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Un nouveau montage pour l’analyse spectrale
quantitative
R. Lochet
To cite this version:
UN NOUVEAU MONTAGE POUR L’ANALYSE SPECTRALE
QUANTITATIVE
Par M. R. LOCHET.Assistant de
Physique
à la Faculté des Sciences de Bordeaux.Sommaire. 2014 Le
montage proposé fait intervenir simultanément tous les échantillons à analyser.
Ce résultat est atteint : 1° Par excitation des électrodes en série; 2° Par un dispositif optique donnant
un spectre par source. On obtient ainsi en même temps un accroissement important et de la précision
et de la rapidité d’analyse.
Introduction. --
L’analyse
spectrale
quanti-tative des
alliages métalliques
est maintenantutilisée concurremment à
l’analyse chimique
pour ledosage
des faiblesteneurs,
elle est d’ailleurspréférée
à cette dernièrequand
on cherche à obtenirle résultat du
dosage
dans le minimum detemps.
Laprécision
desrésultats,
mauvaise audébut,
s’est
progressivement
améliorée. Les recherchespoursuivies
dans ce domaine visent à accroîtresoit la
précision,
soit larapidité
de la méthodespectrographique [z] :
-. les résultats lesplus
récentsconcernent des
dispositifs
à couronne d’électrodestournante,
des combinaisonsflambage-pose
simul-tanés[2],
ou desmontages
optiques spéciaux [3].
Nous allons décrire un
montage
qui
nous semble bienrépondre
aux conditions deprécision
et derapidité
recherchées enanalyse
spectrale.
Principe.
- Lafigure 1
schématise lemontage
habituellement
adopté
enanalyse
spectrale
pourFig, i.
éclairer par la source S la fente F du
spectrographe
dont le collimateur estaligné
surzz’,
axeoptique
du
système
de deux lentillesL, L2 :
Li
donne de S uneimage SI
surL2;
L,
donne dudiaphragme
deL,
uneimage
dontle
plan
contient la fente F.Fig. 2.
Partageons
lediaphragme
deLi
(vu
de facefig.
2)
en n
segments
de cercle de hauteurségales
au moyende droites
d2, A3’ A4,
...,de trace,
d2, d3, d4,
..., surla
figure
I .Chaque
segments
telque d1 d2
a sonconjugué
d’, d’>
dans leplan image
contenant F. Enregard
dusegment
dl d2 plaçons
un miroirMI,2
orienté de telle
façon
qu’il
donne uneimage
vir-tuelle S d’une source S’. Nous pouvons alors
placer
la source réelle en S’ sans que rien ne soit
changé
en
d’,
d’,.
Un miroir
Mgg jouera
un rôleanalogue
pour lesegment d2
d3
en donnant d’une autre source S" uneimage
virtuelleplacée
de nouveau en S. Endéfinitive,
lesprojections,
sur leplan
de F desn
segments
dudiaphragme
deL, correspondront
à n sources différentesS’, S",
..., Sn.Chaque
segment
de fente sera éclairé par une source et uneseule
(en
isolant les différentstrajets
optiques
par desdiaphragmes
appropriés).
L’ensemble des sourcesse
comporte
néanmoins comme la sourceunique
Sdu
montage
classique
couvrant- l’ensemble de tous lessegments
découpés
surLI-Le
spectrogramme
seprésente
alors comme unejuxtaposition
en hauteur de nspectres
correspondant
aux n sources.
(En pratique,
suivant letype
dugénérateur
d’étincelles,
on a n ~Io).
Ces dernières62
montées en série sont excitées simiillanément
(et
photographiées
en mêmetemps
comme on vientde le
voir).
Lecliché,
développé
etphotométré
dans les conditionshabituelles,
fournit les teneurs cherchées parapplication
de la méthode de l’étaloninterne
généralement adoptée.
Données
pratiques.
-- Ledispositif
de lafigure
1est incommode à
réaliser;
onpourrait
penser àle
remplacer
par celui de lafigure
3 : n miroirsFig. 3.
’
sphériques
identiques
dont les sommets sontrégu-lièrement
répartis
sur un cercle centré surS,
anciennesource
unique
donnent de leurs sourcesrespectives
uneimage
réelleplacée
enS,
point
de concoursde leurs axes. Le miroir M par
exemple,
donne de la source S~ uneimage
Squi,
par desdiaphragmes
convenables(D
est l’und’eux)
éclaireuniquement
lesegment dl d2
deLI-
Ladisposition qui
va être décrite nousparaît
plus simple
à réaliser que laprécédente.
