Etude de la détection des molécules neutres générées par ablation laser dans différentes conditions de longueur d'onde et d'irradiance

Neutral molecular species generated by laser ablation studied under various wavelengths and power densities

• Auteur / Autrice : Abdelkrim El Ouachini
• Direction : Jean-François Muller
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie - Physique
• Date : Soutenance en 1998
• Etablissement(s) : Metz
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LSMCL - Laboratoire de Spectrométrie de Masse et de Chimie Laser - EA 1094

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectroscopie laser

Chromatographie en phase gazeuse

Faisceaux laser

Pyrolyse

Résumé

Les travaux menés ont pour objectif de présenter la conception de dispositifs expérimentaux permettant le couplage direct ou indirect entre la pyrolyse laser (Py laser) de matériaux organiques et leur analyse par chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (GC/MS). Après avoir fait le point sur les techniques de pyrolyse analytique et sur le phénomène d'interaction laser-matière, ce mémoire décrit plus particulièrement l'instrumentation utilisée et les montages conçus au laboratoire pour mettre en place les deux types de couplage entre Py laser et GC/MS. Afin de mettre en évidence le rôle de la longueur d'onde et de l'irradiance, la partie expérimentale de ce travail s'est articulée autour de deux axes complémentaires. Le premier a consisté à étudier la réactivité d'agrégats carbones Cn de petite taille (n < 20) formes lors de l'interaction laser-graphite à une irradiance de 2. 10[à la puissance]9 W. Cm[à la puissance]-2 en présence de benzène en phase liquide ou gazeuse, utilisé pour piéger et solubiliser les composes formes. Ceux-ci sont concentrés avant d'être analysés : il s'agit d'un couplage Py laser - GC/MS indirect. La variation des paramètres expérimentaux (longueur d'onde du laser, état physique du benzène) a permis d'estimer leur influence sur la nature et la taille des molécules obtenues. Les résultats montrent l'importance du dimère C2 dans les processus de formation des agrégats carbonés. Le second axe de recherche a consisté à évaluer les performances d'une microcellule d'ablation laser et du système de transfert direct des pyrolysats vers l'appareil d'analyse. Au moyen de cette interface, nous avons réalisé la Py laser-GC/MS de cinq polymères synthétiques à une irradiance de 10[à la puissance]8 W. Cm[à la puissance]-2, plus faible que dans le cas de l'étude des Cn pour éviter les fragmentations excessives. Une empreinte caractéristique de la cible irradiée est obtenue pour chaque type de matériau.

The purpose of this thesis is to present the conception of experimental devices which allow the direct or non-direct coupling between laser pyrolysis (Py laser) of organic materials and their analyses by Gas Chromatography/Mass Spectrometry (GC/MS). The report describes more precisely the instrumentation and the ablation cells used for the connection between Py laser and GC/MS. Two main laser probe parameters are studied under two complementary axes : the laser wavelength and the power density. The first experimental part consisted in the study of carbon clusters Cn (n < 20) reactivity generated during laser-graphite target interaction. The power density was fixed at 2. 10 9 W. Cm-2 and under liquid or gaseous benzen. The synthetized compounds are solubilized in benzen and concentrated before analysis. This approach is described as an non direct coupling between Py laser and GC/MS. It has been possible to show the influence of the laser experimental parameters (wavelength of the laser, physical state of benzen) on the size and on the composition of the generated clusters. Such way confirms the C2 cluster agregation process. From these results, a new ablation rnicrocell connected directly to the GC/MS has been conceived. By using a such on-line coupling, Py laser-GC/MS of five synthetic polymers were realized under 10 8 W. Cm-2. Such lower power density was necessary to avoid some carbon clusters fragmentation processes which could be a negative effect for samples identification.