Panoply - Elémentaire

Tableau périodique - analyse élémentaire

2015-05-04T10:31:00+00:00

Analyses de la concentration des cations majeurs et des éléments métalliques dans l’eau et les sédiments ou les roches

2015-12-15T08:32:01+00:00

Agilent Technologies AAS 240 FS et GTA 120

Spectromètre d’Absorption Atomique en flamme et four pour l’analyse des concentrations en cations (Al, As, Ba, Ca, Cr, Co, Cu, Fe, K, Li, Mg, Mn, Mo, Na, Ni, Pb, Pt, Sb, Sn, Sr, Zn)

Description de l’instrument

Le spectromètre d’Absorption Atomique (Agilent Technologies AAS 240 FS et GTA 120) permet de mesurer les concentrations de nombreux éléments. En fonction des concentrations des solutions, il peut être utilisé en mode flamme ou en mode four. Il est muni de diluteurs automatiques (flamme/four) et de passeurs automatiques (flamme/four).

Principe de l’analyse

Un échantillon liquide est injecté sous forme de brouillard dans une flamme (en mode flamme) ou une goutte est déposée dans un four (en mode four). La chaleur vaporise les éléments contenus dans l’échantillon et excite leurs atomes. Ceux-ci perturbent un signal lumineux en diminuant son intensité (absorption) ou en émettant des photons (émission). La lumière émise par une (des) lampe(s) à cathode creuse ou par les électrons des atomes excités est envoyée via un jeu de miroir et un réseau cristallin jusqu’à un détecteur qui effectue une mesure optique du signal comparé à un signal de référence non-perturbé. La différence d’intensité lumineuse est proportionnelle à la concentration de l’élément dans la solution. La calibration est faite en injectant une solution étalon diluée par l’appareil pour obtenir la gamme adéquate. Voir principe de la mesure ici : http://spin.mines-stetienne.fr/sites/default/files/specatom.pdf

Analyses réalisées sur l’instrument

Cations majeurs (Ca, Mg, Na et K) entre 0,05 et 100 ppm en flamme avec une précision de +/- 5% ;
Métaux (Al, As, Ba, Cr, Co, Cu, Fe, Li, Mn, Mo, Ni, Pb, Pt, Sb, Sn, Sr, Zn) entre 0,01 et 1000 ppm en flamme selon les éléments et de quelques dizaines de ppt à quelques dizaines de ppb en mode four pour certains éléments avec une précision de +/- 5% ;
Uniquement des solutions liquides (filtrées et acidifiées) mais possibilité de faire les mesures sur des mises en solutions par attaques acides de roches, de sédiments ou d’autres échantillons solides.

Contacts

Gaël Monvoisin : 01.69.15.71.74 / gael.monvoisin[a]universite-paris-saclay.fr

Financements

CNRS – INSU / Université Paris-Sud : AAS flamme Année 2010 – AAS four Année 2012

Analyses de la concentration des anions majeurs en solution

2015-12-15T08:35:49+00:00

Dionex ICS 1000

Chromatographie Ionique pour analyse des concentrations en anions (F^-, Cl^-, NO₂^-, Br^-, NO₃^-, PO₄^3-, SO₄^2-)

Description de l’instrument :

La chromatographie ionique (Dionex ICS 1000) permet de mesurer les concentrations en anions de solutions. La séparation des cations peut être faite sur différentes colonnes en fonction des matrices et des ions d’intérêt.

Principe de l’analyse :

Un échantillon liquide (filtré) est introduit, depuis le passeur, dans une boucle d'injection puis passe ensuite dans une colonne séparant les ions qui arrivent, l'un après l'autre, séparés par la colonne, sur une cellule de détection (ici conductimétrie). La concentration des cations est déterminée par rapport à une gamme d’étalonnage établie au préalable. Voir principe de la mesure ici : http://spin.mines-stetienne.fr/sites/default/files/chromion.pdf

Analyses réalisées sur l’instrument :

Anions majeurs (F-, Cl-, NO2-, Br-, NO3-, PO43-, SO42-) entre 0,05 et 100 ppm selon les éléments avec une précision de +/- 5%, uniquement sur des solutions liquides (filtrées).

