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Application de la spectrométrie des rayons X au dosage
de faibles teneurs de métaux dans les minerais
Jacques Despujols
To cite this version:
31
APPLICATION DE LA
SPECTROMÉTRIE
DES RAYONS X AU DOSAGE DE FAIBLES TENEURSDE
MÉTAUX
DANS LES MINERAISPar JACQUES
DESPUJOLS,
Ingénieur
E. C.P.,
attaché de recherches au C. N. R. S. Laboratoire de Chimiephysique
de la Faculté des Sciencesde
Paris.Sommaire. - Trois méthodes utilisant les
spectres de rayons X ont été envisagées pour résoudre un
problème industriel : le dosage rapide de métaux dans les stériles de minerais,. Dans ces trois méthodes, il a été fait usage de spectrographes à cristal courbé.
La spectrométrie d’émission, avec excitation par fluorescence donne les meilleurs résultats. Un appa-reil a été étudié et monté pour chercher les meilleures conditions expérimentales. Celles-ci ont été déterminées pour le zinc : il a été possible de doser cet élément dans des stériles avec une précision
de 5 à 10 pour 100 sur des
quantités
de l’ordre de 0,1 pour 100. La même méthode a été appliquéeau plomb.
Dans le cas du tungstène, il a fallu recourir à la spectrographie d’émission avec excitation cathodique. La troisième méthode, dite « par absorption différentielle », basée sur la comparaison de deux intensités,
mesurées ici par un compteur de Geiger, a été employée dans le cas du zinc. Les résultats concordent avec
ceux donnés par la première méthode pour des teneurs
supérieures
à 2 pour 100.LE JOURNAL DE PHYSIQUE ET LE RADIUM.
PHYSIQUE APPLIQUÉE.
SUPPLÉMENT AU N° 2.
TOME 13, FÉVRIER
1952,
Introduction.
-.. Les exploitations
modernes de minesmétalliques,
pour faciliter letransport
ultérieur duminerai
- et l’obtention du métal-,
le
traitent,
après
extraction,
par desprocédés
divers :broyage
fin,
puis séparation
pardensité, flottation,
grillage,
etc. Il sort del’installation
située sur lamine
même, un
minerai « enrichi » et des « stériles »qui
ne doivent contenir que lesplus petites quantités
possibles
des métaux recherchés.Pour la bonne marche de ces
exploitations,
il est essentielde contrôler
fréquemment
lacomposition
de ces stériles :si,
par suite d’un mauvais fonction-nement desappareils
ou d’unchangement
dans la nature ou les teneurs duminerai,
lespourcentages
en métaux des stériles
augmentent
anormalement,
cequi
peut
être la caused’une
perte
sérieuse,
il fautpouvoir
yporter
remède immédiatement. Il est doncimportant
d’avoir une méthodepermettant
de doseravec sûreté et très
rapidement
des teneurs de l’ordre de 0,1 r pour 10o àquelques pour-cent
de métauxdans ces stériles.
Il m’a semblé que les méthodes utilisant les
spectres
de rayons Xpouvaient
êtreappliquées
à ce cas.Je me suis servi de
spectrographes
à cristalcourbé,
qui
ont d’ailleurs été utilisés avec succès dans lesnombreux
problèmes
despectrochimie
étudiés auLaboratoire de Chimie
physique [1].
Tous les éléments’ne
peuvent
pas être dosés avec la même facilité : leslongueurs
d’onde de leurs raiescaractéristiques
et de leurs discontinuitésd’absorp-tion,
la forme del’échantillon,
la nature de lagangue,
etc.,
conduisent à étudierspécialement
chaque
casd’espèce.
Pour le
zinc,
j’ai
puemployer
la méthodequi
’m’apparaissait
apriori
comme la meilleure : laspectrométrie
d’émission,
l’échantillon étant excitépar
fluorescence..
I. -
Spectrométrie
d’émissionavec excitation par fluorescence.
,
A.
Principe
de laméthode
et étudethéorique
des conditionsoptima. -
L’échantillon àanalyser
est soumisà-un rayonnement
X dit «primaire
».Ainsi
excité,
il émet des rayons X de « fluorescence »,qui
necomprennent
que les raiescaractéristiques
des éléments
présents
dans l’échantillon. Ces raies sontséparées
par unspectromètre,
etl’on
mesureleurs
intensités,
qui
sont fonctions des teneurscorrespondantes.
Il est nécessaire que lerayon-nement
primaire
comprenne des radiationscorres-pondant
à desénergies
un peuplus grandes
que lesénergies d’excitation
des raies considérées.J’ai
adopté
pour la mesure de l’intensité relativedes raies le
compteur
deGeiger,
plus
sensible que laplaque photographique,
etqui
avaitdéjà
été utilisé par Mlle Cauchois[1]
[3]
et par les chercheursaméricains
[2].
Le nombre N
d’impulsions
fournies en untemps
donné par le
compteur
se compose :a. du nombre S
(signal),
fonction de l’intensité de la raieétudiée,
donc fonction de la teneur enl’élément à
doser,
qui
est ici lezinc;
soit x pour 100cette teneur;
b. du nombre n,
représentant
ce que j’appelleraidans la suite : «
rayonnement
parasite
». ncomprend :
les rayons
cosmiques
et contaminationsactives donnant lieu au « mouvement propre » du
compteur;
la
diffusion
durayonnement primaire
par lespièces
del’appareil,
l’air et lecristal;
la fluorescence de ces mêmes
substances;
enfin la diffusion durayonnement
primaire
par l’échantillon lui-même.n n’est pas
rigoureusement indépendant
de x; mais pour des échantillons ne différant que par leurteneur en
zinc,
que je supposerai
faible,
n varie très peu; en effet la différence entre lesrayonnements
parasites
se réduit à la différence de la diffusion(cohérente
etincohérente)
causée par une faiblequantité
de zinc et laquantité correspondante
degangue; cette différence est
négligeable
devant l’erreurstatistique
commise sur n.S est le nombre
intéressant
àconnaître;
pour unéchantillon ne contenant pas de
zinc,
No
= n;ceci
permet
de déterminer n par des mesurespréli-minaires. La mesure avec l’échantillon à doser
donne
N,
et l’on en déduitLe
problème
est de connaître S avec laprécision
la meilleure :AS
,
doit être le
plus
petit
possible.
