Analyse ponctuelle des inclusions fluides dans les minéraux par ablation laser femtoseconde ICP-MS : développements et validation

Femtosecond laser ablation-ICP-MS analysis of fluid inclusions : developments and validation

• Auteur / Autrice : Clément Courtieu
• Direction : Damien Guillaume
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Développement analytique
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Inclusions fluides

Ablation laser (fabrication)

Lasers

Mots clés libres

Inclusion fluide

Ablation laser

Femtoseconde

Quartz

La-icp-ms

Infrarouge

Capillaire

Développement analytique

Résumé

Le but de cette thèse est de valider l'utilisation d'un laser femtoseconde à lumière infrarouge comme alternative efficace pour l'ablation contrôlée et reproductible d'inclusions fluides naturelles ou synthétiques. Nous avons étudié le comportement du quartz à l'ablation femtoseconde infrarouge, et nous avons pu mesurer des seuils d'ablation de 0,06 à 2,9 J. Cm-2 en fonction de l'état de surface de l'échantillon. Des taux d'ablation ont été calculés sur les 1000 premiers tirs d'ablation : 0,58 µm/tir constant pour une lentille longue focale, de 0,42 à 0,02 µm/tir pour un objectif à focale courte. Nous nous sommes intéressés en premier lieu aux effets de matrices lors de l'ablation femtoseconde de trois échantillons de matrices différentes, utilisés comme standards externes pour l'analyse LA-ICP-MS des inclusions fluides : des inclusions synthétiques, des capillaires et des verres synthétiques NIST. Aucun effet de matrice n'a été constaté, et le couplage capillaires - verres NIST donne les meilleurs résultats de calibrage des inclusions fluides sur un grand nombre d'éléments, notamment le chlorure. Nous avons ensuite mesuré des concentrations d'éléments dans des inclusions fluides naturelles. Les concentrations s'étalent sur 6 ordres de grandeurs, avec des limites de détection en accord avec la littérature. Ces résultats ont été comparés à des méthodes destructives validées pour l'étude des inclusions fluides, le LIBS et l'ablation laser ICP-MS nanoseconde. La comparaison des trois méthodes a permis de mettre en évidence la faisabilité du laser femtoseconde comme système d'ablation pour l'étude des inclusions fluides.

This thesis aims to validate the use of an infrared femtosecond laser as a valid alternative for controlled and reproducible LA-ICP-MS studies of natural or synthetic fluid inclusions. The ablation behaviour of quartz using the infrared femtosecond laser has been studied, and ablation thresholds were calculated from 0. 06 to 2. 9 J. Cm-2 depending on the sample surface condition. Ablation rates were also studied in the first 1000 laser shots. They are strongly related to the ablation optic (and thus the focal length of the optical setup). Using a long-focal lens, ablation rate was constant and equal to 0. 57µm/shot, whereas using a short-focal objective, rates starts at 0. 42 and diminishes to 0. 02 µm/shot. Matrix effects during ablation were studied using three common external standards for LA-ICP-MS studies of fluid inclusions: synthetic fluid inclusion, glass microcapillaries and NIST standard glasses. No matrix effect was observed, and using both microcapillaries and NIST standard glasses as external standard for LA-ICP-MS studies of fluid inclusions gives the most reproducible results for a large number of chemical elements, even for chlorine. Femtosecond LA-ICP-MS studies were finally carried out on natural, highly saline fluid inclusions. Concentrations were measured on six orders of magnitude, and limits of detection were comparable to literature. These concentrations were then compared to other destructive method: LIBS and nanosecond ultraviolet LA-ICP-MS of fluid inclusions. Comparison between the three methods proved that femtosecond infrared lasers are a viable option for LA-ICP-MS studies of fluid inclusions.