Perle fondue Article, Signification, Explication

La technique de la perle fondue est une technique depréparation d'échantillon utilisée en spectrométrie de fluorescence X. Elle consiste à dissoudre le matériau dans un verre, puis d'analyser le verre.

Table of contents

1 Principe de la technique 2 Influence des différents facteurs 3 Intérêts et inconvénients de la technique

Principe de la technique

Cette technique est en général utilisée pour analyser des matériaux hétérogènes solides résistants à de hautes températures (en général des oxydes), tels que les roches ou le ciment. Le matériau est réduit en poudre et mélangé au produit verrier (ou « matrice », « flux » ou encore « fondant ») lui-même pulvérulent ; les proportions sont en général d'environ 1/5 (20 %m) de matériau pour 4/5 de fondant en masse. Le mélange est chauffé vers les 1 100 Â°C dans un creuset en général en platine ; on utilise des brûleurs à gaz ou bien un chauffage par induction. La matrice du verre fond et le matériau se dissout dedans ; le matériau en lui même ne fond en général pas. Pour assurer l'homogénéité du mélange, le creuset est agité d'un mouvement de rotation et/ou de balancement.

Les matrices les plus courantes sont le métaborate de lithium LiBO₂ (ou LiM en abrégé) et le tétraborate de lithium Li₂B₄O₇ (ou LiT). En effet, ces éléments sont très légers (numéro atomique Z faible) donc ne génèrent quasiment aucun signal par fluorescence X, ils ne viennent donc pas perturber la mesure des autres éléments.

Influence des différents facteurs

Le tétraborate de lithium Li₂B₄O₇ est acide et convient mieux pour la dissolution des roches basiques, par exemple contenant de la dolomite. Le métaborate de lithium LiBO₂ est basique, et convient mieux à la fusion des roches acides, riches en silice ; cependant, il cristallise facilement, la proportion d'échantillon est donc en général plus élevée (au dessus de 1/3) lorsqu'on l'utilise pur. On utilise fréquemment des mélanges de méta- et tétraborate de lithium à diverses proportions (en général 2/3-1/3 ou 50-50) pour s'adapter au matériau.

L'acidité est en général estimée par l' indice d'acidité, qui est le nombre d'atomes d'oxygène divisé par le nombre d'autres atomes¹ ; par exemple, le SiO₂ a un indice d'acidité de 2, le CaCO₃ a un indice d'acidité de 1,5. L'indice d'acidité permet de choisir les proportions échantillon/fondant ainsi que la composition du fondant ; cependant, il une phase mineure (en faibles proportions) contribuera peu à l'indice global, le choix fait sur ce critère peut donc ne pas être adapté à l'échantillon (la phase mineure se dissoudra mal), la méthode nécessite alors des ajustements.

La fusion ne se fait bien qu'avec des matériaux oxydés (les métaux nobles tels que le platine, l'or ou le palladium ne se dissolvent pas dans ces matrices), la dissolution est donc parfois précédée d'une phase d'oxydation, par exemple en chauffant le matériau réduit en poudre avec du nitrate d'ammonium NH₄NO₃.

On utilise parfois des additifs facilitant le démoulage ou diminuant la mouillabilité (augmentant la tension superficielle), en général des halogénures de lithium ou de sodium : LiBr, LiI ou NaI, à des teneurs allant de 0,1 à 0,5 %m.

Bibliographie

1. F. Claisse, Physics and chemistry of borate fusion

Intérêts et inconvénients de la technique

La technique permet d'avoir un échantillon très homogène ; or, l'homogénéité est un facteur important pour l'exactitude des mesures en fluorescence X. La matrice du verre est très transparente aux rayons X, ce qui diminue les effets de matrice, et facilite donc l'analyse des éléments légers (entre le sodium et le chlore, troisième ligne du tableau périodique des éléments).

Par contre, on dilue l'échantillon, ce qui rend difficile la mesure des traces (éléments en très faible teneur). Par ailleurs, comme toute étape de préparation, il introduit une erreur possible (problème de dosage, pollution accidentelle...), et la fabrication d'une perle homogène est parfois difficile voire impossible. Lorsque la perle cristallise, présente des bulles ou des aspérités, il est nécessaire de la refondre ou de la broyer et d'en analyser la poudre, ce qui ajoute encore une source d'erreur (analyse sous hélium avec un film polymère).

Du fait du chauffage intense, une partie du matériau peut partir sous forme gazeuse ; on pense évidemmentà l'eau (humidité résiduelle oueau liée), mais il peut aussi se produire une calcination du type :

CaCO₃ → CaO + CO₂

Cette perte de masse équivaut à une reconcentration de l'échantillon (l'inverse de la dilution), et s'appelle la perte au feu (ou loss on ignition, LOI). Le logiciel de traitement des résultats doit alors prendre en compte cette perte au feu d'une part pour afficher les concentrations dans l'échantillon original (matériau avant fabrication de la perle), mais aussi pour indiquer les « bonnes » espèces chimiques (dans l'exemple ci-dessus, CaCO₃ alors que c'est du CaO qui est mesuré).

C'est un article concernant le Perle fondue. La page contient la signification du Perle fondue , Description et explication au sujet de Perle fondue