Development and application of an infrared and high repetition rate femtosecond laser ablation system for the analysis of trace elements in solids by LA / ICPMS coupling

Développement et applications d'un système laser femtoseconde infra-rouge basse énergie et haute cadence de tir pour l'analyse d'éléments trace dans les solides par couplage ablation laser / ICPMS

Fanny Claverie (1)

1 UPPA - Université de Pau et des Pays de l'Adour

Laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry is more and more considered as a tool of choice for solid analysis. The use of femtosecond laser sources permit to improve analytical performances of the coupling thanks to the non-thermal ablation obtained in comparison with the more conventional nanosecond laser used. Through a collaboration between the LCABIE (Laboratoire de Chimie Analytique Bio-Inorganique et Environnement) of Pau and Novalase SA (a company specialized in optical and laser integration), the first integrated femtosecond laser ablation system was designed in 2003. Its unusual characteristics (high repetition rate and scanning beam device) allow to perform some new ablation strategies and open encouraging analytical perspectives in terms of sensitivity and quantification. The potential of this prototype was evaluated through fundamental analyses such as elemental fractionation and characterization of the aerosol produced by laser ablation and through the development of different applications such as analysis of soils and sediments by in-cell isotope dilution, detection of selenoproteins in gel electrophoresis, and determination of uranium isotopic composition of micrometric particles.

L'ablation laser couplée à une détection par spectrométrie de masse à plasma induit apparait de plus en plus comme un outil de choix pour l'analyse des solides. L'utilisation de sources laser femtoseconde permet d'améliorer les performances analytiques du couplage, l'interaction laser-matière privilégiant les phénomènes athermiques contrairement aux lasers nanoseconde plus classiquement utilisés. Une collaboration entre le Laboratoire de Chimie Analytique Bio-Inorganique et Environnement de Pau et Novalase SA (spécialisé dans l'intégration optique et laser) a fait naitre la première station d'ablation laser femtoseconde intégrée. Ses caractéristiques particulières, que sont la haute cadence de tir et un optique de balayage rapide du faisceau, permettent d'explorer de nouvelles stratégies d'ablation et ouvrent des perspectives analytiques encourageantes en terme de sensibilité et de mode de quantification. Le potentiel de ce prototype a été évalué au travers d'analyses fondamentales, telles que le fractionnement élémentaire et l'étude de la taille des particules de l'aérosol produit par ablation, et de différentes applications telles que l'analyse de sols et de sédiments par dilution isotopique réalisée par le laser dans la chambre d'ablation, la détection de sélénoprotéines dans des gels d'électrophorèse et la détermination de l'isotopie de l'uranium dans des particules micrométriques.

Mots clés: Ablation Laser Femtoseconde; Spectromètre de masse à plasma induit; Métaux traces; Fractionnement élémentaire; Sols et sédiments; Dilution isotopique; Détection de sélénoprotéines; Isotopie de l'uranium de particules micrométriques

Domaines: Physique [physics]

Fanny Claverie. Développement et applications d'un système laser femtoseconde infra-rouge basse énergie et haute cadence de tir pour l'analyse d'éléments trace dans les solides par couplage ablation laser / ICPMS. Physique [physics]. Université de Pau et des Pays de l'Adour, 2009. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00401450⟩