SOn ne
peut
pas diminuer les erreursprovenant
de l’échantillon lui-même et des variations des condi-tionsd’excitation,
par une bonne construction del’appareil.
Je ne vais donc considérer ici que leserreurs
statistiques :
°’
et
AN et An
sont
les erreursprobables
sur N et nsi a = 0,67
et
Posons
Pour un échantillon
donné,
en faisant varier lesparamètres
pi déterminant les conditionsexpéri-mentales,
on fait varier N et n ; il est intéressantd’adopter
les valeurs des piqui
rendent yminimum.
Enparticulier,
un calcul trèssimple
montre que sile
paramètre
étudié est l’intensité du courant itraversant le tube à rayons
X,
il y a intérêt àprendre
laplus
grande
valeur de ipossible.
ÉTUDE
DE L’INTENSITÉ DE LA RAIE DE FLUORES-CENCE. -a. Si l’on considère un
pinceau
de rayons Xprimaires,
filiforme,
monochromatique,
d’intensitéIo,
pénétrant
dans l’échantillon sousl’angle
« avec la normale à lasurface,
unpoint
M de sontrajet
serale
point
dedépart
d’un faisceau de rayons defluo-rescence, dont on ne
peut
recueillirqu’une partie :
recueillons par
exemple
un rayon MR faisant unangle
[3
avec la normale(fig.
i); oc
et p
ne sont pasforcément dans le même
plan.
Le rayon
incident,
affaibli parabsorption,
a uneintensité en M
égale
àEn traversant en M la couche de
profondeur z
etd’épaisseur
dz,
il s’affaiblit par effetphotoélectrique
de
To et Fo sont les coefficients d’affaiblissement total et
photoélectrique
pour lerayonnement
incident.Fig. 1 .
Le
rayonnement
de fluorescence émis par M dansla
direction p
et dansl’angle
solide dw a l’intensitéd 11=-
dl C dw
04n
C est un coefficient de
rendement;
posonsC dw
= K.A la sortie
de
l’échantillon,
l’intensité du rayon defluorescence
estT étant le coefficient d’affaiblissement total pour la
longueur
d’onde de fluorescence.Ceci se
produit
pour tous lespoints
M situés entre A etB;
e étantl’épaisseur
del’échantillon,
l’intensitédu
rayonnement
de fluorescence sortant dans la direction MR sera doncL’exponentielle
estnégligeable
si l’échantillon est suffisammentépais.
b.
’Considérons
maintenant un faisceauparallèle
de
rayonnement
primaire,
et un faisceaucorres-pondant
defluorescence,
que nous supposeronsparallèle;
supposons encore poursimplifier
que leSoient :
A la section droite ufite du faisceau
incident,
B la section droite du faisceau defluorescence,
C la surface utile de l’échantillonet
Si le faisceau
primaire
estmonochromatique
ethomogène,
son intensité utile sera!Jo = Alo,
et l’intensité du faisceau de fluorescence :A n’est défini que par a,
p
et BSi l’on
néglige
les effetssecondaires, K
est propor-tionnel à x P,- , pe et pzn étant les densités del’échan-pzn
tillon et de l’élément à
doser.
Nous avons donc
pour un
rayonnement
excitateurmonochromatique;
or lerayonnement
réel estpolychromatique;
nousraisonnerons dans ce
qui
suit avec des coefficients 14 et zocorrespondant
à unelongueur
d’onde moyenne
de ce
rayonnement.
, ,-
est le coefficientmassique
d’absorption
siP g
pour la gangue
Posons
et
N - n constitue une mesure de l’intensité :J, mesure
proportionnelle
à 3 si lecompteur
fonctionnenor-malement :
Suivant
quel’absorption
de l’élément à doser estplus
grande
ouplus petite
que celle de la gangue, m estpositif
ounégatif,
et la courbereprésentative
de la fonction(4)
a sa concavitédirigéé
vers le haut(cas
le- plus
favorable pour les bassesteneurs),
ou vers le bas. Les courbesexpérimentales
donnéespar
Friedman
etBirks
[2]
pour le fer ont des formesqui correspondent
à ces différents cas. Il estimpos-sible
de calculer m et p, car on ne connaît pas lalongueur
d’onde « moyenne » durayonnement
excitateur.
Le nombre .N fourni par le
compteur
ne donneraune mesure fidèle de la teneur x que si la
composi-tion de la gangue, ou du moins son
absorption
globale,
reste constanteSi l’on savait réaliser des couches très minces’ et
homogènes
d’échantillon,
onpourrait
se débar-rasser de cettesujétion;
eneffet,
l’équation (2)
sesimplifie pour
epetit :
1 est fortement
réduit,
maij
l’absorption
de lagangue
n’apparait plus,
du moins enpremière
Fig. 2. - - Appareil utilisé pour la fluorescence
(protections enlevées).
approximation.
L’application pratique
de ce faitest
particulièrement
difficile dans le cas de substancesen
poudres; je
ne l’ai pas tentée.J’ai donc.
employé
unequantité
d’échantillontelle que
l’exponentielle
del’équation (2)
soitnégligeable,;
dans le cas de minerai dezinc,
le calculconduit à une densité
superficielle
minimumd’envi-ron
o,08
g/cm2.