Fig. 4.
Il est commode de
dispo-ser
les miroirsplans
dontnous avons
parlé
au début autour d’uncylindre
de révolution de telle sorte que leur ensemble formeune surface
prismatique
circonscrite à cecylindre.
La
largeur
de chacun des miroirs étantpetite,
onpourra tailler le tout dans un même bloc de verre;
une solution
théoriquement
moinsbonne,
maisplus
simple
enpratique,
consiste àremplacer
la surfaceprismatique
par lecylindre
inscrit,
chaque
tranche du miroircylindrique comprise
entre deuxgénératrices
voisines secomporte
alorsapproxi-mativement,
pour le but àatteindre,
comme lepetit
miroir-plan
de mêmelargeur,
tangent
lelong
de lagénératrice
moyenne.Dans la
suite,
on supposequ’on
utilise un miroircylindrique;
les résultats sont immédiatementappli-cables au miroir
prismatique
circonscrit.*
Le rayon et la
position
du miroir sontarbitraires;
leur choix est
simplement guidé
par laposition
dessources réelles
qui
doivent être accessibles et suffi-saniment écartées les unes des autres. Dansl’exemple
qui
suit,
les sources sont toutes situées d’un même côté de zz’ et leur écartement est sensiblementconstant. D’autres
dispositions
sont évidemmentpossibles.
~
Fig. 5
Sur les
figures
4
et5,
faites dans leplan
desymétrie
dusystème,
S est la source fictive d’où semblentémaner les rayons issus de sources réelles
après
réflexion.Ces rayons tombent sur la lentille
Lf.
0 est le centre du cercle de section droite du miroir. L’axeoptique SA,
deLI
coupe le cercle enM0;
l’angle MO0S
a été choisi
égal
à45°;
le rayon du miroir2,5
cm, la distance SO = d = s cm, ladistance
SAo
= 8 cm, le diamètre deLi
est i cm.Les
points A,, A2, A3,
...,A-l’ A-2, A-3’
..., 1déli-mitent sur
L,
les zones réservées àchaque
source;les rayons
SA2,
... , 1délimitent
sur lemiroir,
en
M1 M2,
les zonescorrespondantes.
Lesangles
~?2, ..., 1 sont relatifs aux milieux de chacune de
ces zones
découpées
sur la lentille.On a :
On passe de à en
ajoutant
0,1 i w
=
0,01200.sin y,
puis
sin(en
-qn)
par la relationd’où 0,,. La
position
de la source Sn s’en déduitaussitôt;
fait avec SOl’angle
0,,
et(Les
sources ~,~ sont situées surl’homothét’iciue
de la
podaire
du cercle parrapport à
S dansl’homo-thétie de centre S et de
rapport
2).
On trouve ainsi pour les valeurs de
0n
et de p,,(00
et Po necorrespondent
pas à unesource) :
Des
diaphragmes
convenablementplacés
sontnécessaires pour que
chaque
portion
de. la lentillene
reçoive
de rayons que de la sourcequi
luicorres-pond.
Fig. 6.
La
figure
6représente,
simplifiée,
la réductiond’une
épure
exactecorrespondant
auxdétermi-nations ci-dessus.
Vérification
expérimentale.
- Le laboratoirene
possédant
pas d’installationd’analyse spectrale
quantitative,
la réalisationcomplète
dudispositif
décrit n’a pas étéentreprise.
Nous n’en avons pas moins effectué des essais dont les résultats
justifient
le bien-fondé de latechnique
proposée.
Eneffet,
si lapai~tie
optique
dumontage
ne nous semble pas souleverd’objections,
il n’en est pas de même pour la
partie électrique;
nous avons donc vérifié sur une installation exté-rieure les
points
fiuivants :Régularité générale
de ladécharge;
"-7Constance
desrapports
d’intensité des raiesspectrales;
Identité de
comportement
de diversespaires
d’électrodes.Les essais ont été effectués sur une installation
d’analyse
Zeiss avecspectrographe
Qu
24
etgéné-rateur d’étincelles Feussner modèle 2. Ils n’ont
porté
que sur desalliages
ferreux."
a. Régularité générale
de ladécharge.