Contacts :

Gaël Monvoisin : 01.69.15.71.74 / gael.monvoisin[a]u-psud.fr

Financements :

Université Paris-Sud : Année 2005

Analyses des éléments majeurs et traces dans différentes matrices (eaux, sédiments, roches et carbonates) et datations U/Th (carbonates) par ICP-QMS

2015-12-07T08:50:24+00:00

Spectromètre de masse à source « plasma » quadrupolaire - ICP-QMS X-series^II CCT

Description de l’instrument :

Le spectromètre de masse quadrupolaire à source « Plasma d’argon » (ICP-QMS) X-series^II CCT^{Thermo Fisher Scientific}est dédié à l’analyse quantitative multi-élémentaire. Cet instrument permet la quantification rapide (quelques minutes), précise (~ pourcent) et quasi-simultanée de la teneur de nombreux éléments chimiques du Tableau Périodique allant des éléments majeurs à ceux présents à l’état de traces dans des échantillons naturels (eaux douces, eau de mer, végétaux, sols, carbonates, apatites, roches, etc.) ou dans tout autre type de matériaux ou solutions. Dans sa configuration de base, ce spectromètre permet d’atteindre des limites de détection inférieures au µg/L (ppb) voire quelques centaines de pg/L (ppq) pour les éléments lourds tels que les terres rares ou l’uranium. Deux options permettent d’améliorer ses performances : i- la cellule à collision CCT élimine les interférences gênantes, en particulier pour l’analyse des éléments dont la masse atomique se situe entre 40 et 80 (métaux de transition, métalloïdes type As, Se) ; ii- une option S de pompage additionnel à l’interface peut abaisser à quelques pg/L la limite de détection de certains éléments lourds (uranium).

Trois grandes domaines d’applications sont aujourd’hui développer au LSCE: i- la caractérisation élémentaire ou isotopique (Pb) d’échantillons mis en solution pour le traçage des processus d’érosion des bassins versants, l’étude de la mobilité de particules ainsi que la détermination de leurs origines, et le suivi quantitatif du devenir de certains métaux lourds ou toxiques dans l’environnement, en particulier en environnement urbain ; ii- la caractérisation élémentaire des carbonates/apatites marins (coraux, foraminifères) ou continentaux (spéléothèmes, dents, etc.) pour des études en paléo- océanographie ou climatologie (température des masses d’eau, géochimie des masses d’eau, cycle du carbone, précipitations, etc.) et iii- la géochronologie et la datation U-Th des carbonates ou apatites.

Principe de l’analyse :

Le principe est basé sur la dissociation des molécules, l’atomisation et l’ionisation des éléments présents dans une solution dans une source « Plasma » d’argon à 6000-8000°K sous pression atmosphérique. Après formation d’un faisceau d’ions via l’interface (cônes échantillonneur puis écrêteur) et le passage progressif vers un espace sous vide secondaire, la séparation (< 0,7 uma) des ions et des isotopes se fait à basse résolution selon leur rapport masse sur charge (m/z) par un Quadrupole. Les ions sont alors détectés par un multiplieur d’électrons à dynode discrète. La quantification des teneurs en éléments majeurs et/ou traces est obtenue après étalonnage de l’instrumentation (solutions standards connus ou certifiées). Selon la matrice ou la nature des échantillons analysés, les éléments étudiés et le degré de précision recherché, différentes méthodes d’étalonnage sont mises en œuvre (courbes d’étalonnage standard, méthode dérivée des ajouts-dosés, méthode dite d’encadrement).

Autres particularités de l’ICP-QMS au LSCE

Nébuliseurs utilisés type PFA 20, 50 ou 100 µL/min ou quartz 1 mL/mn (solutions);
Chambres en quartz micro-cyclonique ou à bille d’impact (solutions);
Système de dé-solvatation APEX OMEGA disponible (gain en sensibilité X 2 à 10, solutions) ;
Système d’ablation laser New Wave ESI - 193 nm potentiellement couplé (mesures in-situ, solides).

Analyses réalisées sur l’instrument :

Quantification des éléments majeurs et traces présents dans les eaux, sols, roches, carbonates (érosion/transfert de particules) ;
Mesure relative des isotopes du Pb (traçage de sources) ;
Quantification des éléments majeurs (Sr/Ca, Mg/Ca) et traces (Li/Mg ; B/Ca ; U/Ca, REE, etc.) présents dans carbonates/apatites (paléoocéanographie/climatologie/cycle du carbone) ;
Quantification des terres rares et autres éléments présents comme ultra-traces (caractérisation des matériaux ou de processus) ;
Mesure relative des isotopes de l’U et du Th pour la datation U-Th et ses extensions U-Th-ESR ou U-Th-He.

Contacts :

Delphine Thomas : delphine.thomas[a]lsce.ipsl.fr 01 69 08 33 77

Sophie Ayrault : sophie.ayrault[a]lsce.ipsl.fr 01 69 08 40 71

Eric Douville : eric.douville[a]lsce.ipsl.fr 01 69 08 22 57

Analyses élémentaires et isotopiques majeurs à ultra-traces en solution et par ablation laser

2015-12-10T08:18:31+00:00

Spectromètre de masse à source « plasma » Haute Résolution Thermo Element XR couplé avec un système de dernière génération de laser ablation excimer

(Laser Ablation Induced Coupled Mass Spectrometer High Resolution LA-ICPMS-HR)

Description de l’instrument :

Cet instrument permet l’analyse isotopique et élémentaire des éléments majeurs à ultra-traces (cations) un spectromètre de masse ICP-MS à secteur magnétique permettant de séparer avec précision les faisceaux d’ions avec des résolutions en masse possibles (: 300, 4000 et 10000, largement supérieures à celle d’un ICP-QMS) permettant de corriger certaines interférences isobariques. Cet instrument est caractérisé par un faible bruit de fond, une très faible limite de détection à 1 ppq (10-15 g de l’élément/g de l’échantillon) avec une grande stabilité du signal (2% RSD sur 24h). Les protocoles analytiques s’adaptent très facilement en fonction des besoins de chaque utilisateur, leur permettant de déterminer de très faibles concentrations d’éléments majeurs à traces et les rapports isotopiques (jusqu’à 1% RSD). L’échantillon est introduit dans l’ICPMS-HR soit en solution (à l’aide d’un passeur automatique) soit par un gaz portant les éléments ablatés à l’échantillon par le laser Excimer 193 nm CETAC.

Analyses réalisées sur l’instrument :

Ces caractéristiques techniques ouvrent l’analyse précise aux thématiques suivantes :

Solution et sols : mesure des concentrations des métaux dans les phases dissoutes allant de 0,1 µg/l à plusieurs/quelques centaines de µg/l (Cu, Zn, Fe, As) et des rapports isotopiques pour certains comme le Pb. Analyse de particules porteuses micrométriques.
Eaux de mer : quantification des éléments des Terres Rares par injection directe.
Matrices carbonatées biogéniques (coraux, foraminifères, sédiments, calcite, dolomite…) : mesure d’éléments mineurs et traces (ng/g : U, µg/g : B, Li, Cd, mg/g : Mg, Sr) dans des coraux et des échantillons de très petite taille (e.g., foraminifères planctoniques : 100 µm, 10 µg ; foraminifères benthiques : 100 µm, 50 µg) pour la mesure des rapports Li/Mg, B/Ca, et des concentrations de Mg, Sr, Ba, U, Mn, et Terres Rares avec des précisions de l’ordre de 0,5 %. Mesure des rapports isotopiques de l'U, du Th, du Pa, pour la datation U-Th de coraux et la paléohydrologie des océans avec une reproductibilité externe de l’ordre de 0,5 ‰.
Matrice minérale (apatite, zircon, ciment diagénétique) : mesure des éléments majeurs, mineurs et traces par solution et laser, sur des échelles de concentrations variables à très faibles concentrations (U, Th, éléments des Terre Rares concentrés en ppm, ppb pour des échantillons de tailles micrométriques). Rapports isotopiques U/Pb mesurés par ablation laser (ppm, 100 microns)

Contacts :

