Principes du Laser et Spectroscopie

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Questions and Answers

Qui a développé les principes théoriques du laser en 1958?

Breech et Cross

Theodore Maiman

Des chercheurs de l'université du Maryland

Arthur Schawlow et Charles Townes (correct)

Quel matériau a été utilisé comme milieu actif pour la première source laser?

Plastique

Cristal de quartz

Rubis synthétisé (correct)

Verre

Quel événement a marqué le début de la spectroscopie d’émission de microsonde laser?

La présentation de Breech et Cross (correct)

Les progrès des années 70

La première source laser

Les publications de 1963 et 1964

Quelles années ont vu des progrès réguliers dans le développement des lasers et l’ablation laser?

Années 70 et début des années 80 Signup and view all the answers

Quelle méthode a atteint la maturité à la fin des années 80 pour la synthèse en couches minces?

Dépôt par laser pulsé (PLD) Signup and view all the answers

Quel est l'un des domaines d'application de l'ablation laser mentionné dans le contenu?

Identification des biomolécules Signup and view all the answers

Quel type de traitement est utilisé dans les traitements médicaux selon le contenu?

Traitement par laser Signup and view all the answers

Quelle technique est associée à l'analyse des matériaux?

LIBS ou LIPS Signup and view all the answers

Quelle est la principale fonction de la spectroscopie ?

Observer les spectres électromagnétiques produits par une substance Signup and view all the answers

À quelle pression est associée la couche mince de ZnO dans le tableau?

5 mbar Signup and view all the answers

Qui a joué un rôle clé dans l'histoire de la spectroscopie en 1666 ?

Isaac Newton Signup and view all the answers

Quel type d'analyse est mentionné pour évaluer les biomolécules et les polymères?

Analyse physicochimique Signup and view all the answers

Quel processus est à l'origine de la formation du plasma dans la spectroscopie d'émission ?

Interaction Laser-Matière Signup and view all the answers

Quelle est la technique de traitement et nettoyage de surface mentionnée?

Découpe laser Signup and view all the answers

Quel équipement est utilisé pour analyser les spectres d'émission dans le cadre de la spectroscopie de plasma ?

Spectromètre Signup and view all the answers

Qu'est-ce que le micro-usinage n'inclut pas parmi les options suivantes?

Peinture Signup and view all the answers

Quel est un usage clinique des traitements mentionnés?

Ophtalmologie Signup and view all the answers

Quel est un des paramètres mesurés lors de l'analyse qualitative des plasmas ?

Densité Signup and view all the answers

Quel principe est impliqué dans le fonctionnement d'un laser ?

Émission stimulée Signup and view all the answers

Quelle hypothèse est souvent formulée lors de l'analyse des plasmas induits par laser ?

Hypothèse de l'Equilibre Thermodynamique Signup and view all the answers

La spectroscopie se réfère à l'étude de quel type de spectre ?

Spectre électromagnétique Signup and view all the answers

Quel est le principe de base utilisé dans la technique LIBS ?

Spectroscopie d’émission optique des plasmas Signup and view all the answers

Quelle est l'une des principales caractéristiques de l'analyse LIBS ?

Aucune préparation d'échantillon requise Signup and view all the answers

Quels éléments peuvent être analysés par la technique LIBS ?

Matériaux organiques et inorganiques Signup and view all the answers

Quel est un des avantages de la technique LIBS par rapport à d'autres méthodes d'analyse ?

Mesure rapide et en temps réel Signup and view all the answers

Quel équipement est essentiel dans un système LIBS ?

Spectromètre Signup and view all the answers

Dans quelle application la technique LIBS est-elle utilisée pour assurer la sécurité ?

Analyse des explosifs Signup and view all the answers

Quelle est la caractéristique des échantillons qui peuvent être analysés par LIBS ?

Échantillons solides, liquides ou gazeux Signup and view all the answers

Quel type de laser est utilisé dans le processus LIBS ?

Laser impulsionnel Signup and view all the answers

Quel est l'impact de LIBS dans le développement durable ?

Tri de déchets Signup and view all the answers

Pourquoi la technique LIBS est-elle considérée comme peu destructive ?

