Characterization by emission and fluorescence spectrometry of a plasma produced by laser ablation at atmospheric pressure. Application to elementary analysis in solids
Description
The work reported in this thesis was conducted around two main themes: The first one is the plasma diagnosis: as the optimization of the analytical use of fluorescence and emission requires knowledge of the mechanisms responsible for the population of the different atomic or ionic levels, it is proposed to make the diagnosis of such a plasma created on a solid target. The temporal behavior of the plasma is studied from the temporal evolution of the emission and fluorescence signals. Two types of fluorescence are compared: direct line non-resonant fluorescence and cascade fluorescence. The evolution of the characteristics of the plasma according to the nature and the pressure of the surrounding atmosphere is also studied. The second theme is the analytical study through the evaluation of the performance of two spectroscopic techniques of emission and fluorescence for the analysis of solid samples from a plasma produced by a nitrogen laser at atmospheric pressure. From the results and observations made in the diagnostic part, the analytical conditions and in particular the temporal position at which it is advisable to be placed in the plasma are optimized. The limits of detection are evaluated for copper in aluminum matrices. The performances obtained by the two detection techniques are compared. This document is in three parts: the first part presents a description of the laser-material interaction based on a bibliographic synthesis. The second part presents the principles and parameters which govern the analytical exploitation by emission and fluorescence spectrometry of plasmas produced by laser. The third part gives and interprets the results obtained for the plasma diagnosis and for analytical studies. A preliminary study of a plasma produced by an excimer laser is presented at the end of this work. The results obtained are compared with those obtained on a plasma produced by a nitrogen laser.
Abstract (French)
Notre travail a pour but de caracteriser un plasma cree par un laser a azote a pression atmospherique sur des echantillons solides. Une vapeur atomique exploitable par spectrometrie d'emission et de fluorescence est ainsi produite. Une premiere etude realisee au laboratoire a montre que la technique d'ionisation resonnante n'est pas bien adaptee pour le diagnostic et l'analyse de tels plasmas mais que la fluorescence represente une voie plus interessante. C'est donc dans cet axe de recherche que nous nous sommes orientes. Les travaux rapportes dans cette these ont ete conduits autour des deux grands themes suivants: 1. Le diagnostic du plasma - L'optimisation de l'exploitation analytique de la fluorescence et de l'emission necessite la connaissance des mecanismes responsables de la population des differents niveaux atomiques ou ioniques. En effet ce sont, entre autre, ces populations qui orientent le choix des raies analytiquement exploitables. Jusqu'a present aucune etude systematique de ce type n'a ete faite sur des plasmas produits par laser a pression atmospherique. Nous nous proposons donc de faire le diagnostic d'un tel plasma cree sur une cible solide. Le comportement temporel du plasma est etudie a partir de l'evolution temporelle des signaux d'emission et de fluorescence. Deux types de fluorescence sont compares: la fluorescence non-resonnante de raie directe et la fluorescence de cascade. L'evolution des caracteristiques du plasma en fonction de la nature et de la pression de l'atmosphere environnante est egalement etudiee. 2. L'etude analytique - Le but de cette etude est d'evaluer les performances des deux techniques spectroscopiques d'emission et de fluorescence pour l'analyse d'echantillons solides a partir d'un plasma produit par un laser a azote a pression atmospherique. A partir des resultats et des observations faites dans la partie diagnostic, les conditions analytiques et en particulier la position temporelle a laquelle il convient de se placer dans le plasma sont optimisees. Les limites de detection sont evaluees pour le cuivre dans des matrices d'aluminium. Les performances obtenues par les deux techniques de detection sont comparees. Ce document se decompose en trois parties: La premiere partie presente une description de l'interaction laser-matiere fondee sur une synthese bibliographique. La deuxieme partie presente les principes et les parametres qui regissent l'exploitation analytique par spectrometrie d'emission et de fluorescence des plasmas produits par laser. Dans la troisieme partie, nous donnons et interpretons les resultats obtenus pour le diagnostic du plasma et pour les etudes analytiques. Une etude preliminaire d'un plasma produit par laser a excimeres est presentee a la fin de ce travail. Les resultats obtenus sont compares a ceux obtenus sur un plasma produit par un laser a azote. (auteur)Files
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Additional details
Additional titles
- Original title (French)
- Caracterisation par spectrometrie d'emission et de fluorescence d'un plasma produit par ablation laser a pression atmospherique. Application a l'analyse elementaire dans les solides
Publishing Information
- Imprint Pagination
- 183 p.
- Report number
- FRCEA-TH--13084
INIS
- Country of Publication
- France
- Country of Input or Organization
- France
- INIS RN
- 52022102
- Subject category
- S37: INORGANIC, ORGANIC, PHYSICAL AND ANALYTICAL CHEMISTRY; S70: PLASMA PHYSICS AND FUSION TECHNOLOGY; S46: INSTRUMENTATION RELATED TO NUCLEAR SCIENCE AND TECHNOLOGY;
- Resource subtype / Literary indicator
- Thesis
- Descriptors DEI
- ACCURACY; ATMOSPHERIC PRESSURE; CHEMICAL ANALYSIS; CHEMICAL COMPOSITION; COMPARATIVE EVALUATIONS; EMISSION SPECTROSCOPY; EXCIMER LASERS; FLUORESCENCE SPECTROSCOPY; LASER-PRODUCED PLASMA; MEASURING METHODS; PLASMA CHEMISTRY; PLASMA DIAGNOSTICS; RELIABILITY; SENSITIVITY
- Descriptors DEC
- CHEMISTRY; EMISSION SPECTROSCOPY; EVALUATION; GAS LASERS; LASERS; PHYSICAL CHEMISTRY; PLASMA; SPECTROSCOPY
Optional Information
- Notes
- 68 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses