Etude des réactions "ions - molécules" en phase gazeuse dans les dispositifs de collision réaction : Application à la résolution directe des interférences spectroscopiques en ICP-MS. - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2008

Study of "ions - molecules" reactions in the gas phase with collision reaction cell devices: Applications to the direct resolution of spectroscopic interferences in ICP-MS.

Etude des réactions "ions - molécules" en phase gazeuse dans les dispositifs de collision réaction : Application à la résolution directe des interférences spectroscopiques en ICP-MS.

Résumé

Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry emerged as the most widespread mass spectrometry technique in inorganic analytical chemistry for determining the concentration of a given isotope or measuring isotope ratio, because of its numerous assets, which in particular its sensitivity and its short analysis time. The problem of spectroscopic interferences, inherent to this technique, finds a solution through the use of collision-reaction devices. An in situ interference removal is feasible with the addition of a well selected gas in the collision-reaction cell. The chemical separation steps, commonly used before the measure and very restrictive on radioactive samples, can be avoided by this way. The understanding of the chemistry of "ions-molecules" interactions in the gas phase is however fundamental to optimize the efficiency of such devices. Thus, an accurate knowledge of experimental conditions in the reaction zone appears crucial in order to interpret observed reactivities.

Two ICP-MS with different design, the X7 Quadrupole ICP-MS (Thermo-Fisher Scientific) and the Isoprobe Multi-Collection ICP-MS (GV Instruments), have been used in this work. The experimental conditions in the collision-reaction cell of each instrument are determined according to instrumental parameters. This preliminary study is then used for the resolution of two nuclear field characteristic interferences. A theoretical approach by using quantum chemistry calculations enables to interpret the formation of zirconium oxides, responsible for the removal of 90Zr+ interferent ion, when O2 is used in the cell to measure the 90Sr radionuclide. The reactivity of five lanthanide cations (Nd, Sm, Eu, Gd and Dy) with several gases (O2, N2O, CO2, NH3) is also experimentally studied. The effectiveness of ammonia for solving Eu/Gd isobaric interferences is underlined. A periodicity in reactivity above the lanthanides series, due to the electronic configuration of Ln+ cations ground state, is proposed to explain the observed differences of behaviour.
La Spectrométrie de Masse à source Plasma à Couplage Inductif s'impose, de par ses multiples avantages, dont sa sensibilité et ses temps d'analyse réduits, comme la technique de spectrométrie de masse la plus répandue en analyse inorganique pour déterminer la concentration d'un isotope donné ou mesurer des rapports isotopiques. Le problème des interférences spectroscopiques, inhérent à cette technique, trouve une solution dans l'utilisation de dispositifs de collision-réaction. Une résolution in situ des interférences est en effet rendue possible par l'injection, dans la cellule de collision-réaction, d'un gaz judicieusement choisi. Les étapes de séparation chimiques, habituellement réalisées en amont de la mesure, et très pénalisantes dès lors que les échantillons manipulés sont radioactifs, peuvent ainsi être supprimées. La compréhension de la chimie des interactions « ions-molécules » en phase gazeuse est cependant primordiale pour optimiser l'efficacité de tels dispositifs. Pour cela, une connaissance précise des conditions expérimentales dans la zone de réaction s'avère cruciale, afin de pouvoir interpréter les réactivités observées.

Deux ICP-MS de conception différente, l'ICP-MS Quadripolaire X7 (Thermo-Fisher Scientific) et l'ICP-MS Multi-Collection Isoprobe (GV Instruments), sont utilisés dans cette étude. Les conditions expérimentales, existant dans la cellule de collision-réaction de chacun de ces deux instruments, sont déterminées en fonction des paramètres instrumentaux. Cette étude préliminaire est ensuite mise à profit dans le cadre de la résolution de deux interférences, caractéristiques au domaine du nucléaire. Une approche théorique par calculs de chimie quantique permet d'interpréter la formation des oxydes de zirconium, responsable de la suppression de l'ion interférent 90Zr+, suite à l'utilisation d'O2 dans la cellule de collision-réaction pour permettre la mesure du radionucélide 90Sr. Le cas de la réactivité de cinq cations lanthanides (Nd, Sm, Eu, Gd, Dy) avec plusieurs gaz (O2, N2O, CO2, NH3) est par ailleurs étudié expérimentalement. L'efficacité de l'ammoniaque pour résoudre les interférences isobariques Eu/Gd est mise en évidence. Une périodicité de la réactivité sur la série des lanthanides, due à la configuration électronique de l'état fondamental des cations Ln+, est proposée pour expliquer les différences de comportements observées.
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Dates et versions

tel-00348445 , version 1 (19-12-2008)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00348445 , version 1

Citer

Georges Favre. Etude des réactions "ions - molécules" en phase gazeuse dans les dispositifs de collision réaction : Application à la résolution directe des interférences spectroscopiques en ICP-MS.. Autre. Université d'Evry-Val d'Essonne, 2008. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00348445⟩

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