Photométrie de flamme – Analyse des métaux alcalins et alcalino-terreux
Avec un coût de mesure d’environ 1 centime seulement par analyse, la photométrie de flamme (AES) constitue actuellement la méthode la plus économique pour la détermination des métaux alcalins et alcalino-terreux. Les photomètres de flamme modernes remplacent de plus en plus les techniques d’analyse élémentaire coûteuses et chronophages, telles que l’AAS, l’ICP-OES, les titrages classiques ou les mesures à l’aide d’électrodes sélectives d’ions.
Grâce à des avancées techniques et à des concepts de sécurité améliorés, la série FP8000 d’Optronic de KRÜSS ouvre de nouveaux domaines d’application pour les utilisateurs soucieux des coûts – du contrôle automatisé de la réception de marchandises jusqu’à la qualification des masques FFP conformément à la norme DIN 149.
La mesure relative AES permet de détecter de manière fiable des concentrations très faibles : l’affichage des résultats dans des unités précises telles que les ppm et les ppb constitue un atout pour la précision analytique et la prise de décisions éclairées.
Contenu
parties par billion
Le ppb désigne une unité de concentration sans dimension et l’abréviation de « parts per billion » (parties par milliard). Il est utilisé, par exemple, dans l’analyse des résidus et indique combien d’unités de poids ou de volume d’une substance sont contenues dans un milliard d’unités d’une autre substance. Exemple : pour la production de micropuces, l’industrie des semi-conducteurs a besoin de silicium contenant moins de 1 ppb d’atomes étrangers sous forme d’impuretés – c’est-à-dire du silicium pur à plus de 99,9999999 %.
Spectrométrie d’émission atomique
La spectrométrie d’émission atomique (AES) est une méthode d’analyse principalement utilisée pour déterminer, de manière économique, précise et rapide, la concentration en métaux alcalins et alcalino-terreux dans des solutions aqueuses. Il s’agit d’une mesure relative, dans laquelle la concentration inconnue d’un échantillon est déterminée par comparaison avec une concentration connue comme standard.
parties par million
L’indication de concentration ppm est l’abréviation de « parts per million » et se traduit par parties par million. Une valeur de 10 ppm signifie donc, par exemple, qu’il y a 10 milligrammes d’une substance dans un kilogramme d’une autre substance. L’eau ayant une densité d’environ 1 L par kilogramme à température ambiante, on assimile souvent ppm à mg/L en analyse. Exemple : l’eau minérale ne peut être qualifiée de « pauvre en sodium » que si la teneur en sodium de l’eau est inférieure à 20 ppm.
Comment fonctionne un photomètre de flamme ?
Qu’est-ce qui est mesuré ?
Nous connaissons le principe de la photométrie de flamme grâce aux cours de chimie : lorsque des métaux potassiques ou alcalins sont introduits dans une flamme très chaude, celle-ci prend une couleur caractéristique de l’élément concerné. Lors de la mesure en laboratoire AES, la substance à analyser est aspirée sous forme de solution aqueuse par simple pression d’un bouton et finement nébulisée (aérosol) au moyen d’air comprimé servant de gaz porteur. Elle est ensuite vaporisée dans une flamme faiblement lumineuse. L’excitation thermique de la flamme fait briller les atomes – chacun avec sa propre longueur d’onde caractéristique.
Principe de l’analyse élémentaire du Na, du K, du Ca et du Li
Le rayonnement émis est sélectionné par un filtre optique adapté à chaque élément, de sorte que seule la lumière d’une longueur d’onde à la fois parvient au photodétecteur correspondant. Par défaut, plusieurs détecteurs sont utilisés simultanément, ce qui permet de déterminer plusieurs éléments en même temps.
Plus la concentration d’un élément est élevée, plus la quantité de lumière qu’il émet est importante. La luminance permet de déterminer la concentration de la solution de mesure. Les photomètres de flamme modernes
calculent automatiquement les ajustements de courbes nécessaires qui compensent les effets non linéaires et permettent une grande précision quantitative.
Procédure de mesure et fonctions de sécurité
La spectrométrie d’émission atomique (AES) fournit, en seulement 30 secondes, un résultat de concentration précis à huit chiffres, tout en respectant l’ensemble des normes industrielles applicables. Avec un débit pouvant atteindre 120 mesures par heure et la possibilité d’un fonctionnement entièrement automatisé 24 heures sur 24, la série FP8000 offre une technologie hautement efficace. Voici le montage du photomètre de flamme, avec le détail du processus de mesure complexe.
Mélange optimal, précision de la mesure
Un appariement parfaitement équilibré entre l’échantillon, le gaz et l’air garantit une précision optimale. La solution d’analyse est automatiquement diluée et finement nébulisée par effet Venturi. Les gouttes trop grosses sont retenues dans la Chambre de nébulisation et soumises à une surveillance par un capteur de gouttes. Le débit de l’échantillon et le nébuliseur sont ainsi régulés de manière optimale pour la mesure.
Des valeurs stables grâce à une flamme bien définie
L’échantillon finement nébulisé est mélangé dans la chambre de mélange de gaz avec du propane ou de l’acétylène afin d’obtenir un mélange idéal d’échantillon, de gaz et d’air. Pour une stabilité maximale, un système composé de 12 buses de gaz forme une flamme parfaitement définie. Des flux d’air précis et un cylindre en verre protecteur garantissent une flamme stable, ce qui constitue la base de mesures fiables et constantes.
Analyse précise grâce à des capteurs photoélectriques de haute précision
Sous l’effet d’une excitation thermique, des éléments tels que le sodium, le potassium, le calcium et le lithium émettent de la lumière à des longueurs d’onde caractéristiques. Les capteurs photoélectriques de haute précision détectent ces signaux et permettent la mesure simultanée de cinq éléments au maximum. Il est également possible de déterminer avec certitude différentes plages de concentration d’un même élément.
