesure et enregistrée en mémoire dans un microprocesseur(32)et le microprocesseur (32) étant relié à un organe de mesure associé aux marques de codage (15) et à des dispositifs (18, 31) pour un réglage des paramè- tres de mesure. 2. Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que chacun des secteurs (8) comporte au moins une série d'ouverture (11) de réception, disposées en forme de lignes, pour les éléments conducteurs de la lu- mière (4) et en ce qu'au moins une ouverture de réception de chaque secteur est reliée optiquement par le masque (2) à un récepteur (6). 3. Procédé pour l'analyse de plusieurs éléments dans lequel les raies spectrales ou bandes d'une source de rayonnement produites par un système optique de dis- persion sont amenées par des éléments conducteurs de la lumière à des récepteurs, caractérisé en ce que les élé- ments conducteurs de lumière (4) des raies spectrales ou bandes qui exigent des paramètres de mesure identiques ou analogues sont associés en groupes et que ces groupes sont associés optiquement, les uns après les autres, aux récep- teurs.