PAMAL

PAMALPlateforme d’Analyse des Métaux Traces par Ablation Laser

PAMAL (Plateforme d’Analyse des Métaux Traces par Ablation Laser) est un centre d’expertise du plateau I3 spécialisé en imagerie élémentaire et dans l’analyse directe d’éléments traces et de leurs isotopes dans les solides par ablation laser femtoseconde couplée à un spectromètre de masse à plasma induit. Il donne accès à des équipements de pointe et à l’expertise de ses ingénieurs via des contrats de collaboration, de prestations de services et de formations.

Sommaire

1. Quels domaines d’applications ?
   1. Les géosciences
   2. L’archéologie
   3. L’environnement
   4. Le biomédical
   5. Les matériaux
   6. La traçabilité agroalimentaire (sciences forensiques)
2. Quels matériaux ?
3. Quelles analyses ?
4. Quels moyens ?
   1. LASERS
   2. ICPMS
   3. Compétences

 

Quels domaines d’applications ?

Les besoins d’analyse directe de matériaux sont variés et concernent des domaines et des types de matériaux très divers. Notre équipe développe en permanence de nouvelles applications afin de proposer des solutions analytiques aux problématiques des industriels et de la recherche scientifique.

Les géosciences

La datation U/Pb de carbonates dans les roches par imagerie laser est un outil de choix pour l’étude géologique des bassins.

L’analyse du couple géochronomètre Pb et U nécessite une technique d’analyse sensible et une résolution spatiale permettant de sélectionner avec précision des cristaux ou des inclusions de fluide.

L’archéologie

La chronologie est une discipline essentielle à l’archéologie. Les datations d’objets anciens ou de fossiles par le couple géochronomètre U-Th permettent de déterminer un âge pouvant atteindre jusqu’à 500 000 ans. Pour cela, une grande sensibilité est nécessaire car les concentrations en uranium et thorium sont de quelques ppb (²³⁸U) et quelques ppq (²³⁰Th). S’agissant d’échantillons rares, l’analyse quasi non destructrice du laser est un atout, tout comme sa résolution spatiale qui permet d’échantillonner des zones bien précises. Lorsque l’échantillon ne peut être amené au laboratoire (collections de musée, statuts, grottes, etc…), un outil de diagnostic de terrain, un laser LIBS modifié par nos soins, peut être utilisé.

L’environnement

Le couplage ablation laser ICPMS s’applique à des échantillons de nature très variée pouvant aller du sol, aux sédiments, aux végétaux, aux biominéraux et aux petits organismes vivants. Les biominéraux (coquilles, otolithes, dents) par exemple, constituent des archives temporelles enregistrant les moments de vie de l’animal, la pollution... Ils se forment par stries successives tout au long de sa vie. La résolution spatiale du laser permet de déterminer la composition élémentaire ou isotopique des stries (de quelques dizaines de micromètres) et ainsi de retracer la vie de l’animal (par exemple leur migration).

Le biomédical

La détection d’éléments traces ou d’isotopes dans les fluides biologiques collectés sur papier absorbant (tels que DBS : Dried Blood Sample) est utilisée pour étudier certaines maladies rares ou développer des protocoles rapides de diagnostic. Nous travaillons en particulier sur la maladie de Wilson et la maladie de Lyme. L’imagerie des éléments traces dans des tissus biologiques (couches minces d’animaux, d’organes, de tumeurs, etc..) est également dans nos compétences.

Les matériaux

L’analyses de la composition d’un matériau, d’hétérogénéités, ou de défauts sont nécessaires notamment lors des contrôles de fabrication. La préparation de certains matériaux et leur analyse classique peuvent s’avérer laborieuses. Certains polymères, difficiles à mettre en solution, peuvent être analysés par ablation laser couplée à l’ICPMS. Grâce à la résolution spatiale du laser, cette approche permet d’accéder à un autre niveau d’information comme la détermination de profils de concentration en surface ou en profondeur, ou encore la composition d’un défaut ou d’une inclusion pour en déterminer son origine. 

La traçabilité agroalimentaire (sciences forensiques)

La contrefaçon et la falsification sont de plus en plus courant, notamment dans le domaine des produits à origine contrôlé, de luxe, etc… L’analyse multi-élémentaire est un outil efficace pour la détection de contrefaçon. Dans le domaine du vin, la signature élémentaire ou isotopique du contenant (ici la bouteille) peut être obtenue de façon quasi non destructive grâce au laser et ainsi permettre une authentification du produit.

 

 

Quels matériaux ?

Tout type de matériaux naturels ou élaborés, provenant de tous secteurs d’activités peuvent être analysés. En voici une liste non exhaustive

• biominéraux (Coquilles, Otolithe, dents, écailles, …)
• carbonates
• sols, sédiments
• roches
• polymères
• métaux
• fossiles et restes archéologiques
• échantillons biomédicaux
• …

 

Quelles analyses ?

La grande résolution spatiale du laser et la grande sensibilité des spectromètres de masse de la plateforme, permettent de réaliser des analyses élémentaires et/ou isotopiques allant de l’échelle microscopique (quelques dizaines de microns) à l’échelle centimétrique.

Les lasers utilisés ont la capacité d’ablater très rapidement les matériaux selon des trajectoires précises et complexes. Le choix et la forme de la zone à analyser sont maitrisés, tout en détectant les éléments chimiques choisis à de très faible quantité pouvant aller jusqu’à quelques attogrammes (10^-18 g).

Différentes stratégies d’ablation peuvent être mises en œuvre :

• Imagerie élémentaire et/ou isotopique (distribution spatiale des éléments)
• Analyse de la teneur globale en élément trace ou ultra-trace (bulk analysis)
• Micro-analyses d’inclusions, d’hétérogénéités, de petites zones ciblées (à partir de 15µm).
• Analyse en profondeur
• Profils de concentrations

 

 

Quels moyens ?

Composé de 4 ingénieurs ayant entre 7 et 17 ans d’expérience en ablation laser, PAMAL accompagne ses partenaires dans le choix de la meilleure instrumentation et de la meilleure stratégie d’ablation possibles.

Trois lasers et quatre ICPMS ayant des performances différentes sont accessibles et permettent une grande versatilité de la plateforme.

LASERS

• UV-Vis-IR Femtosecond laser, Nexeya
• IR Femtosecond laser, Novalase
• Portable LIBS, Sciaps

ICPMS

• Quadrupole ICPMS, DRCII PerkinElmer
• High Resolution ICPMS with jet interface, Element, Thermo Electron SAS
• Multicollector ICPMS, Nu Instrument
• ICPMS/MS, à venir

Compétences

• Une équipe de 4 ingénieurs
• 17 ans d’expérience en ablation laser
• Savoir-faire