Qualitative-portable to quantitative-laboratory LIBS

by Jozef Rakovsky

Doctoral thesis in Physique

Under the supervision of Olivier Musset and Pavel Veis.

defended on 24-09-2012

in Dijon and the jointly supervising institution l'Univerzita Komenského (Bratislava) , under the authority of École doctorale Carnot-Pasteur (Besançon ; Dijon ; 2012-....) , in a partnership with Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (ICB) (Dijon) (laboratoire) and Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (LICB) (laboratoire) .

Thesis committee President: Stefan Matejcik.

Thesis committee members: Viktor Kanicky, Jozef Noga, Johannes Pedarning.

Examiners: Jasik Juras, Pavel Uher, Frantisek Uherek.

keywords

• LIBS
• Portable LIBS
• Tephra
• Ammonites
• Phosphatization
• Pyritization
• CF-LIBS
• Aluminum alloy
• Self-absorption

Abstract

No abstract

keywords

• Pas de mot-clé en français
• Aluminium -- Alliages
• Spectroscopie des plasmas
• Pyroclastites
• Spectroscopie laser

Alternative Title

LIBS : de l'utilisation en extérieur aux conditions de laboratoire

Abstract

La thèse présentée porte sur les possibilités d’utilisation de la spectroscopie sur plasma induit par laser (LIBS) utilisée dans le laboratoire ainsi qu’à l’extérieur en utilisant l’appareil portable mis au point par nous et destiné pour analyser la composition élémentaire en matières. Cet appareil a été testé sur les échantillons géologiques dans l’objectif de la détection du Laacher See Tephra (LST) dans la craie lacustre enlevée dans le Jura en France. Le traitement statistique des cartes élémentaires pour les éléments Al, Ca, Fe, Ti, Ba et Na ont été effectuées à partir d’une coupe de la colonne sédimentaire contenant LST et cela a permis d’optimiser les conditions de l’expérience. La profilométrie a été utilisée sur les échantillons d’ammonites dans l’objectif de déterminer le processus de la fossilisation. La pyritisation a été considérée comme potentiellement détectable, mais l’appareil s’est révélé incapable de déterminer la phosphatation. Concernant le LIBS effectué dans le laboratoire, une réponse spectrale du spectromètre à échelle a été déterminée dans une gamme comprise entre 215 nm et 950 nm. Le modèle du rayonnement des molécules diatomiques de N2, NO et OH a été utilisé pour obtenir la source du rayonnement de référence de la décharge luminescente dans l’air. La réponse spectrale a été utilisée pour la correction des spectres mesurés dans d’autres recherches. Pour des tests sans calibration (CF-LIBS), les échantillons d’alliages d’aluminium avec de différentes compositions des éléments (Al, Mg, Mn, Si et Cu) ont été utilisés. Les résultats de l'acquisition des spectres de la localisation de 2 mm au-dessus de la surface de l’échantillon sont plus précis que ceux qui ont été acquis de la localisation de 1 mm. Une étude examinant des possibilités d’utilisation de l’auto-absorption pour analyser la concentration du magnésium dans les alliages d’aluminium est présentée dans le dernier chapitre de la thèse. A cette fin, un modèle bicouche de plasma a été utilisé et ajusté aux profiles des raies du Mg I 285,213 nm et Mg II 280,271 nm expérimentalement mesurés. Les résultats ont été comparés avec les valeurs nominales et pour la raie d’ion du Mg II 280,271 le résultat démontre une possibilité de déterminer la concentration du Mg dans l’alliage