Analyse directe de catalyseur par couplage ablation LASER : spectrométrie d'émission atomique dans un plasma à couplage induit

Direct analysis of catalysts by coupling laser ablation and inductively coupled plasma

• Auteur / Autrice : Guillaume Alloncle
• Direction : Nicole Gilon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Lyon 1

Mots clés

Mots clés contrôlés

Aérosols

Catalyse hétérogène

Résumé

L’analyse élémentaire est indispensable en catalyse hétérogène, mais coûteuse en temps, particulièrement pour les matrices complexes à minéraliser. L’analyse directe d’échantillons par couplage entre l’ablation laser et les plasmas à couplages induit (ICP) apparaît comme une alternative intéressante à la fluorescence X ou à l’ICP. L’ablation laser nécessite cependant une connaissance des mécanismes impliqués lors de l’analyse. L’objectif de cette étude est l’évaluation des performances du couplage entre l’ablation laser et la spectrométrie d’émission atomique dans un plasma à couplage induit (LA-ICP-AES) pour l’analyse des catalyseurs. Une comparaison des stratégies d’étalonnage montre que les performances en termes de linéarité, répétabilité et justesse sont améliorées par l’utilisation d’un étalon interne. Les effets de matrice, ainsi que le fractionnement, sont efficacement compensés par l’étalon interne. Cependant, certains biais sur les concentrations mesurées apparaissent en multipliant les différences entre étalons et échantillons. L’étude des mécanismes impliqués dans l’ablation des catalyseurs a montré que l’aérosol transporté vers l’ICP était issu de la vaporisation de l’échantillon et de sa condensation sous une forme fortement cristalline. La distribution des éléments catalytiques entre les particules formées varie en fonction de leurs tailles. Les différences de composition globale au cours de l’analyse sont mineures pour un catalyseur faiblement chargé en élément et majeures pour un catalyseur fortement chargé en métaux. Malgré ce fractionnement, la mise en place du couplage LA-ICP-AES en catalyse est intéressante pour de nombreuses applications

Inorganic analyses are compulsory in heterogeneous catalysis. Classical techniques are time consuming, especially for alumina or silica matrixes, because of mineralization step. Direct analysis of solids by coupling laser ablation to ICP-AES appears as a promising alternative to XRF or ICP, with a total analysis time of few minutes. Laser ablation, affected by fractionation effects, requires knowledge of mechanisms occurring during ablation. Accurate quantitative analyses require a sufficient matrix matching between samples and standards. The purpose of this work is the evaluation of LA-ICP-AES coupling for the direct analysis of heterogeneous catalysts and the understanding of mechanisms involved. Results, obtained on different kind of catalysts, show that analytical performances in terms of linearity, repeatability and accuracy are significantly improved with the use of an internal standard and are comparable with XRF. Nevertheless, significant bias appears when samples and standards matrixes differ significantly. The study of mechanisms involved in the ablation of catalysts showed that the aerosol transported to the ICP is generated from the vaporization if the sample and its condensation into highly crystalline nano-particles and microparticles. Chemical composition of the aerosol revealed the occurrence of fractionation of elements between the two particles types. Even if fractionation occurs, the use of LA-ICP-AES coupling into the field of heterogeneous catalysis is promising for the quick diagnostic by qualitative analysis, quantitative analysis with appropriate standards, and localized analysis for mapping