B.
Dispositif expérimental.
- J’ai fait l’étuded’un
appareil
destiné à déterminer les meilleures conditions dedosage;
cetappareil
a été construità l’atelier du
Laboratoire
de Chimiephysique
(fig. 2).
Il consiste en unspectromètre
àcompteur
et à cristal courbé eten-
unensemblè
porte-tube
à rayons
X,
porte-échantillon;
le tout estsupporté
par un châssis
métallique.
Il estpossible
deséparer
les deux
parties, qui
ne sont assemblées que par deuxboulons,
si l’on veutemployer
lespectromètre
pour un autre usage.
Le
spectromètre
est
utilisable par transmissiondépasser
5o cm; àchaque
rayoncorrespond
unsupport
deporte-cristal
amovible.A la
place
ducompteur,
onpeut
fixer unporte-plaque
photographique. ,
’Le
porte-tube-porte-échantillon
est conçu de telle sortequ’il
soitpossible
de faire varier dans de, larges
mesures les conditionsgéométriques
del’exci-tation.
Le tube à rayons X utilisé est ici un tubeMachlett
AEG 50T, à
anticathode detungstène
etfoyer large.
Sa fenêtre(en
béryllium)
estdirigée
vers lehaut,
de manière à ce que la face inférieurede l’échantillon soit la face
utile,
comme dans unmicroscope
métallographique.
Les échantillons industriels se
présentent
sousforme
pulvérulente;
il est doncpossible
de lesplacer
dans des boîtescylindriques
de 5o mm dediamètre,
dont le fond est constitué par une feuille de
cello-phane
mincetransparente
aux rayonsX;
l’agglo-mération
préalable
est ainsiévitée,
et la durée totale dudosage
raccourcie. Lepoids
totald’échan-tillon
employé
est de 10 à 1 5g.
Le
générateur
haute tension est dutype
Grei-nacher à tension
constante;
il estcomplété
par uneinstallation de
stabilisation :
a. Un stabilisateur
électronique
d’intensité aété fourni
gracieusement
à titre d’essai par la maisonChenaille,
deSaint-Cloud;
la variation de l’intensitépassant
dans le tube à rayons X est ainsipratiqué-ment nulle
(inférieure
à1/10 oooe).
b. Pour
corriger
les variations de tension dusec-teur,
leposte
est raccordé à l’alimentationgéné-rale 220 V par l’intermédiaire d’un «
Réguvolt
»de V. Alter
qui
abaisse les variationspossibles
de 15 à i pour i oo.Immédiatement au-dessous du
compteur
se trouve lepréamplificateur,
relié par un câble blindé aumeuble renfermant
l’amplificateur,
les échellesélec-troniques,
legénérateur
haute tension ducompteur,
les
stabilisateurs,
le numérateur etl’intégrateur.
Je me suis servi tour à tour d’una installation
Philips
Norelco,
revissée à l’atelier dulaboratoire,
et d’une installation entièrement construite au
laboratoire.
C.
Étude
des conditionsoptima
pour le zinc.- Le doublet Ka du
zinc,
delongueurs
d’ondet432,2z
uX pourKocl
et1436,04
uX pourKa.2’
estparticulièrement indiqué
pour ledosage
de cetélément. La
longueur
d’onde de la discontinuité K est de19-80,7
uX;
lerayonnement
excitateur issu d’uneanticathode
detungstène
seracomposé :
des raies
Ly
et d’unepartie
des raiesLp
et du fond
continu,
delongueurs
d’onde
comprises
entre 900 et 1280 uX.
J’ai
opéré par
transmission,
pourpouvoir
utiliserune
grande
surface d’échantillon.Le
principe
de la méthode étantposé,
onpeut
faire choix d’un
grand
nombre deparamètres
pour
la
disposition
et leréglage
del’appareil;
ce sont :les conditions
d’excitation :
tension et intensité(le
tubeà rayons
X étant choisi àl’avance);
le choix du cristal et du
système
deplans
réflecteurs;
les conditionsgéométriques;
le
type
ducompteur
et l’ouverture de sa fente.I p EXCITATION. -
La variation de y [formule (1)]
en fonction de la tension
appliquée
autube,
dans le cas où z =o,5
pour i oo, montre que, du moinsjusqu’à
5okV,
la tension laplus
élevée est la meil-leure. J’aiadopté
la valeur de45
kV afin de ne pasfatiguer
le tubequi
nesupporte
pas une tensionsupérieure
à 5o kV.J’ai dû limiter l’intensité du courant à 9
mA,
par suite de la faible
puissance
du stabilisateur de tension.Fig. 3.
2° CRISTAL. - Les cristaux
métalliques
étaientparticulièrement indiqués
ici en raison de leurgrande
luminosité[3]; j’ai
doncemployé
des monocristaux d’aluminium convenablement orientésqui
avaient été obtenus -par
recristallisation
après écrouissage
critique
- auLaboratoire
de Chimiephysique
de laTechnische
Hogeschoole
de Delft(Pays-Bas)
[4].
Les
plans
réticulaires(111)
étaientperpendicu-laires aux faces. Dans ces
conditions,
lepouvoir
réflecteur d’un cristal est lié à son
épaisseur
d par lesrelations
et
1 est le chemin parcouru par le
rayonnement
àL’épaisseur optimum
esttelle que
ij -
o, ce.qui
correspond
à 1=- !..
