Spectroscopie atomique

La spectroscopie atomique est une méthode de spectroscopie dont le but est d'analyser quantitativement ou qualitativement environ 70 éléments (métaux, métalloïdes et non-métaux)[1]. Il existe plusieurs grandes familles de spectroscopie atomique : la spectroscopie de masse atomique, la spectroscopie optique atomique et la spectroscopie des rayons X.

Atomisation

L'atomisation est la dissociation d’une espèce chimique en atomes libres[2]. La spectroscopie de masse atomique et la spectroscopie optique atomique ont besoin d’une étape d’atomisation de l’échantillon pour permettre son analyse. L'atomisation peut avoir lieu par différentes méthodes dont les plus connues sont présentées dans le tableau suivant[3].

Nom en français	Nom en anglais	Sigle	Température d'atomisation
Flamme	Flame		1700 - 3150 °C
Électrothermie	Electrothermy		1200 - 3000 °C
Arc électrique	Electric arc		4000 - 5000 °C
Étincelle électrique	Electric spark		40000 °C ?
Plasma à décharge luminescente	Glow Discharge	GD	Non thermique
Plasma d'argon à courant continue	Direct current plasma	DCP	6000 - 8000 °C
Plasma à micro-ondes induits (en)	Microwave induced plasma	MIP	2000 - 3000 °C
Plasma d'argon à couplage inductif	Inductively coupled plasma	ICP	6000 - 10000 °C

La spectroscopie des rayons X n'a pas besoin de cette étape d’atomisation.

Spectrométrie de masse atomique

La spectrométrie de masse atomique est un type de spectroscopie atomique. Les principales spectrométries de masse atomiques sont présentées dans le tableau suivant selon leur méthode d'ionisation.

Sigle	Nom en français	Nom en anglais	Méthode d'ionisation	Source d'ions atomiques	Analyseur de masse
ICP-MS	Spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif	Inductively coupled plasma mass spectrometry	Plasma d'argon à couplage inductif	Plasma d'argon à haute température	Quadripôle
DCP-MS	Spectrométrie de masse à plasma à courant continu	Direct current plasma mass spectrometry	Plasma d'argon à courant continue
MIP-MS	Spectrométrie de masse à plasma à micro-ondes	Microwave induced plasma mass spectrometry	Plasma à micro-ondes induits
SS-MS	Spectrométrie de masse à source à étincelle	Spark source ionization mass spectrometry	Ionisation par étincelle électrique (en)	Étincelle électrique à radiofréquence	Double focalisation
TI-MS	Spectrométrie de masse à ionisation thermique (en)	Thermal ionization mass spectrometry	Ionisation thermique (en) - TI	Filament métallique chauffé électriquement
GD-MS	Spectrométrie de masse par décharge luminescente	Glow discharge mass spectrometry	Décharge luminescente	Plasma à décharge luminescente
SI-MS	Spectrométrie de masse des ions secondaires	Secondary ion mass spectrometry	Ion secondaire - SI	Bombardement par ions accélérés
LM-MS	Spectrométrie de masse par microsonde laser	Laser microprobe mass spectrometer	Microsonde laser - LM	Rayon laser focalisé	Temps de vol - TOF

Spectroscopie électromagnétique atomique

Deuxième schéma : spectroscopie d'émission atomique. Troisième schéma : spectroscopie d'absorption atomique.

La spectroscopie électromagnétique atomique englobe la spectroscopie optique atomique et la spectroscopie des rayons X.

Les rayonnements électromagnétiques exploités vont du visible jusqu'aux rayons X :

Onde électromagnétique	Constituants excités de l’atome	Spectroscopie
Ultraviolet et Visible	Les électrons de valence (externes)	Spectroscopie optique
Rayons X	Les électrons de cœur (proches du noyau)	Spectroscopie des rayons X

Les principaux phénomènes utilisés sont l'émission, l'absorption et la fluorescence.

Spectroscopie d'absorption

L'absorption de radiations par un échantillon a lieu quand il est excité par une source d'ondes électromagnétiques, on parle de spectroscopie d'absorption atomique.