ICPMS : Sophie Sepulcre sophie.sepulcre[a]universite-paris-saclay.fr

Système laser et ICPMS : Cécile Gautheron cecile.gautheron[a]universite-paris-saclay.fr

Système laser : Guillaume Delpech guillaume.delpech[a]universite-paris-saclay.fr

Analyse semi-quantitative des teneurs en éléments majeurs et mineurs (Mg à Ba) des sédiments (par fluorescence X)

2021-12-06T09:14:45+00:00

Banc d’analyse en fluorescence X (« Scanner XRF »)

Description de l’instrument :

Le banc d’analyse en fluorescence X (ou scanner XRF), modèle Avaatech de 4ème génération acquis en 2019, permet la mesure à haute résolution (échelle centimétrique à submillimétrique, descendant jusqu’à 100 µm) de la composition chimique des sédiments marins et continentaux. Cette analyse semi-quantitative donne accès à la teneur en éléments majeurs et mineurs (Mg à Ba) du sédiment, de façon ultra-rapide, non-destructive, et avec une préparation très limitée des carottes sédimentaires. La mesure tous les 1 cm d’un mètre de carotte (à 10, 30 et 50 kV) prend 2h30 environ.

Principe de l’analyse :

La teneur en éléments est mesurée par fluorescence X directement à la surface (préalablement lissée et recouverte d’un film fin et transparent) de la carotte sédimentaire. Les rayons X primaires émis par une source d’excitation d’intensité et tension variables provoquent une ionisation des atomes du sédiment, et une réorganisation des électrons au sein des couches électroniques des atomes. Celle-ci engendre l’émission de rayons X secondaires dont l’énergie est caractéristique de l’atome émetteur. Le détecteur à dispersion d’énergie mesure la distribution d’énergie du rayonnement X secondaire, de laquelle le logiciel bAxil® déduit le nombre de coups de chaque élément.

Analyses réalisées sur l’instrument :

Teneur en éléments majeurs et mineurs (Mg à Ba) mesurée à la surface du sédiment de carotte.

Contacts :

Aline Govin : aline.govin[a]lsce.ipsl.fr

Camille Wandres : camille.wandres[a]lsce.ipsl.fr

Analyse quantitative des concentrations en éléments majeurs et mineurs (Mg à Ba) des sédiments (par fluorescence X)

2021-12-13T10:59:05+00:00

Spectromètre de table de fluorescence X à dispersion d’énergie

Description de l’instrument

Le spectromètre de table de fluorescence X à dispersion d’énergie (ED-XRF), modèle PANalytical Epsilon 3XLE acquis en 2018, permet de quantifier la composition chimique d’échantillons broyés de sédiments marins et continentaux. Il donne ainsi accès à la concentration de 19 éléments majeurs et mineurs (de Mg et Ba) du sédiment, de façon rapide, non-destructive, peu onéreuse, et avec une préparation limitée des échantillons. La mesure d’un échantillon prend 10 minutes environ.

Principe de l’analyse

La concentration en éléments est mesurée par fluorescence X directement à la surface des échantillons broyés de sédiments (protégés d’un fin film transparent). Les rayons X primaires émis par une source d’excitation d’intensité et tension variables provoquent une ionisation des atomes du sédiment, et une réorganisation des électrons au sein des couches électroniques des atomes. Celle-ci engendre l’émission de rayons X secondaires dont l’énergie est caractéristique de l’atome émetteur. Le détecteur à dispersion d’énergie mesure la distribution d’énergie du rayonnement X secondaire, de laquelle est déduit le nombre de coups de chaque élément. L’étalonnage établi à partir de 39 étalons certifiés de sédiments de composition variée permet de convertir, pour chaque élément, le nombre de coups en concentrations (en ppm).

Analyses réalisées sur l’instrument

Concentrations de 19 éléments majeurs et mineurs (Al, As, Ca, Ba, Co, Cr, Cu, Fe, K, Mg, Mn, Ni, Pb, Rb, Si, Sr, Ti, Zn, Zr) mesurées à la surface d’échantillons de sédiment séché et broyé.