La
figure
3 donne les valeurs de a en fonctionde 1
pour À
=980,
1180et 1630
uX.Pour les
longueurs
d’ondesupérieures
à iÂ,
’ l’épaisseur
optimum
est difficile àréaliser;
onpeut.
toutefois
prendre
uneépaisseur
un peusupérieure
sans
perdre
trop
de luminosité.Le cristal finalement
adopté
avait o,20 mmd’épaisseur.
Le rayon de courbure R du cristal est lié à
,la
distance D entre le cristal et le
compteur
par larelation
D’après
Marmier
[5],
Doptimum
est donné par laformule ,
ce
qui
conduirait à une valeuroptimum
pour le rayon decourbure
avec :6,
largeur
de la fente ducompteur;
F,
ouverture ducristal;
cr, coefficient de diffusion du
cristal;
a, facteur de réflexion du cristal.
J’ai fait le calcul dans le cas- d’un cristal
d’alu-minium d’ouverture F
= i,Q
X 2,7cm-,
lalargeur
de la fente ducompteur
étant 0 = 1 mm; fj’ et « ont été évalués defaçon
approchée :
pour
aj’ai
supposé
le cristal « idéalement
imparfait » [6]. D’après
cecalcul,
le rayonoptimum
serait voisin de 2 cm,ce
qui signifierait
pratiquement
que le rayon leplus
petit possible
est le meilleur. Commeje
nedisposais
que de cristaux de 25 et de4o
cm de rayon,je
les aicomparés; j’ai
obtenu de meilleurs résultatsavec
le
rayon de 25 cm, quej’ai adopté
par la suite.3°
CONDITIONS GÉOMÉTRIQUES,
-Angles
del’échantillon avec les directions de
rayonnement
incident et
émergent.
- La discussion del’équation (3),
en tenant
compte
du fait que le faisceauincident,
quoique plus
large
que la surface utile ducristal,
n’a pas unelargeur
illimitée,
conduit àplacer
l’échan-tillon de manière à ce que toute la surface du
cristal,
toute la fente du
compteur
et tout le faisceauincident
soient
complètement
utilisés.Cela a été confirmé par
l’expérience :
lafigure
4
montre ladisposition qui
permet
d’obtenir la valeurminimum pour y.
Distance de
l’échantillon à
lafen2tre
du tube.-L’expérience
aconduit
àapprocher
leplus possible
l’échantillon de la fenêtre du tube
(fig.
4).
Distance de l’échantillon au cristal. -
Le
calculde
Marmierindiquait
une distance d entre l’échantil., Ion et le cristal telle queJ’ai cherché
expérimentalement
la valeuroptimum
de d dans deux cas :pour un cristal de mica courbé sous
Qo
cm,j’ai
trouvépour un cristal d’aluminium de 25 cm de rayon,
pour des
raison
d’encombrement,
il étaitiinpossible
d’approcher
leporte-échantillon
à moinsde 106
mm
du
cristal,
cequi correspondait
à ’ xx
2,3;
pourdes valeurs de d
supérieures
à 06 mm, lafonction y
Fig. 4. - Dosages de zinc par fluorescence : utilisations des faisceaux de rayonnement X.
croissait avec
d;
j’ai
doncadopté
pour lesdosages
d = 106 mm.40
UTILITÉ D’UNE FILTRATION DU RAYONNEMENTPRIMAIRE. - Le
rayonnement
parasite
estcomposé
pour laplus grande partie
derayonnement primaire
diffusé par l’échantillon.M’lé Cauchois
m’asuggéré
de diminuer l’intensité de cerayonnement
parrap-port
aurayonnement excitateur,
delongueurs
d’onde
plus
courtes,
eninterposant
entre la fenêtredu tube et l’échantillon un
filtre,
parexemple
enaluminium ou bien un filtre sélectif pour éliminer
la diffusion
Compton.
Le calcul m’a conduit au résultat suivant :
En
supposant
que n est dûuniquement à
du
rayonnement
diffusé de mêmelongueur
d’onde que celle de la raieobservée,
un , filtre
non sélectifn’est utile que pour des teneurs telles
que N
soit inférieur à uncertain.nombre,
iciégal
à 2,7.Les teneurs de zinc que j’ai eu à doser étaient
telles que
je
n’ai pas eu besoin de filtre.’
Compton,
et surtout durayonnement
diffusé réfléchien second ordre par le cristal. Ce dernier
rayonnement
est certainement très intense : le
rapport
des pou-voirs réflecteurs desplans (111)
de
l’aluminium ensecond et
premier
ordre est de 20 pour i oo, et lerayonnement
de second ordre estbeaucoup
moinsabsorbé par l’air et surtout par le cristal.
D.
Dosages
de zinc dans les stériles.-1° COURBES D’ÉTALONNAGE. - J’ai
commencé par
étudier des échantillons «
synthétiques ))
composés
de sable de Fontainebleau et de
,sulfate
dezinc,
préparés
par les laboratoires de la Société « Mineraiset Métaux »;
puis,
pour r me
rapprocher
des mineraisréels,
j’ai
formé des échantillons «semi-synthé-tiques »
avec de la gangue de Touissit(Maroc)
necontenant pas de zinc et de
l’oxyde
de zinc.Les courbes obtenues en
portant
les résultats surFig.5.
un
graphique bilogarithmique (fig.
5)
sont presque des droites pour des teneurs en zinc inférieures àquelques
pour-cent,
et sontparallèles
sur unegrande
partie
de leurlongueur.
2° ESTIMATION DE LA PLUS PETITE
QUANTITÉ
DE
ZINC DÉCELABLE. --D’après
W.
J.Oosterkamp
[7]
une raie est décelée avec certitude si son intensité
dépasse
lerayonnement
parasite
decinq
fois son erreurprobable statistiqùe.
