DIGESTION ET DILUTION ISOTOPIQUE

La technique du « Sparging » peut être appliquée pour des méthodes de séparation d’Os traditionnellement utilisées telles que la digestion dans les tubes de Carius (Shirey et Walker, 1995) ou l’extraction par solvants (Cohen et Waters, 1996), le seul impératif est que l’oxydation soit optimale afin que l’Os soit présent sous sa plus haute valence Os(VIII). La technique de digestion pour nos expériences doit être efficace sur les chromites (matériaux très réfractaires). La digestion par attaque en milieu oxydant sous haute pression et haute température (HPA-S) a été utilisée au cours de cette étude.

Entre 0,2 et 0,5 g de poudres pour chaque échantillon a été pesé directement dans les tubes en quartz de 20 ou de 50 mL. Après l’ajout d’eau Régale modifiée (3 mL HCl + 5 mL HNO3 dans les tubes de 50 mL et 2 mL HCL + 3 mL HNO3 dans les tubes de 20 mL), les échantillons ont été soumis à une température de 300 °C sous une pression de 120 bars

83

durant 4 h 30 et 15 h. Les solutions ont ensuite été transférées dans des tubes Téflon-PFA de 30 à 60 mL pour le « Sparging ».

Afin de mesurer les concentrations en Os et en Re des échantillons, la méthode de la dilution isotopique a été appliquée. Le principe de cette méthode est d’ajouter à l’échantillon un traceur isotopique (traceur isotopique) d’Os et de Re, dont les compositions isotopiques sont connues. L’application de cette méthode implique une bonne homogénéisation du traceur isotopique avec l’échantillon. Afin d’atteindre une homogénéisation optimale, le traceur isotopique est ajouté à l’échantillon avant l’étape de digestion. Les compositions isotopiques du traceur isotopique utilisées lors des analyses sont reportées dans le tableau 3.4.

Tableau 3.4. : Abondance des différents isotopes d’Os et de Re dans le traceur isotopique utilisé au cours de cette étude.

Isotope Abondance (%) 184 Os 0 186_{Os 0,24} 187_{Os 0,14} 188_{Os 0,36} 189_{Os 1,03} 190 Os 96,45 192_{Os 1,79} 185_{Re 96,50} 187 Re 3,35

Il est important de mentionner que deux HPA ont été utilisés au cours de cette étude. En effet, le premier HPA a été détruit par dépressurisation instantanée suite à la

84

rupture de la valve de sécurité de surpression pendant la nuit. Le système, n’étant pas en mesure de détecter le problème, a continué de chauffer les acides répandus dans le bloc de digestion. Un nouvel HPA a donc été acquis par le laboratoire LabMaTer. Cependant, celui-ci présentait un défaut de fabrication, empêchant la pression de rester stable au cours de la digestion, limitant ainsi l’efficacité de la digestion des échantillons.

3.3.5.3. ANALYSES DES TENEURS EN Os ET DES COMPOSITIONS ISOTOPIQUES D’Os PAR « SPARGING » DE L’OsO4

Au cours de cette étude, les techniques d’analyse par « Sparging » couplées à l’ICP- MS de type Quadripôle et couplée au HR-ICP-MS ont été utilisées. La technique d’analyse par « Sparging » couplée à l’ICP-MS Quadripôle a été préalablement présentée par Meisel

et al. (2001), le protocole utilisé pour le « Sparging » couplé au HR-ICP-MS sera présenté

ci-après.

Après digestion par HPA, les solutions sont diluées environ 15 fois dans l’H2O ultrapure dans le but de ne pas saturer les détecteurs de l’ICP, des multiplicateurs d’électrons de type dynode discrète. Les solutions sont transférées dans des tubes en Téflon-PFA de 30 ou 60 mL. Les tubes de 60 mL ont été préférés aux tubes de 30 mL, en effet, les risques de contamination sont limités avec l’utilisation des tubes de 60 mL puisque le couvercle (utilisé pour tous les échantillons) est plus éloigné de la surface de la solution comparativement aux tubes de 30 mL. Au cours de l’analyse, le flux de gaz (Ar: 0,1L/min, voir Tableau 5) est injecté dans la solution via un second tube en Téflon-PFA d’un diamètre 1/8 po. Dès que l’Ar est introduit dans la solution, les vapeurs d’OsO4 sont

85

formées et dirigées directement dans la torche de l’ICP. Une fois dans le plasma, les vapeurs d’OsO4 sont atomisées et ionisées à plus de 6 000 °C sous pression atmosphérique. La séparation des ions s’effectue par un champ électromagnétique généré par un aimant filtrant les atomes selon leur rapport de masse/charge (m/z).