Contacts

Aline Govin : aline.govin[a]lsce.ipsl.fr
Aurélie Van Toer : aurelie.vantoer[a]lsce.ipsl.fr

Différences de régulation biologique de la chimie des carbonates du fluide de calcification des coraux tropicaux massifs

2023-08-01T13:01:31+00:00

Les projections climatiques indiquent pour les années futures une forte menace concernant la survie des coraux sleractiniaires et leur rôle majeur comme bâtisseurs de récifs tropicaux. Il est donc pour cela est essentiel de mieux comprendre la capacité d'adaptation des coraux tropicaux face aux changements climatiques. L’étude de l’up-régulation biologique de la chimie des carbonates du fluide de calcification interne des coraux est un élément fondamental pour évaluer la réponse des coraux face aux changements globaux (réchauffement, acidification). Dans ce cadre, l'expédition Tara Pacific (2016-2018) a été une occasion unique d'étudier et de comparer à l’échelle de l'océan Pacifique cette capacité de régulation positive de la chimie des carbonates pour deux genres massifs de corail pouvant vivre plusieurs siècles. La partie récente de 39 carottes de corail a été ici étudiée à partir de 33 colonies de Porites et 6 colonies de Diploastrea présentes dans différents environnements de l’océan Pacifique.

Fig. 1. (A) Rapports B/Ca et (B) valeurs δ¹¹B des coraux Porites (n = 33, bleu) et Diploastrea (n = 6, rouge) en fonction de la température de l’eau de mer (SST). (C-F) Paramètres résultants de la chimie des carbonates du fluide interne calculés pour chaque colonie (DIC_cf, pH_cf, [CO₃^2-]_cf, Ω_cf, respectivement).

A l'échelle du bassin Pacifique et du gradient mesuré en température (~ 7°C), nous montrons que les deux genres de corail augmentent systématiquement le pH et la teneur en carbone inorganique dissous (CID) de leur fluide de calcification. Cela favorise la formation de leur squelette en surélevant l’état de saturation en aragonite (Ω_cf). Cependant, alors que le genre Porites augmente les valeurs Ω_cf avec la température, illustrant sa véritable capacité d’adaptation pour des températures élévées, le genre Diploastrea ne révèle pas cette même capacité mais un contrôle homéostatique des valeurs Ω_cf. Il ressort ainsi de cette étude des incertitudes plus marquées concernant la future résilience du genre Diploastrea et ses capacités de calcification face aux changements globaux.

Fig. 2. Effet de la température sur la chimie des carbonates du fluide interne pour Porites (n = 6, points bleus) comparé à celui pour Diploastrea (n = 6, points rouges).

Café Manip' sur les chromatographies ioniques

2023-08-08T08:41:18+00:00

Dans le cadre des cafés manip' de la plateforme PANOPLY, Gaël Monvoisin a présenté aux membres du LSCE et de GEOPS le 17 juin 2022 puis le 22 mai 2023 les deux chromatographies ioniques disponibles au laboratoire GEOPS (ICS 1000 Dionex et Aquion ThermoFischer Scientific). Les deux présentations (à GEOPS et au LSCE) ont réuni en tout une quarantaine de personnes.

Au sein de la plateforme PANOPLY il existe plusieurs systèmes de chromatographies ioniques répartis entre les laboratoires GEOPS et LSCE. Ces matériels sont utilisés pour mesurer des ions majeurs (anions et cations) ou des sucres en solutions, dans des eaux naturelles ou d'autres types d'échantillons liquides.

Les ions mesurés en routine à GEOPS sont F-, Cl-, NO2-, Br-, NO3-, PO43- et SO42- pour les anions et Li+, Na+, NH4+, K+, Mg2+, Ca2+, Sr2+ et Ba2+ pour les cations.
Les deux appareils de GEOPS sont inclus dans la plateforme PANOPLY et plusieurs collaborations existent sur ces appareils, en partenariat avec le LSCE et d'autres laboratoires du périmètre Paris Saclay.
Un groupe de travail est en cours de montage pour rassembler les personnes qui travaillent sur tous les systèmes de chromatographies des deux laboratoires (chromatographies liquides, ioniques ou HPLC, chromatographies gazeuses et techniques de séparations chimiques pour les préparations d'analyses d'isotopes divers). Ce groupe de travail se réunira cet automne pour discuter de ces techniques et peut-être initier des échanges de compétences (intercomparaisons, calibrations, dépannages ou formations). Pour toute information, contacter Gael Monvoisin

