La spectrométrie d'émission à étincelles, connue depuis des décennies, est largement utilisée pour l'analyse chimique des métaux et des alliages. En termes de performances globales pour l'analyse élémentaire, SDL et Etincelle sont très comparables ; L'Etincelle est donc plus largement utilisé en raison de son prix plus bas et de sa simplicité d'utilisation.
Cependant, la SDL est le choix indispensable pour réaliser une analyse de profil en profondeur (ce que Spark ne peut pas faire) en même temps que des mesures en vrac. La SDL présente également des avantages dans certains cas rares, grâce à sa caractéristique spécifique : un faible effet de matrice et une linéarité facilitant les extrapolations. Elle est donc utilisée pour les métaux précieux ou la fonte nodulaire (avec magnésium).
Vue microscopique d'un échantillon d'aluminium après analyse par Spark (à gauche), montrant une fusion superficielle localisée. Le même échantillon d'aluminium analysé par SDL (à droite) révèle que sa structure est préservée grâce au procédé de pulvérisation cathodique « douce ».
Dans l'étincelle, les étapes d'atomisation et d'excitation se déroulent simultanément. La surface de l'échantillon est fondue localement et le matériau de l'échantillon est vaporisé. Les arcs électriques d'une analyse étincelle peuvent également être affectés par les microstructures et les inhomogénéités du matériau. Enfin, les raies d'émission dans l'étincelle sont sujettes à une forte auto-absorption, ce qui entraîne des courbes d'étalonnage du second ordre, la nécessité de sélectionner plusieurs raies pour un même élément afin de couvrir la plage de concentrations requise, et de grandes incertitudes lors de l'extrapolation des résultats. Enfin, l' étincelle est très sensible à l'oxydation de surface (nécessitant un polissage de l'échantillon juste avant l'analyse).
La SDL sépare les processus d'atomisation et d'excitation. En SDL, les atomes de l'échantillon sont libérés par pulvérisation cathodique puis excités en phase gazeuse, loin de la surface de l'échantillon. Par conséquent, une correspondance matricielle stricte n'est pas nécessaire, ce qui constitue un avantage pour les alliages complexes pour lesquels aucun matériau de référence certifié (MRC) n'est disponible.
De plus, la SDL est un procédé à faible température et offre des courbes d'étalonnage linéaires sur plusieurs ordres de grandeur (généralement de DL à 100 %). Par conséquent, une ligne par élément est la règle générale en SDL. Enfin, la SDL moyenne les signaux sur toute la zone pulvérisée et est donc moins sensible aux inhomogénéités locales.
La SDL est intéressante pour mesurer des feuilles minces (moins de 2 mm). Les effets thermiques de Spark sont trop importants pour mesurer avec précision ces types d'échantillons, qui peuvent difficilement être polis avant la mesure.
La SDL est intéressante pour mesurer des feuilles minces (moins de 2 mm). La photo ci-dessous en est un exemple. Les effets thermiques de l'étincelle sont trop importants pour mesurer avec précision ces types d'échantillons, qui ne peuvent pas être facilement polis avant la mesure.
Il n'y a pas de grande différence de vitesse globale d'une analyse complète entre l'étincelle et la SDL : une mesure individuelle avec l'étincelle est plus rapide qu'avec la SDL (15 s contre 1 min en général), mais pour obtenir des informations représentatives, plusieurs points doivent être réalisés à différents endroits, ce qui nécessite une manipulation de l'échantillon entre deux analyses (et un repolissage si l'échantillon est petit). Avec le SDL, le temps de pré-intégration est sensiblement plus long qu'avec l'étincelle, mais des mesures successives peuvent alors être effectuées au même endroit, car le procédé pénètre l'échantillon en continu et la matière précédemment pulvérisée est retirée en continu.
Selon l'énergie incidente, les rayons X peuvent pénétrer plus ou moins profondément dans un matériau. Si la séquence des couches est connue, des informations sur leur épaisseur peuvent être déduites. Cela pourrait fonctionner pour les matériaux plaqués si le même élément n'est pas présent dans deux couches.
Les deux techniques sont très différentes et doivent rarement être comparées. Les techniques aux rayons X présentent des limites pour les éléments légers, ce qui n'est pas le cas pour la SDL.
Les domaines d'intérêt croissants en SDL concernent les batteries au lithium ou les matériaux de stockage H2 ; H2 et Li2 ne peuvent être mesurés par rayons X. Pour les éléments courants, la SDL à RF pulsée offre une sensibilité supérieure à celle de l'EDX, mais comparable à celle du WDX.
Les instruments à rayons X sont parfois également proposés pour l'analyse des profils de profondeur. Selon l'énergie incidente, les rayons X peuvent pénétrer plus ou moins profondément dans un matériau, et si la séquence des couches est connue, des informations sur l'épaisseur peuvent être déduites. Cela peut fonctionner pour les matériaux plaqués si le même élément n'est pas présent dans deux couches (la séquence Au/Ni/Cu/verre peut être mesurée, alors que Au/Ni/Cu/Ni/verre entraînerait des erreurs). Avec les rayons X, aucune pulvérisation cathodique n'est nécessaire, mais les faibles concentrations dans les couches et les contaminants potentiels aux interfaces sont invisibles.
Avant le projet européen coordonné par HORIBA (https://cordis.europa.eu/project/id/32202/reporting/de) qui a conduit au développement d'un tout nouveau type d'instrumentation appelé Plasma Profiling TOFMS, l'acronyme "GDMS" n'était utilisé que pour quelques instruments dans le monde entier dédiés à l'analyse des métaux à l'état d'ultra-traces.
Ces instruments sont conçus avec un secteur magnétique séquentiel (ils ne sont donc pas adaptés à l'analyse des profils de profondeur des couches minces) et leurs sources CC les limitent aux seuls matériaux conducteurs. Ils atteignent des limites de détection exceptionnelles (jusqu'à une valeur inférieure au ppb) et ont trouvé des applications de niche pour l'évaluation des matériaux de haute pureté.
