Spectrométrie de fluorescence atomique

Les atomes ou molécules portés à des niveaux d’énergie élevés peuvent retourner à des niveaux d’énergie inférieurs en émettant un rayonnement (émission ou luminescence). Pour les atomes excités par une source d’énergie à haute température, cette émission lumineuse est communément appelée émission atomique ou émission optique (spectroscopie d’émission atomique), tandis que pour les atomes excités par la lumière, elle est appelée fluorescence atomique (spectroscopie de fluorescence atomique).

La fluorescence atomique correspond à l’émission optique d’atomes en phase gazeuse qui ont été excités à des niveaux d’énergie supérieurs par absorption d’un rayonnement électromagnétique. La spectroscopie de fluorescence atomique (AFS) est une technique multiélémentaire utilisée pour l’analyse des métaux à l’état de traces dans des échantillons tels que l’eau de mer, les substances biologiques et les échantillons agricoles. Elle présente sa plus grande sensibilité pour la détermination du zinc, du mercure et du sélénium.

Instrumentation

L’analyse de solutions ou d’échantillons solides nécessite que les atomes de l’analyte soient désolvatés, vaporisés et atomisés à une température relativement faible dans un tube chauffant, une flamme ou un four en graphite. Une lampe à cathode creuse ou un laser fournit l’excitation résonante permettant de promouvoir les atomes vers des niveaux d’énergie plus élevés. La fluorescence atomique est ensuite dispersée et détectée à l’aide de monochromateurs et de tubes photomultiplicateurs, selon un principe similaire à celui utilisé dans les instruments de spectroscopie d’émission atomique.

Il existe deux types d’instruments de fluorescence : les systèmes dispersifs et non dispersifs. Un instrument dispersif est constitué d’une source lumineuse, d’un atomiseur, d’un analyseur, d’un détecteur ainsi que d’un système de traitement et d’affichage des données. La source idéale pour la fluorescence atomique est le laser, mais la source la plus couramment utilisée est la lampe à décharge sans électrode. Un instrument non dispersif est composé d’une source lumineuse, d’un atomiseur et d’un détecteur. Aucun analyseur n’est nécessaire lorsqu’une lampe à décharge sans électrode est utilisée comme source d’excitation, car le rayonnement émis est caractéristique d’un seul élément.

Un atomiseur à flamme comprend un nébuliseur qui transforme l’échantillon en un aérosol introduit dans le brûleur. Le système de brûleur le plus performant pour l’AFS utilise une combinaison de mélanges gazeux acétylène/protoxyde d’azote et hydrogène/oxygène/argon avec une flamme rectangulaire. Pour isoler une bande étroite de longueurs d’onde, on utilise un monochromateur ou un système de filtres interférentiels. Un tube photomultiplicateur convertit l’énergie rayonnante en signaux électriques.