Dans le cas de
mélanges
de sable etde
sulfate dezinc,
lerayonnement
parasite
donne 2
260impulsions
(en
5 mn et pour une intensité dans le tube de 9mA).
La raiequi
aurait comme intensitécorrespondrait
à o,002 pour i oo dezinc;
pour uneintensité de 5o mA
(intensité
maximumpermise
par le
tube)
et 3 o mn decomptage,
la teneur limite deviendra2,6.10-8.
Pour
des
échantillonsnaturels,
lerayonnement
parasite
donne 19
1 oimpulsion;
le même calcul conduità une teneur limite’ décelable de 0,007 pour 10oo pour
9 mA et 5 mn de
comptage
et de i. i o-5 pour 5o mA et 3o mn, ceci bien entendu avec une tension et uneintensité
qui
seraientparfaitement
bienstabilisées..
30
ÉCHANTILLONS
D’ORIGINE INCONNUÈ. - Onne connaît pas
l’absorption
de la gangue; ilfaut
-effectuer une mesure de
comparaison :
onpeut
parexemple
mélanger
intimement m grammesd’oxyde
de zinc en
poudre
fine à M grammesd’échantillon;
la teneur totale en zincpàsse
de x à x’ :si x et m sont
petits;
pour xplus
grand, x
sera déter-miné parapproximations
successives. 1Pour de
petites
teneurs enzinc,
onpeut
considérer la courbe N =f(x)
commelinéaire;
soient N et N’les nombres
correspondant
à x et x’ :n
qui
varie très peu avecl’absorption
de la- gangue,peut
être considéré comme connu avec assez deprécision;
pour lesdosages
d’échantillonsnaturels,
j’ai pris
n = 1910.J’ai étudié entre autres des stériles de minerais
originaires
del’Afrique
du Nord. Pourquelques-uns d’entre eux,
j’ai
fait faire uneanalyse
decontrôle par polarographie.
Dans le tableau 1 "’:
xu
représente
la teneur en zinc donnée par les usinesdes Sociétés
qui
ont fourni leséchantillons;
xp le résultat de
l’analyse
de contrôle parpolaro-graphie ;
x, la teneur déterminée par fluorescence
X,
avecdeux mesures de 5 mn.
TABLEAU I,
Les valeurs déterminées par
polarographie
pou-vant être considérées comme les
plus
exactes,
il estprobable
que les Xu relatifs aux échantillons duDjebel
Semène sont entachés d’une erreursyste-matique.
Le calcul d’erreur conduit à une
précision
relativesur xl
comprise
entre 5 est 10 pour oo; l’erreur réellesemble
être inférieure à cette valeur pour lesfaibles teneurs en
zinc,
etsupérieure
pour les fortes40 ÉCHANTILLONS
D’ORIGINE CONNUE. --- Ledosage
peut
alors être effectué avec une seule mesure; mais il fautpréalablement
étalonnerl’appareil
avec des échantillons de même
origine
et de teneurs connues. Les résultatsx2 du
tableau II sontobtenus,
toujours
par deux mesures de 5 mn, enprenant
comme échantillon-étalon le no 1 dechaque
mine,
avec la teneur xu pour El Gréfa et xp pour Semène
et Touissit.
TABLEAU II.
1
Ces
quelques exemples
montrent que les résultatsobtenus par fluorescence X sont cohérents.
Quand
cela estpossible,
il est bienpréférable
deprocéder
en se reférant à deséchantillons-étalons,
surtout pour les fortes teneurs. ,J’ai étudié brièvement l’influence des éléments constitutifs de la gangue, à l’aide d’échantillons
synthétiques
composés
decalcaire,.
silice,
barytine,
pyrite
et blende. Lafigure
6 montre parexemple
l’influence de lapyrite
sur une ganguecomposée
uniquement
decalcaire;
chaque
point
de cegraphique
a été obtenu par une seule mesure de 5 mn.Fig. 6.
E.
Dosages
deplomb
dansles
stériles.-Les raies K du
plomb,
lesplus
intenses,
sont delongueurs
d’ondebeaucoup
trop
courtes pour être utilisées dans l’installation dontje
disposais.
La raieLp,
(À
=g8o,24 uX)
est très voisine des raiesL92
(À
= 980,99
uX)
etLgl.,
(X
= 981,gi
uX).
Il m’est apparuexpérimentalement
qu’il
étaitpréfé-rable de faire les
comptages
sur ce groupeLp plutôt
que sur la raie
Lot,
(À
=1 1 72,7
uX).
J’ai
opéré
avec exactement le mêmemontage
quepour le
zinc,
de manière àpouvoir
passerrapidement
d’undosage
àl’autre,
quoique-ici
il eût étéproba-blement
plus
avantageux
d’utiliser untube
àrayonsX
à anticathode demolybdène,. ’
J’ai
essayé
de réduire lerayonnement
parasite
Fig. 7.
par
rapport
à laraie,
en filtrant lerayonnement
primaire
parquelques
dixièmes de millimètred’aluminium;
cela n’a pasappôrté
d" amélioration,
probablement
par suite de laprésence
derayon-nement
réfléchi
en second ordre par lecristal;
j’ai
donc fait toutes les mesures sans ce filtre.
J’ai tracé une courbe
d’étalonnage
avec deséchan-tillons
synthétiques
composés
de sable deFontai-nebleau
et degalène
pulvérisée.
Cette courbe(fig. 7)
a sa concavité
plus
accentuée quecelle
relative auzinc;
elle cesse d’être une droite à45,D,
un peu avanti pour i oo de
plomb.