-- Un statifà 7
paires
d’électrodes(cylindriques,
diamètre de la sectionplane,
3,5
mm)
alimenté en série dansles conditions
habituelles,
tensions 12
oooV,
self :800 ooo cm,
capacité
3ooo cm, s’estcomporté
defaçon
tout à faitnormale,
l’espace
entre électrodes étant réduit à 1,2 mm. Lesétincelles,
suffisammentnourries,
jaillissaient régulièrement
sur toute la section des électrodes. Au bout de 20 mn defonction-nement
ininterrompu,
l’étincelle a tendance à selocaliser;
cetemps
dépasse
d’ailleurslargement
celui d’une pose avec
flambage.
b. Gonstance des
rapports
d’intensité des raiesspectrales.
- Des essais derégularité
ont été faitssur des
couples
de raies utilisés pour ledosage
dumanganèse.
Entraçant
la courbetemps-différences
de noircissementfer-manganèse
pour unepaire
d’électrodes,
on constate :1 °
Que
ladispersion
despoints
représentatifs
est lamême,
que cettepaire
soit alimentée seuleou en série avec les six
autres;
~~
Que
dans le dernier cas, lerégime
de stabilité est atteint au bout d’untemps
légèrement
plus
long.
c. Identité de
comportement
des diversespaires
d’électrodes. - L’étude de ce
point
a été faite surdes
spectrogrammes
obtenus dans les conditions suivantes :Statif
a. 7
paires
d’électrodes ensérie;
Métal : acier STUB rep.
2~.0;
Diamètre
des électrodes3,5
mm,écarte-ment 1,2 mm.
Spectrographe : largeur
de fenteo,4
mm(1);
Excitation : V ---. 12 ooo
V,
C = 3000 cm,L =800 ooo cm;
Décharge
préalable :
5 mn; pose :4 min.
’
Ces
spectrogrammes
comprenaient
deux groupesimbriqués
decinq
spectres
chacun;
ungroupe,
correspondait
à lapaire
d’électrodes extrêmes no1,
l’autre à la
paire
centrale n° 4. .La
comparaison
des deux ensembles de valeurscorrespondantes
faite sur lerapport
des déviations Fe2880 /Mn 2939
n’a conduit à aucune différence64
la
chaf ne,
toutes lespaires
d’électrodes semblent donc secomporter
defaçon
identique
en cequi
concerne lesrapports
d’intensité des raies.Caractéristiques
de latechnique
proposée.
-Précision des
dosages.
- L’alimentationen série
par le même
générateur
et laphotographie
simultanée des échantillons et des étalonsparaît
éliminer laplus importante
cause d’erreur enanalyse spectrale,
à savoir
l’irrégularité
de l’excitation.Sont éliminées
également
les erreurs detemps
sur leflambage
et la pose.Enfin,
laprobabilité
d’une erreur de manoeuvreest bien moindre que dans le cas habituel des élec-trodes
photographiées
séparément.
Rapidilé d’analyse.
~. Larapidité
d’analyse
caractéristique
de la méthodespectrographique
est considérablement acccrue. Dans le cas courant de 10paires
d’électrodes parexemple,
l’enregis-trement d’une série de
spectres
nécessite 70 man,soit
7’
parpaire
(mise
enplace
desélectrodes,
etc. :~’,
ilambage : 4’, pose :
2’).
Dans le
dispositif
du Laboratoire Central de l’Armement où ungain
important
derapidité
aété obtenu en flambant 3
paires
d’électrodespendant
qu’une quatrième
estphotographiée,
l’enregistre-ment de 10paires
se fait en 26’(mise
enplace
desélectrodes: 2’,
premier flambage :
~’,
pose 10 fois :z’).
Dans le
dispositif proposé,
laprise
de vue est terminée en II’(mise
enplace
desélectrodes-écartement par cale
unique :
2’,
flambage :
5’,
pose :4’).
Conclusion. - Latechnique
décrite nousparaît
devoir contribuer au
perfectionnement
del’analyse
spectrale,
tant enprécision
qu’en
rapidité.
Elle nenécessite aucun remaniement des installations
habi-tuelles,
l’adjonction
d’un miroirunique
estcom-pensée
par lasuppression
descompte-poses.
Il serait souhaitable de chercher à combiner ccdispositif
avec laremarquable
méthode des trois raies de R. Castro[4].
Manuscrit reçu le i maris
’
BIBLIOGRAPHIE.
[1] H. B. VINCENT et R. A. SAWYER, Spectrochim. Acta, 1939, 1, p. 131-136.
[2] Cinquième Congrès du G. A. M. S., janvier 1946, p. 11.
[3] A. CORNU, C. R. Acad. Sc., 1946, 222, p. 1341-1342. [4] R. CASTRO, Rev. de Métallurgie, 1942, Mém. 39, p.