Trois types de tubes en PFA ont été utilisés afin de tester leur efficacité à former une vapeur d’OsO4 lors du « Sparging » de l’Os: 1) un tube simple d’un diamètre de 3,2 mm (Figure 3.2.A.), 2) 4 tubes d’un diamètre de 0,8 mm (Figure 3.2.B.) et 3) un tube d’un diamètre de 3,2 mm perforé sur les côtés et soudé au niveau de l’extrémité située dans la solution (Figure 3.2.C.). Les trois systèmes de tubes ont été testés au HR-ICP-MS. Les rendements observés lors des analyses réalisées avec les configurations 1) (Figure 3.2.A.) et 2) (Figure 3.2.B.), dans la solution standard (5ng/mL) étaient similaires avec environ 30 000 CPS (coups par secondes) sur le 192Os. En revanche, l’utilisation de la configuration 3) (Figure 3.2.C.) a permis d’obtenir un rendement de 70 000 CPS soulignant l’efficacité de cette configuration pour former des vapeurs d’OsO4. Les sensibiltés des analyses réalisées avec cette configuration seront donc meilleures, c’est la raison pour laquelle elle a été utilisée pour la suite du développement de la méthode du « Sparging ».

86 Figure 3.2.: Schéma illustrant les trois configurations utilisées pour tester l’efficacité de la

formation des vapeurs d’OsO4. A) Tube en PFA simple d’un diamètre de 3,2 mm; B)

Quatre tubes en téflon-PFA d’un diamètre de 0,8 mm chaque; C) Tube en téflon-PFA simple d’un diamètre de 3,2 mm percé et soudé à l’extrémité située dans la solution. Des béchers Savillex de 30 ou 60 mL peuvent être utilisés avec un bouchon perforé de deux trous pour le passage des tubes en PFA.

Afin d’obtenir une bonne stabilité du signal, l’ajout d’un désolvateur de type APEX, qui permet de réguler la pression en Ar lors du « Sparging », entre la configuration du « Sparging » et l’ICP s’est avéré indispensable dans l’objectif d’obtenir une meilleure précision des analyses. La pression d’Ar envoyée dans l’ICP (via le nébuliseur) est restreinte grâce à un effet entonnoir induit par l’utilisation du désolvateur, ce qui permet d’avoir un meilleur contrôle sur la pression. L’optimisation de la pression d’Ar envoyée dans l’ICP est importante pour éviter des problèmes de décharges électriques dans la source du plasma. Ces problèmes de décharges électriques sont liés à un manque de pression d’Ar entre les premières plaques de haute tension.

Les paramètres de l’ICP doivent être réglés pour avoir une meilleure sensibilité à chaque analyse en optimisant le flux d’Argon (~ 0,1 L/min) et le flux d’Ar dans le

87

nébuliseur (20 PSI = pound-force per square-inch). Les paramètres optimums du Nu AttoM sont présentés dans le tableau 3.5.

Tableau 3.5. : Conditions d’analyses et d’acquisition de données au Nu AttoM

Gaz d'échantillonnage (Argon) Temps d'arrêts par pic

Nébuliseur Balayage

Aimant Cycles

RF

185,885 amu

Conditions d'analyses du Nu AttoM Acquisition des données 20 PSI

0,1L /min 400 ms

1000 50 1375W

Avec amu = unité de masse atomique unifiée et RF : Radio-Frequency (= champ électrique nécessaire pour générer et stabiliser le plasma dans la torche à plasma)

Au cours du développement de la méthode d’analyse, la forme des pics des isotopes a été vérifiée. Pour que l’analyse soit optimale, les sommets des pics doivent être plats et centrés sur la masse de chaque isotopes. Un exemple de pic sur la masse 192 est présenté dans la figure 3.4. Les abondances des isotopes mesurées ont été également été vérifiées afin de s’assurer de la bonne proportion des isotopes comparativement aux abondances naturelles des isotopes de l’Os (Figure 3.5).

88 Figure 3.4.: Exemple de pic sur la masse 192 de l’Os obtenu au HR-ICP-MS du GEOTOP de l’UQAM (logiciel Nu AttoLab ©).

Figure 3.5. : Abondance relative des différents isotopes mesurée au cours d’une analyse par « Sparging » de la solution standard au HR-ICP-MS du GEOTOP de l’UQAM (logiciel Nu AttoLab ©).

89