1°
ÉCHANTILLONS
D’ORIGINE INCONNUE. -L’in-terpolation
linéaire est ici très douteuse pour lesteneurs .u eD
plomb supérieures
à i pour 100; onpeut
tourner la difficulté en
portant
sur la courbed’éta-lonnage- les
nombres N et N’qui correspondent
auxteneurs u et u’ = u
+ 8 u;
on en déduitet
Le tableau III est relatif aux mêmes échantillons
que
plus
haut.uu est la teneur donnée par les usines des Sociétés
qui
ont fourni leséchantillons;
up est le résultat
d’une
analyse
de contrôle parpolarographie;
ue est le résultat d’une
analyse
de contrôle parélectrolyse;
ui est la teneur déterminée par fluorescence X
et
interpolation
linéaire;
U2 est la teneur déterminée par fluorescence X et
au
par la formule Ho =
s u
.A titre de vérification de la
méthode,
j’ai
d’autrepart
composé
un échantillonsemi-synthétique
avecdu stérile de Touissit et du sulfure de
plomb.
Parfluorescence,
j’ai
trouvé ul =1,4s
etu2 =
1,17; la teneur réelle était de 1,12 pour 10oo de
plomb.
2°ÉCHANTILLONS
D’ORIGINECONNUE. «
La méthode de la courbed’étalonnage
peut
s’appliquer.
Pour cette même série d’échantillons
nord-africains,
j’ai pris
comme échantillons étalons : pour la minedu
Dj ebel - Semène,
le n°2,
pour ElGréfa,
le n° 1,et pour
Touissit,
le no1,
avec les teneurs ue,qui
sont lesplus précises.
Soit U3 la teneur déterminée par cette méthode.
TABLEAU IV.
Ici encore, il est
probable qu’une
erreursystéma-tique
s’estglissée
dans les teneurs uu des échantillons d’ El Gréf a. *La teneur limite au-dessus de
laquelle
la méthode utilisant une mesure decomparaison risque
de donner des résultats erronés est ici inférieure ài pour i oo de
plomb.
Parcontre,
si l’onemploie
des
échantillons-étalons,
on arrive à des résultatscorrects;
ces résultats sont moinsprécis
que dans le cas duzinc,
car à teneurégale
le nombre N estplus petit
pour leplomb
que pour lezinc,
dans les conditionsd’expérience;
cela estdû,
mise àpart
l’absence de raies dutungstène
dans larégion
utile -durayonnement.
primaire,
au fait que les raies Lsont naturellement moins intenses que les raies K et ont un rendement de fluorescence moindre.
II. -
Spectrographie
d’émissionavec excitation
cathodique.
Je n’ai pu
employer
la méthodequi
vient d’être décrite pour doser letungstène
dans desstériles,
car
je
nedisposais
pas de tube à rayons Xqui
produise
unrayonnement
intense dans une gammede
longueurs
d’ondecomprise
entre i o0o est 1 200uX,
etqui
n’émette pas les raies dutungstène.
J’ai donc dûprocéder
par la méthodeclassique [8]
d’émission par excitationcathodique.
Dans cette
méthode,
l’échantillon estplacé
enfaible
quantité
(de
l’ordre de 2 cg oumoins)
surl’anticathode d’un tube à rayons X démontable. Le
rayonnement
issu du tube estanalysé
par unspectrographe;
l’intensité de la raie choisie est mesurée parphotométrie. L’usage
d’une chambre d’ionisation ou d’uncompteur
deGeiger
ne seraitpas intéressant
ici,
car le fonctionnement du tube n’est pas assez stable pourpermettre
des
mesurescorrectes en peu de
temps.
Le
problème
était de doserrapidement
desquantités
de
tungstène comprises
entre o,02 et0,15
pour 10o dans des stérilescomposés
princi-palement
dequartz
accompagné
depyrite,
mispickel
et tourmaline.J’ai été
guidé
pour le choix del’appareillage
par le travail de Mme Prévot[1]
sur lexhénium,
élément voisin dutungstène.
Le tube à rayons X démontable était du
type
Seeman. La fenêtre de sortie durayonnement
étaitconstituée par une feuille d’aluminium de
I5 p
d’épaisseur.
Commeje
nepouvais
pas me servird’un filament de
tungstène,
qui
aurait distillé dans letube,
j’ai
employé
une « cathode àoxydés »
dontle
filament,
enalliage
nickel-chrome,
était recouvertd’une
pellicule
d’oxydes
alcalino-terreux.La raie du
tungstène
observée était la raieLai,
de
longueur
d’onde1473,37
uX.J’ai
employé
comme cristal une lame de micacourbée sous
Qo
cm;
ceci m’aimposé
la méthodepar
transmission;
eneffet,
la distance réticulairedes
plans
declivage
du mica esttrop
grande
pourpermettre
unréglage
commode duspectrographe
en travaillant par réflexion.
Les
plans
réticulaires(100),
donnant unedisper-sion d’environ
12,5
uX/mm,
m’ont fourni une assezbonne luminosité.
Résultats. -
Étant
donné lesprécautions
prises
pour assurer la
reproductibilité
desdosages,
la quan-tité minimum detungstène
décelable n’est icipas
inférieure ào,03
pour I oo.Un
simple
examen visuel et lacomparaison
avecdes clichés témoins
permet
de doser desquantités
detungstène
inférieures à0,15
pour 100 avec une erreurabsolue moindre que
o,03
pour I oo.III. -
Dosages
de zinc dans lesminerais
par
spectrométrie
d’absorption.
A.
Principe
de la méthode utilisée. ---- J’aiemployé
la méthode par «absorption
différentielle ».Cette
méthode,
indiquée
par Glocker etFrohn-mayer
[9],
a été utilisée par Moxnes [10] justementdans le cas du zinc. L’intensité du
rayonnements
était mesurée par une méthodephotographique.
