NEPTUNE (MC-ICP-MS) & TRITON (TIMS)

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Les compositions isotopiques d'un échantillon peuvent permettre soit un traçage des sources par les isotopes radiogéniques comme Sr, Nd et Pb , soit expliquer des processus physico-chimiques (fractionnement isotopique des isotopes stables). Dans notre laboratoire, les isotopes stables étudiés sont: Ca, B, Si, Li, Sr comme traceurs de l’altération et des échanges eau-sol-plante et Cu-Zn comme traceurs des pollutions métalliques.
Par ailleurs, le laboratoire s’est spécialisé dans l’utilisation des déséquilibres radioactifs comme outil de datation appliqué aux systèmes ouverts complexes que sont les sols et les sédiments. Outre les classiques analyses isotopiques U-Th qui balayent la période du quaternaire, le laboratoire a développé l’analyse des radionucléides de très courte période comme le 226Ra, 228Ra, 228Th, 210Pb (analyses complémentaires par le compteur gamma) qui documentent les processus récents se développant sur une gamme de temps de l'année au millier d’années.
Au laboratoire, les données isotopiques sont utilisées pour répondre aux problèmes définis autour de 3 axes scientifiques principaux: les constantes de temps des processus d’altération et d’érosion, les mécanismes et bilans des transferts d’éléments dans les interactions eau-sol-plante permettant d’expliquer la composition chimique des eaux, et enfin le traçage de l’origine des aérosols (phases particulaires) et de leurs migration dans l’environnement.

Préparation des échantillons

Les échantillons analysés sont des échantillons géochimiques (eau, sols, plantes, roches, minéraux, sédiments ...) ou obtenus à partir d'expérimentations. Avant la mesure isotopique, ils nécessitent une préparation particulière en salle blanche. Quelque soit l'instrument analytique utilisé, Ils sont préparés de façon identique (cf. détails). Seule la préparation pour la mesure isotopique diffère. Pour les mesures au MC-ICP-MS NEPTUNE, l'échantillon est en phase liquide acide et au TIMS TRITON, l’échantillon est en phase solide (sel) déposée sur un filament métallique.

NEPTUNE - MC-ICP-MS ThermoScientific©

NEPTUNE (MC-ICP-MS ThermoScientific©)

 

 

Schéma de fonctionnement MC-ICP-MS

Le Neptune (MC-ICP-MS de ThermoScientific©) est un spectromètre de masse à source plasma avec une double focalisation (champ électrostatique et champ magnétique) et une multi-collection (cf. Schéma de fonctionnement). L'échantillon liquide est introduit dans le plasma induit sous forme de nébullisat par l'intermédiaire d'une chambre de nébullisation. Le plasma d'argon (6000 à 8000°C) désolvate, atomise et ionise les différents éléments de l'échantillon. Les ions ainsi formés passent au travers de plusieurs cônes (écrêteur et échantillonneur) pour ensuite être accélérés sous vide pour former un faisceau d'ions. Ce faisceau subit une double focalisation avec la combinaison d'un secteur électrostatique et un secteur magnétique. Ce dernier va séparer les ions en fonction de leur rapport m/z. Pour finir, les différents isotopes vont être collectés par des détecteurs ou cages de faraday. Le Neptune possède 9 cages de faraday équipées d'amplificateurs ainsi que d'un compteur d'ions.

TRITON - TIMS ThermoScientific©

TRITON (TIMS Thermo Scientific©)

 

 

Schéma de fonctionnement TIMS

 

Le Triton (TIMS de ThermoScientific©) est un spectromètre de masse à thermo-ionisation équipé de plusieurs détecteurs (cf. Schéma de fonctionnement). L'échantillon solide déposé sur un filament métallique est introduit dans la chambre d'ionisation. A l'intérieur de cette enceinte sous vide, une haute tension est appliquée au filament. Ceci va permettre la formation d'ions qui vont ensuite être accélérés et focalisés par l'intermédiaire de plaques d'extraction et de focalisation.  Le faisceau d'ions passe ensuite dans un analyseur magnétique qui va dévier les ions en fonction de leur rapport m/z . Une fois séparés, les différents isotopes vont être détectés par un système de 9 cages de faraday équipées d'amplificateurs ainsi que d'un compteur d'ions.

 

Equipements associés

 Plusieurs salles blanches sont à proximité des instruments analytiques pour la préparation des échantillons. Elles sont équipées de:

  • hottes à flux laminaire (classe ISO 5) pour la mise en solution des échantillons et la séparation chimique des éléments par chromatographie liquide
  • caissons d’évaporation avec plaques chauffantes inertes
  • sorbonnes

Il y a également des salles attenantes aux salles blanches qui sont équipées de:

  • une unité de production d'eau ultra-pure
  • deux centrifugeuses
  • une étuve
  • hotte pour la distillation des acides
  • balances de précision

Savoir Faire et Compétences

  • Analyses isotopiques sur des roches, sols, minéraux, eaux, lessivats, plantes
  • Le NEPTUNE est dédié aux analyses isotopiques: Lithium (7Li/6Li), Bore (11B/10B), Cuivre (65Cu/63Cu), Strontium (87Sr/86Sr), Néodyme (143Nd/144Nd), Plomb (tous rapports entre 204Pb, 206Pb, 207Pb et 208Pb), Uranium (234U/238U), et Thorium (230Th/232Th)
  • Le TRITON est dédié aux analyses isotopiques: Calcium (δ44/40Ca), Strontium (δ88/86Sr et 87Sr/86Sr), Néodyme (143Nd/144Nd) et Radium (226Ra/228Ra). La haute précision et la basse limite de détection observées pour les mesures isotopiques de Strontium et Néodyme en font l’outil privilégié pour les échantillons aux faibles quantités.