Des physiciens russes parviennent à déterminer la composition d'un matériau en une minute

Des spécialistes de l'Université nationale de recherche nucléaire MEPhI (Institut d'ingénierie physique de Moscou) ont mis au point une nouvelle méthode de fonctionnement pour les spectromètres de masse laser, qui permet de déterminer directement la composition élémentaire des matériaux sans utiliser les échantillons standards.

La nouvelle méthode, qui utilise un appareil compact, accélère considérablement le processus d'analyse et en réduit le coût. Les résultats de l'étude ont été publiés dans le magazine European Journal of Mass Spectrometry.

"L'importance pratique la plus évidente de notre travail réside dans le potentiel de création, à partir de la méthode proposée, d'un appareil très compact, sensible et performant — et par conséquent plus compétitif pour une analyse sans prélèvement d'échantillons", déclare Alexeï Syssoev, professeur du MEPhI.

Le processus d'analyse de la composition de tout matériau peut être décomposé en trois parties: la détermination de la composition élémentaire — c'est-à-dire dans quelles proportions sont présents les éléments chimiques du tableau périodique dans l'échantillon; une analyse moléculaire; et une analyse isotopique de la substance. En l'occurrence, il s'agit uniquement d'une analyse élémentaire. Les méthodes traditionnelles d'analyse élémentaire nécessitent une préparation laborieuse. Si l'échantillon analysé est solide, comme dans le cas d'une analyse de minéraux, il faut le dissoudre — ce qui prend du temps et augmente la probabilité de pollution.

Hormis une longue préparation des échantillons il faut également procéder à une comparaison avec un échantillon standard de référence pour ne pas se tromper dans la composition de l'ensemble. Car le fragment analysé pourrait contenir des incrustations d'autres minéraux. C'est pourquoi des références spéciales sont acquises pour la spectrométrie de masse, ce qui fait augmenter le coût de l'analyse. Ce sont des échantillons coûteux, dont la composition est pourtant connue avec certitude. Par exemple, il existe des alliages standards de bronze avec un certain nombre d'impuretés.

Les chercheurs du MEPhI ont proposé une nouvelle technologie pour les spectromètres de masse laser avec des miroirs réflecteurs sphénoïdaux à ions. La particularité de la méthode est l'universalité de l'analyse des matériaux solides ne nécessitant pas l'usage d'échantillons de référence. L'"analyse élémentaire sans échantillon-témoin" permet de déterminer directement la composition élémentaire des échantillons sans analyse parallèle des échantillons de référence de composition déjà connue.

La création de cette méthode suppose également une sophistication du spectromètre de masse laser. Les points forts du nouvel appareil d'analyse, selon les chercheurs du MEPhI, sont la possibilité d'un grand intervalle énergétique, sa taille compacte et les exigences minimes par rapport aux sources de courant. Parmi d'autres avantages de l'appareil: la possibilité d'analyser toutes les classes de substances, la propreté de la méthode, la possibilité d'une analyse locale et lamellaire, ainsi que l'absence d'interférences d'ions moléculaires. Grâce à son mode de travail à impulsion, un tel analyseur est compatible avec une source laser d'ions.

La mise au point de cette méthode induit une réduction significative du coût aussi bien de l'appareil que de l'analyse, ce qui promet d'élargir les possibilités de la spectrométrie de masse dans le milieu criminalistique où la rapidité de l'expertise est primordiale. Cela ouvre également de nouvelles perspectives dans la médecine dans les domaines liés à l'analyse de microéléments dans la composition des cheveux et des ongles humains. Cette méthode pourrait également accroître la précision de la détermination de la composition des objets franchissant la frontière dans les gares et les aéroports, ainsi qu'accélérer l'analyse des échantillons du sol pour obtenir une bonne image de la situation écologique à un endroit précis.