Elle consomme une quantité inférieure au microgramme Signup and view all the answers

Study Notes

Cours de Master MC 300 - Chimie

Filière: Chimie
Spécialité: Chimie Théorique, Computationnelle et Spectroscopie
Intitulé du cours: Spectroscopie d'Emission de Plasma Induit par Laser

Sommaire

I. Introduction
II. Historique de la technique de spectroscopie de plasma induit par laser
III. Ablation Laser
- Interaction Laser-Matière
- Formation du plasma
- Expansion du plasma
IV. Instrumentation
- Laser
- Spectromètres
- Détecteurs
- Calibration
V. Analyse des plasmas induits par laser
- Enregistrement des spectres d'émission
- Identification des espèces émettrices du plasma
- Elargissement des raies d'émission
- Hypothèse de l'équilibre thermodynamique
VI. Analyse qualitative
- Mesure des paramètres du plasma :
  - Mesure de la densité
  - Mesure de la température

Définitions

Spectroscopie ou Spectrométrie: L'étude expérimentale ou théorique du spectre d'un phénomène physique, décomposée selon une grandeur (énergie, fréquence, longueur d'onde...). Elle consiste à observer, mesurer et interpréter les spectres électromagnétiques émis ou absorbés par une substance.

Spectroscopie d'émission

La lumière est composée d'ondes électromagnétiques, chaque couleur correspondant à une longueur d'onde différente.
La spectroscopie d'émission étudie la lumière émise par les atomes ou molécules excités par le rayonnement.

Spectre de la lumière

(Diagramme de page 5 montrant une représentation du spectre électromagnétique avec les longueurs d'ondes et fréquences correspondantes, le spectre visible et les différentes formes de lumière).

Les Plasmas

(Schémas des 6 différents états de la matière à partir du solide).
(Graphique illustrant la caractérisation des différents types de plasmas en fonction de leur densité et température).

Plasma Induit par Laser

(Schéma illustrant le processus de plasma induit par laser sur différentes étapes de temps).

Laser

(Schéma explicant le principe d'un laser avec les composants principaux).
(Schéma illustrant le principe de fonctionnement du laser en niveaux atomiques, expliquant l'émission stimulée et spontanée).

Historique

L'interaction des lasers de haute puissance avec la matière solide est ancienne.
Albert Einstein en 1917 a suggéré l'émission stimulée de la lumière en plus de l'absorption et de l'émission spontanée.
Le développement théorique du laser a pris du temps.
(Schéma du montage expérimental initial du laser à rubis synthétisé de Theodore Maiman).

Première expérience

En 1962, Breech and Cross ont présenté un exposé sur l'ablation laser à la Conférence Internationale sur la Spectroscopie à l'université du Maryland.
Un laser à rubis était utilisé pour vaporiser et exciter des atomes des solides, permettant de caractériser la composition élémentaire de l'échantillon.

Applications

(Applications avec la notion de « micro-analyses », « identification et étude des biomolécules » et « polymères »).
Développement durable (tri de déchets)
Analyses élémentaires (qualitative et quantitative) de matériaux (matière organique et inorganique)
Contrôle de qualité (agroalimentaire, pollution dans les denrées alimentaires, contrôle dans les industries)
Sécurité (explosifs, expertises, nanoparticules)
Restauration des vestiges archéologiques

Analyse des Matériaux par LIBS

Technique LIBS: analyse chimique élémentaire rapide et non-destructive, entièrement optique,
Principe: focalisation d'une impulsion laser sur un échantillon, fusion, vaporisation et ionisation de la matière formant un plasma. Le plasma émet de la lumière, collectée et dispersée par un spectromètre pour obtenir un spectre d'émission.

Systèmes Utilisés

Laser impulsionnel
Système optique pour la focalisation et la collecte du faisceau laser et de l'émission du plasma
Dispositif de détection et d'analyse de la lumière

Schéma de l'analyse spectroscopique LIBS

(Schéma illustrant les composants principaux d'un système LIBS).

Avantages de la Technique LIBS

Analyse de solides, liquides, gaz et aérosols
Détection de la majorité des éléments chimiques en une seule analyse
Analyse multiélémentaire qualitative et quantitative rapide
Analyse peu destructive (quantité inférieure au microgramme, sous forme de trace)
Mesure rapide et analyse en temps réel, sans contact (accès optique)
Pas de préparation d'échantillon
Travail à distance

Evolution de la technique LIBS

Evolution rapide de la technique (nombre d'articles publiés par années, graphiques).
Des Manuels récents ont été produits sur le sujet.

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Description

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