La sécurité grâce à un refroidissement et une surveillance efficaces
Un flux d’air de refroidissement intégré abaisse la température de l’air évacué à moins de 50 °C, renforçant ainsi la sécurité de l’utilisateur. Parallèlement, l’appareil effectue en permanence la surveillance de la flamme et ferme automatiquement les soupapes de sécurité en cas d’anomalie. Avec jusqu’à 120 mesures par heure et un fonctionnement entièrement automatisé 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, le système fournit en seulement 30 secondes des résultats de mesure à huit chiffres d’une grande précision, conformes aux normes industrielles.
Les photomètres de flamme offrent une grande précision à un prix abordable. La comparaison entre différentes méthodes de mesure permet de mettre en évidence l’ampleur de ce gain d’efficacité.
Photométrie à flamme – Comparaison avec d’autres méthodes de mesure
Les photomètres de flamme KRÜSS Optronic sont très économiques : les coûts d’exploitation par mesure se situent dans une fourchette de quelques centimes. Cela s’explique par la faible consommation d’étalons et de Gaz de combustion, ainsi que par un mode de mesure simple et résistant à l’usure.
- En comparaison, les méthodes d’absorption alternatives telles que la spectrométrie d’absorption atomique (AAS) entraînent des coûts nettement plus élevés : le simple remplacement d’une lampe à cathode creuse pour un seul élément peut coûter plusieurs centaines d’euros.
- Les Gaz de combustion utilisés dans la méthode de mesure AES, tels que le propane ou l’acétylène, sont peu coûteux et faciles à manipuler. Autre avantage de la série FP8000 : les applications peuvent préparer elles-mêmes leurs solutions d’étalonnage non seulement à partir d’étalons disponibles dans le commerce, mais aussi à partir de sels peu coûteux.
- De plus, les photomètres de flamme permettent d’éviter l’élimination coûteuse des réactifs dangereux et des produits de réaction, comme c’est souvent le cas avec d’autres méthodes d’analyse.
| photomètre de flamme |
AAS (méthode alternative) |
ICP-OES (méthode alternative) | Électrodes (alternative) | Spectromètre de masse (alternative) | |
|---|---|---|---|---|---|
| Éléments mesurables | Métaux alcalins et alcalino-terreux | NOMBREUX | NOMBREUX | Un élément par électrode | TOUS |
| précision | HAUTE | MOYENNE | MOYENNE | MOYENNE | TRÈS HAUTE |
| Limites de détection | ppb à ppm | ppb à ppm | ppb à ppm | ppb à ppm | ppt et plus petit |
| Coût par mesure | FAIBLE | MOYEN | HAUTE | FAIBLE | TRÈS HAUTE |
| Vitesse de mesure | TRÈS RAPIDE | MOYENNE | MOYENNE | LENTE | MOYENNE |
| Mesures multi-éléments | OUI | sous certaines conditions | OUI | NON | OUI |
| Utilisation de l’appareil | SIMPLE | EXIGEANTE | EXIGEANTE | SIMPLE | TRÈS EXIGEANT |
| Création de méthodes | TRÈS SIMPLE | SIMPLE | COMPLEXE | SIMPLE | COMPLEXE |
| 24/7 – Mode de mesure | OUI | OUI | OUI | sous certaines conditions | sous certaines conditions |
Un article sur l’analyse élémentaire par photomètre de flamme (AES) a également été publié dans la revue LABO. Vous pouvez télécharger l’intégralité du numéro de la LABO ici (édition complète) ou lire l’article directement sur le site de la LABO en version en ligne.
Contribution d’A.KRÜSS à l’analyse des éléments en LABO
Domaines d’application
La spectrométrie d’émission atomique est conforme à toutes les normes et standards internationaux majeurs, tels que les BPF/BPL, le 21 CFR Partie 11 et l’annexe 11 de l’UE. Elle est technologiquement révolutionnaire, rapide, performante et très précise.
Grâce à de nombreuses améliorations techniques, le champ d’application est aujourd’hui très varié : la série FP8000 est particulièrement adaptée aux processus industriels exigeant une grande fiabilité ou un fonctionnement continu sans restriction. Les appareils de mesure offrent des options de commande à distance très sûres.
Grâce à la conception modulaire des appareils d’analyse, il est possible à tout moment d’étendre leurs fonctionnalités à l’aide de kits de mise à niveau. Il est ainsi possible de réagir immédiatement à l’évolution des exigences applicatives, par exemple avec un échantillonneur ou un dilueur automatique (Diluter).
Lorsqu’il s’agit de déterminer la concentration d’éléments alcalins et alcalino-terreux, ils sont l’instrument de mesure de choix dans de nombreux laboratoires. Nous avons établi une liste des principales applications et des modèles d’appareils recommandés.
Domaines d’application des photomètres de flamme
Mode d’emploi – Vidéos pratiques réalisées par des experts
Acheter un photomètre de flamme : découvrez tous les avantages dans cette vidéo
Les analyses complexes en laboratoire nécessitent généralement des formations coûteuses et longues pour le personnel et une élaboration minutieuse des méthodes. Le fonctionnement de nos photomètres de flamme ne nécessite qu’une formation minimale, car la technique de mesure est simple ; les appareils de la série FP8000, en particulier, sont dotés de mécanismes de sécurité automatisés et d’un système intelligent d’analyse des données de mesure. Nos clients apprécient la simplicité de l’utilisation intuitive du logiciel convivial.
La série FP8000 permet d’utiliser des étalons de calibration préparés par vos soins, dont les concentrations peuvent être choisies librement.
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