APPLICATIONS  |  DÉTECTION DE SOUFRE PAR LIBS


 

Nous proposons un nouveau concept à faible coût consistant en un système très efficace pour détecter le soufre utilisant la lumière du proche infrarouge. Ce système utilise des réseaux de diffraction holographiques, également nommés réseaux de Bragg en volume (RBV), comme éléments de filtrage spectral. Agissant comme un miroir qui sélectionne une longueur d'onde spécifique, chaque réseau VBG redirige la bande spectrale choisie dans la photodiode correspondante. L'intégration du signal est effectuée à l'aide d’un système électronique fait sur mesure qui amplifie et intègre les signaux de sortie des photodiodes. La synchronisation temporelle de l'expérience est réalisée à l'aide d'une photodiode qui reçoit le signal optique non diffracté (lumière plasma moins la fraction de chaque bande). Le FPGA (réseau de portes programmables in situ) de l'électronique personalisée permet une résolution temporelle de 10 ns, ce qui fait de ce déclencheur intégré un dispositif autonome, simple et efficace pour des mesures résolues en temps, nécessaires pour le plasma LIBS. Afin d'évaluer la performance du nouveau concept, la détection de soufre a été étudié préliminairement. Il est connu que la détection du soufre par ses bandes d'émission présente généralement des difficultés car les lignes les plus fortes sont dans l’UV-C, en dessous de 185 nm, et sont absorbées par l'air. Dans ces conditions, nous avons utilisé les lignes à 921,287 nm (signal du soufre) et un signal de fond à 900 nm.

Le prototype utilise une fente d'entrée de 1,25 mm de hauteur et 125 um de largeur et présente une largeur à mi-hauteur de 0,25 nm sur chaque bande. L'efficacité de diffraction par bande est supérieure à 80% et l'isolement de la bande spectrale pour le prototype est au dessus de 20 dB. Les résultats préliminaires pris avec un laser Kigre Nd:YAG 1/3 Hz de 10 mJ présentent une amélioration significative de la limite de détection du soufre obtenu avec un échantillon de mélange avicel/lactose en poudre contenant entre 1% et 5% de soufre par rapport à un spectromètre conventionnel/détecteur. La lumière du plasma fut collectée directement à l'aide d’un faisceau de fibres optiques.

Ce premier capteur multibande LIBS est entièrement configurable de 400 nm à 2500 nm. De multiples RBV et des photodiodes correspondantes peuvent être ajoutés afin d'augmenter le nombre de bandes spectrales et ainsi permettre l'analyse de plusieurs éléments à la fois. Un faisceau de fibres optiques ou de systèmes en espace libre peuvent aussi être personnalisés et couplés au capteur, ce qui fait de ce capteur multi-bandes un instrument sensible et efficace pour la spectroscopie en émission.

 

CONFIGURATION EXPÉRIMENTALE DE PHOTON ETC

Voir figure 1

[1] Laser Kigre Nd:YAG 1/3 Hz 10 mJ
[2] Lentille focale standard non-recouverte 250
 mm
[3] Platine de translation X-Y-Z
[4] Ordinateur portable avec connection USB à la sonde
[5] Prototype de capteur multibande

 

RÉSULTATS

Les mesures comparatives furent prises avec un PharmaLIBS 250 avec une configuration Czerny-Turner et capteur CCD de qualité scientifique. Les mesures prises sur les mêmes bandes montrent une limite de détection de 0,2%. [www.pharmalaser.com] Voir figure 2.