Voges
[11]
aremplacé
par la suite laplaque
photo-graphique
par une chambre d’ionisation. EnfinMlle Cauchois et K. Mac
Taggart [12]
ont utiliséavec succès un
spectromètre
à cristal courbé partransmission
et uncompteur
deGeiger
pour observerencadrant une
discontinuité,
soit de deux bandesétroites de fond
continu;
ils ontindiqué
la_méthode de la « double fente » pour ces études.Je
rappelle
ici leprincipe
de la méthode : on mesure l’intensité de deuxrayonnements
Xmono-chromatiques
delongueurs
d’ondeÀ1 et a2
encadrantune discontinuité
d’absorption
de l’élément à doser.Soient p
et p
les coefficientsmassiques
d’absorption
correspondant
àÀ1 et À2 ( fig.
8),
K lerapport
des intensités desrayonnements
quand
l’échantillonest
interposé
sur leur passage, etK o
cerapport
enl’absence d’échantillon. S’il
n’y
a pas dans leproduit
àanalyser
d’autre élément dont une discontinuitéd’absorption
soitcomprise
entre1B1 et À2 et
si ceslongueurs
d’onde sont assezproches
l’une del’autre,
Fig. 8.
la densité
superficielle
m de l’élément cherché estdonnée par là
relation-avec
Pratiquement,
sil’on
donne à la constanteCo
savaleur
théorique,
on n’obtient pas de bonsrésultats;
il faut déterminer une constante C par des
expé-riences
préliminaires.
Si
M est la masse parcenti-mètre carré de
l’échantillon
et si x pour 10oo est lateneur en l’élément
cherché
etB. CONDITIONS EXPÉRIMENTALES. - 1° DENSITÉ
SUPERFICIELLE OPTIMUM DE
L’ÉCHANTILLON.
-L’erreur absolue sur m est
car
Ko
peut
être connu >vec toute laprécision
voulue. SiNi
etN2
sont les nombresd’impulsions
fournies par lecompteur
.
L’erreur
probable
statistique
sur K estavec
On en tire
Si m est très
petit,
K est peu différent deK o;
laprécision
absolue est à peuprès
constante pour unmême
temps
decomptage,
N 2
dépend
surtout del’absorption
de la gangue.Il y a intérêt à avoir -
âm
minimum.Soit a le coefficient
massique
d’absorption
de l’échantillon pour À2’ et soitN o2
le nombred’impul-sions
pour a2
en l’absence de l’échantillon :Posons
et
Quand
x estdonné,
k et b sont constants. La valeurMopt
rendant minimum lafonction I:1m
est,
,quand x
estpetit,
c’est-à-dire bnégligeable
quand
b n’est pasnégligeable,
onpeut
calculerapproximativement Mopt qui
a une valeurcomprise
entre 2 . a
entre - .1 -’ -
·a a+2
Pour le zinc dont la discontinuité
d’absorption
Ka pour
longueur
d’onde1280,7
uX,
si la gangue estcomposée uniquement
de calcaire :et
si la gangue est siliceuse :
et
Pratiquement,
pour de très grandes intensités derayonnement X,
ilpeut
y avoiravantage
àaugmenter
un peul’épaisseur des échantillons : pour des valeurs
de
Nsupérieures
àquelques
centaines parseconde,
lecompteur
ne fonctionneplus
convenablement.Pour éviter de mettre en solution le
minerai,
j’ai
cherché à obtenir desagglomérés
homogènes
de massesuperficielle
comprise
entreo,05
et0,1
g/cire.
J’aiessayé
des liants divers :colles, cires,
paraffine,
dissolution decaoutchouc,
plâtre,
collodion,
résines naturelles ousynthétiques.
Les meilleursrésultats ont été obtenus avec des
poudres
à mouler :par
mélange
de l’échantillon avec 20 pour Ioo enpoids
deméthyl-acrylate
enpoudre
finepolymérisé
40
sous
pression à i 7oo C,
pendant 1o
mn,j’ai
obtenu depetits disques,
de 20 mm dediamètre,
assez solidespour pouvoir être
manipulés.
B.Appareillage.
- J’aiemployé
lespectromètre
et leporte-tube
à rayons X décrits dans lapremière
partie
de cetravail,
en faisantpivoter
le tube demanière à ce que sa fenêtre soit
dirigée
vers le cristal. Lecompteur
était muni de deuxfentes;
un cacheen
plomb
permettait
d’obturer alternativementl’une ou l’autre. Ces
fentes,
deo,25
mm delarge,
étaientséparées
de1,4
mm, cequi
correspondait
à.un écart en
longueur
d’onde de 25 uX.Le calcul m’avait montré que, pourvu que les fentes soient situées
complètement
depart
etd’autre
de ladiscontinuité,
leur ouverturen’apportait
pas deperturbation appréciable;
mais que leur distance étaitFig. 9.
la cause d’une erreur due à la différence des coefficient
d’absorption
de la ganguepour al
et
X2.
Le
cristal, d’aluminium,
était courbé sous 25 cmde rayon;
j’ai
utilisé lesplans
réticulaires(111).
Pour éviter lerayonnement
réfléohi en ordresupérieur,
j’ai
dû limiter la tensionappliquée
autube à 16
kV;
les variations relatives de tension étantimportantes, j’ai
effectué des mesures alternéesde 2 mn sur
J01 et À2 et j’ai
fait la moyenne des résul-tats obtenus.C. RÉSULTATS DES DOSAGES. - 1°
ÉTALONNAGE.