Nom en français	Nom en anglais	Méthode d'excitation	Méthode d'atomisation	Exemples[4]	Détection
Spectroscopie d’absorption atomique (SAA)	Atomic absorption spectroscopy (AAS)	Rayons électromagnétiques surtout UV-Visible	Flamme	Flame AAS (F-AAS)	Rayons électromagnétiques surtout UV-Visible non absorbés
			Électrothermie	Electrothermal AAS (ET-AAS) ou spectroscopie d'absorption atomique par four graphite (GF-AAS) ou SAA-ET ou SAAE
			Techniques de génération de vapeur	Spectrométrie d’absorption atomique à vapeur froide (CV-AAS) et spectrométrie d'absorption atomique par génération d'hydrure (HG-AAS)
Spectroscopie d'absorption des rayons X (SAX)	X-ray absorption spectroscopy (XAS)	Rayons X	Pas d'atomisation	XANES, EXAFS	Rayons X non absorbés

Spectroscopie d'émission

L'émission de radiations par un échantillon a lieu quand il est excité thermiquement, électriquement ou par une source d'ondes électromagnétiques, on parle de spectroscopie d'émission atomique.

Nom en français	Nom en anglais	Méthodes d'excitation et d'atomisation	Exemples	Détection
Spectroscopie d’émission atomique (SEA)	Atomic emission spectroscopy (AES)	Arc électrique	Spectroscopie arc (arc atomic emission spectroscopy, en anglais)	Rayons électromagnétiques surtout UV-Visible émis
		Décharge électrique	Spark atomic emission spectroscopy, en anglais
		Flamme	Spectroscopie d'émission de flamme (SEF), encore appelée photométrie de flamme (flame emission spectroscopy, en anglais)
		DCP	Spectroscopie d’émission atomique à plasma à courant continu
		MIP	Spectroscopie d’émission atomique à plasma à micro-ondes induits
		ICP	Spectrométrie d'émission atomique à plasma à couplage inductif (SEA/ICP) (inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy (ICP-AES), en anglais)
Spectroscopie d'émission de rayons X (de)	X-ray emission spectroscopy (XES)	Excitation par radiations d'électrons, pas d'atomisation		Rayons X émis
Spectroscopie d'émission de rayons X induite par des particules chargées	Particle induced X-ray emission (PIXE)	Excitation par radiations de particules chargés (ions), pas d'atomisation

Spectroscopie de fluorescence

La fluorescence (absorption puis émission de radiation) d'un échantillon a lieu quand il est excité par une source d'ondes électromagnétiques, on parle de spectroscopie de fluorescence atomique.

Nom en français	Nom en anglais	Méthode d'excitation	Méthode d'atomisation	Exemples	Détection
Spectroscopie de fluorescence atomique (SFA)	Atomic fluorescence spectroscopy (AFS)	Radiations provenant d'une lampe pulsée	Flamme		Fluorescence surtout UV-Visible
			Électrothermie	SFAE
			ICP	Spectroscopie de fluorescence à plasma à couplage inductif
			Techniques de génération de vapeur	Spectroscopie de fluorescence atomique à vapeur froide (CVAFS)
Spectroscopie de fluorescence des rayons X (SFX)	X-ray fluorescence spectroscopy (XRF)	Rayon X	Pas d'atomisation		Fluorescence de rayons X

Propriétés

Le principal avantage de la spectroscopie atomique est sa grande sensibilité. Sa principale limitation est qu'elle est destructive car l'échantillon doit être atomisé pour qu'il puisse être analysé[5].

Revues scientifiques

• Journal of Analytical Atomic Spectrometry
• Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy

Références

1. « Absorption (AAS) et émission atomique (AES) », sur ualg.pt via Wikiwix (consulté le 10 juin 2023).
2. Vocabulaire de la chimie et des matériaux, Termes, expressions et définitions publiés au Journal officiel, FranceTerme, 2018
3. Douglas Arvid Skoog, F. James Holler, Timothy A. Nieman, Principes d'analyse instrumentale, De Boeck Supérieur, 2003
4. Richard Koplík, Advanced strategies in food analysis, Atomic spectrometry, http://web.vscht.cz/~poustkaj/en%20asfa%20au%20koplik%20atomic%20spectrometry.pdf
5. Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, chapitre : Spectroscopy, optical de Robin S. Mc Dowell et James F. Kelly, Wiley-Interscience, 1997