Analyses d’éléments traces dans de petits échantillons de calcite (20µg CaCO3) par ICP MS

2023-10-02T13:37:27+00:00

ICP-MS Analytic Jena Modèle PlasmaQuant Elite

Description de l’instrument

L’ICP-MS Analytic Jena Modèle PlasmaQuant Elite permet la mesure de plusieurs éléments dans la même séquence (possibilité jusqu’à 75 éléments). Le quadripôle Haute Définition permet de mesurer la composition élémentaire de la calcite (du ppm au ppt). Principe de l’analyseL'analyse d'une série d'éléments traces dans de petits échantillons de calcite se fait dans une matrice acide (après nettoyages et dissolution de la calcite) à l’aide d’un nébuliseur à faible débit (50µL/min). La solution échantillon est alors injectée dans une chambre cyclonique donc la température est contrôlée par effet Peltier, puis injectée dans un plasma à 7000K. Ainsi l’échantillon est ionisé. Le spectromètre de masse quadripolaire permet de séparer les ions selon leur rapport masse/charge. Les ions tapent sur une succession de dynodes et libèrent des électrons qui sont accélérés et qui produisent une impulsion électrique. Celle-ci est mesurée à l’aide d’un détecteur numérique.

Analyses réalisées sur l’instrument

Li, B, Na, Mg, Al, Ca, Mn, Sr, Cd, Ba, Nd, U

Contacts

William Gray : william.gray[a]lsce.ipsl.fr

Helene Rebaubier : helene.rebaubier[a]lsce.ipsl.fr

Panoply - Elémentaire

Tableau périodique - analyse élémentaire

Analyses de la concentration des cations majeurs et des éléments métalliques dans l’eau et les sédiments ou les roches

Agilent Technologies AAS 240 FS et GTA 120

Description de l’instrument

Principe de l’analyse

Analyses réalisées sur l’instrument

Contacts

Financements

Analyses de la concentration des anions majeurs en solution

Dionex ICS 1000

Description de l’instrument :

Principe de l’analyse :

Analyses réalisées sur l’instrument :

Contacts :

Financements :

Analyses des éléments majeurs et traces dans différentes matrices (eaux, sédiments, roches et carbonates) et datations U/Th (carbonates) par ICP-QMS

Spectromètre de masse à source « plasma » quadrupolaire - ICP-QMS X-seriesII CCT

Description de l’instrument :

Principe de l’analyse :

Analyses réalisées sur l’instrument :

Contacts :

Analyses élémentaires et isotopiques majeurs à ultra-traces en solution et par ablation laser

Spectromètre de masse à source « plasma » Haute Résolution Thermo Element XR couplé avec un système de dernière génération de laser ablation excimer

(Laser Ablation Induced Coupled Mass Spectrometer High Resolution LA-ICPMS-HR)

Analyse semi-quantitative des teneurs en éléments majeurs et mineurs (Mg à Ba) des sédiments (par fluorescence X)

Banc d’analyse en fluorescence X (« Scanner XRF »)

Description de l’instrument :

Principe de l’analyse :

Analyses réalisées sur l’instrument :

Contacts :

Analyse quantitative des concentrations en éléments majeurs et mineurs (Mg à Ba) des sédiments (par fluorescence X)

Spectromètre de table de fluorescence X à dispersion d’énergie

Description de l’instrument

Principe de l’analyse

Analyses réalisées sur l’instrument

Contacts

Différences de régulation biologique de la chimie des carbonates du fluide de calcification des coraux tropicaux massifs

Café Manip' sur les chromatographies ioniques

Analyses d’éléments traces dans de petits échantillons de calcite (20µg CaCO3) par ICP MS

ICP-MS Analytic Jena Modèle PlasmaQuant Elite

Description de l’instrument

Analyses réalisées sur l’instrument

Contacts

Spectromètre de masse à source « plasma » quadrupolaire - ICP-QMS X-series^II CCT