-J’ai obtenu le
point
0 avec du stérile de Touissit ne contenant pas dezinc;
pour avoir d’autrespoints,
j’ai
ajouté
à cet échantillon des feuilles de zincd’épaisseur
15 et 25 p. cequi correspondait
àI o,65,
1 7,75
etI o,65 +
17,75 ==
28,4
mg : cm2. Cesexpériences
préliminaires
m’ont donné20 Le tableau V est relatif aux résultats trouvés pour des stériles d’Italie et de
Sardaigne, ainsi que
pour des échantillonsd’Afrique
du Norddéjà
dosés par fluorescence.Xs est. la valeur trouvée par
absorption,
sanscorrec-tion de l’erreur due à l’écartement des
fentes;
X4 est la valeur trouvée par
absorption
aveccorrec-tion de cette erreur. TABLEAU V.
Pour les échantillons d’Italie et de
Sardaigne,
il n’a pas été faitd’analyse
de contrôle par une méthode sûre.L’erreur absolue sur X4 est inférieure-à
o,5
pour 100pour les basses teneurs. La méthode n’est en .tout état de cause
acceptable
que
pour des teneurssupé-riepres
à 2 pour Ioo;mais,
même pour les fortesteneurs,
laprécision
esttoujours
mauvaise. La duréetotale du
dosage
est de l’ordre de 3o mn.Conclusion. -
L’analyse quantitative
par émis-sion avec excitationcathodique
est essentiellementune méthode de
laboratoire,
nécessitant unappa-reillage
compliqué
et desopérateurs
entraînés;
relativementlongue,
délicate et peusûre,
elle nedoit être
employée
que lorsque les autres méthodesse trouvent en défaut : par
exemple
pour
ledosage
de très faibles
teneurs,
ouquand
on nedispose
quede très
petites
quantités
d’échantillons(quelques
milligrammes),
ou dans des casparticuliers,
commecelui du
tungstène.
La méthode avec excitation par
fluorescence,
parcontre,
paraît
dès àprésent applicable
industriel-lement ;
elle donne des résultats enquelques
minutes,
avec une
précision
relative de 5 à io pour Ioo;l’appareillage,
assezsimple,
peut
être installé sur lamine
même,
etpourrait
dans unproche
avenirêtre rendu presque entièrement
automatique, pour
doser simultanément
plusieurs
éléments.Pour les
grandes
teneurs,
l’absorption
pourrait
rendre des
services;
dans le càs de minerais pauvres- et non
plus
de stériles - difficiles à mettreen
solution,
donc à doser -par d’autres méthodes(par
exemple
pour des mineraissilicatés),
et deprove-nances les
plus
diverses.Ce travail a été effectué au Laboratoire de Chimie
physigue
de la Faculté des Sciences deParis,
sous ladirection de Mlle
Cauchois,
qui
m’en avaitproposé
le
sujet,
etqui
m’a si souvent aidé de ses bons conseils.Je suis heureux de
pouvoir
luiexprimer
ici,
ainsiqu’à
M.Bauer,
Directeur du-laboratoire,
mes senti-ments lesplus
sincères de reconnaissance.Qu’il
me soitpermis de
remercier aussi les SociétésM.
Kahn,
Secrétairegénéral
de l’Uniontechnique
des Minerais et Métaux bruts.
J’exprime
toute ma reconnaissance à M. lePro-fesseur W. G.
Burgers,
ainsiqu’à
M. T. J.Tiedema,
qui
m’ont accueilli avec tant de bienveillance auLaboratoire de Chimie
physique
de laTechnische
Hogeschoole
deDelft;
magratitude
vaégalement
à la Commissionchargée
del’application
de l’accord culturel franco-néerlandaisqui
m’apermis
d’effectuerce
stage
à Delft.Manuscrit reçu le 19 novembre 1951.
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LES TRAJECTOIRES DANS LES L’ENTILLES
ÉLECTRONIQUES :
UNEMÉTHODE
D’APPROXIMATIONPar F. BERTEIN.
Sommaire. -
On sait que l’équation différentielle des trajectoires de l’Optique électronique ne
s’intègre commodément que dans un très petit nombre de cas particuliers; même pour des champs très
simples, le problème de détermination de ces trajectoires exige l’emploi de méthodes d’approximation
(fractionnement en plusieurs sections, construction point par point, etc.), méthodes longues et se prêtant
mal à une étude en fonction des paramètres susceptibles d’être mis en jeu. Nous envisagerons ici une
méthode d’approximations successives offrant les caractères suivants : dans le cas des champs de forme
simple elle fournit aisément les trajectoires avec une précision suffisante et, dé plus, sous une forme
analytique qui se prête à l’étude* en fonction des divers paramètres; d’autre part, l’obtention des approximations supérieures ne présente pas d’autre complexité que celle offerte par la résolution
d’un système d’équations algébriques linéaires.
LE JOURNAL DE PHYSIQUE ET LE RADIUM.
PHYSIQUE APPLIQUÉE.
SUPPLÉMENT AU NO 2.
TOME
13,
FÉVRIER1952,
PAGE 41 A.Position du
problème. -
Prenons à titred’exemple
une lentille à trois électrodes de micros-copeélectronique;
elle crée unchamp
dans larégion
de ces
électrodes;
on noterav(z)
la fonctionpotentiel
correspondante prise
sur l’axe Oz de la lentille. Commel’indique
lafigure
i, la variation de cettefonction est localisée sur un
segment
deOz,
segment
qu’on définira par la suite par les abscisses
- et+ I
pour
simplifier
l’écriture. Lesrégions
situées àgauche
et à droite de cet intervalle sontrespecti-vement les espaces
objet
etimage
de la lentille.Une
trajectoire
est déterminée par son ordonnées(z)
fonction de
l’abscisse
z. Nous nous limitons ici àl’approximation
de Gauss et l’on sait ques(z)
est reliée àv(z)
par uneéquation
différentielle linéaire.Le