L'ICP-OES est utilisé dans de nombreux domaines : R&D, contrôle et assurance qualité, services analytiques, etc. Son principal marché reste les services analytiques et le contrôle qualité pour le contrôle de la production de produits intermédiaires et finis. Les domaines d'application d'un ICP-OES varient considérablement selon la conception de l'instrument et ses performances.
L'application principale est l'environnement (eau, sols, boues, air…), car il existe un besoin important de surveiller la présence et la teneur en éléments nutritifs liés à la consommation humaine et à son impact. Pour l'AQ/CQ, les principaux clients sont les entreprises chimiques, minières, métallurgiques et de métaux précieux. L'ICP-OES est utilisé pour garantir la qualité des matières premières et du produit final. Les produits intermédiaires sont également analysés afin de permettre un suivi complet des procédés. La pétrochimie utilise également l'ICP-OES pour le raffinage du pétrole et la production d'huiles lubrifiantes, mais aussi pour certaines applications telles que l'analyse des métaux d'usure dans l'huile, permettant ainsi la maintenance préventive des moteurs (camions miniers, avions, etc.).
L'ICP-OES peut traiter des échantillons environnementaux et agrochimiques. Le domaine environnemental est probablement son principal domaine d'activité. Cela s'explique par la grande variété d'échantillons concernés et par la forte demande mondiale d'analyses élémentaires. L'ICP-OES est devenue la technique de référence pour l'analyse environnementale grâce à la sensibilité et à l'analyse multiélémentaire requises.
Les échantillons environnementaux comprennent non seulement l'analyse d'échantillons provenant de « zones naturelles » (eau potable, eaux souterraines, eau de mer, eaux de rivière, etc.), mais aussi l'analyse d'échantillons de sols et de boues provenant de lieux de travail, notamment l'air, les cendres volantes, les cendres de charbon ou les poussières. Un ICP-OES doit répondre à de nombreuses exigences pour répondre aux attentes en matière d'analyse environnementale. L'ICP-OES doit permettre l'analyse des éléments majeurs, de l'ordre du mg/L au %. Il doit également être suffisamment sensible pour la détermination de faibles concentrations de métaux lourds dans des échantillons tels que l'eau potable, les eaux souterraines ou les eaux de rivière, et présenter des effets de matrice réduits afin de conserver une bonne sensibilité dans des matrices plus complexes comme l'eau de mer, les eaux usées, les sols ou les boues. Pour ces derniers, une tolérance élevée aux solides dissous totaux est également requise pour assurer une stabilité adéquate.
As the level of concentration defined by regulations is sometimes reaching the limits of the technique for some elements such as As, Se, Sb and Hg, some accessories can be used to improve sensitivity. HORIBA can propose the Concomitant Metals Analyzer (CMA) that uses the hydride generation technique to improve sensitivity for As, Se, Sb and Hg. The CMA can be used as a classical hydride generator but its uniqueness is that it can simultaneously analyze hydride forming elements and other elements, resulting in improved throughput and ease-of-use.
L'ICP-OES peut traiter des échantillons chimiques. L'analyse des produits chimiques est principalement réalisée dans le cadre du contrôle qualité de la production, avec l'analyse des produits intermédiaires et finis, mais aussi pour le suivi des procédés. Dans ce contexte, l'analyse élémentaire est principalement réalisée par l'ICP-OES, grâce à sa capacité d'analyse multi-éléments et à son temps d'analyse court, répondant aux exigences de la production.
Fig.8 : Signaux pour HNO3 1% sans CMA (noir) et avec CMA (vert), pour 5 μg/L Hg sans CMA (vert) et avec CMA (rouge).
Il existe de nombreuses matrices pour l'analyse chimique, couvrant le large spectre de l'industrie chimique. Parmi ces applications, on peut citer les engrais, avec une attention particulière portée à l'analyse du phosphore et du potassium, les batteries, avec une concentration en plomb, manganèse ou lithium, les polymères et les produits inorganiques bruts. L'analyse des solvants organiques est également possible dans ces applications.
L'un des secteurs les plus exigeants en termes de performances ICP-OES est celui de la production de chlore, de soude caustique, de carbonate de sodium, de sodium et de magnésium. L'analyse des saumures, c'est-à-dire des solutions saturées en NaCl (25 à 30 %), est nécessaire pour ces industries. Pour obtenir les meilleures performances avec ces échantillons, il est indispensable d'utiliser un ICP-OES capable de gérer la concentration totale en solides dissous et de maintenir la sensibilité pour l'analyse des éléments traces. Des accessoires tels qu'un gaz de gaine et un humidificateur à argon seront nécessaires pour répondre aux exigences d'analyse.
Fig.9 : Signaux pour HNO3 1% sans CMA (noir) et avec CMA (vert), pour 5 μg/L Hg sans CMA (vert) et avec CMA (rouge).
L'ICP-OES permet de gérer des échantillons métallurgiques pour les métaux ferreux, non ferreux et précieux. La métallurgie est l'un des plus anciens domaines d'application avec la géologie.
Plusieurs éléments doivent être analysés, de l'état de traces (ppm dans le solide) jusqu'à des pourcentages élevés. L'ICP-OES est conçu pour effectuer ces analyses et fournir des résultats rapides pour tous les éléments, ce qui en fait l'instrument idéal pour ce secteur. L'ICP-OES haute résolution est privilégié pour l'analyse de traces grâce aux spectres riches en raies émis par tous les métaux à forte concentration tels que W, Fe, Pt, Rh, Ni, etc.
L'ICP-OES peut gérer des échantillons pharmaceutiques et cosmétiques. Il est particulièrement adapté à l'analyse des métaux lourds dans les produits cosmétiques ou pharmaceutiques, car la plupart d'entre eux peuvent être digérés par des acides ou dissous dans des solvants volatils tels que le méthanol ou l'éthanol. L'introduction de solvants volatils simplifie la préparation des échantillons et, face à l'augmentation du nombre d'éléments à analyser dans les cosmétiques, l'ICP-OES est de plus en plus attractif.
L'analyse des produits pharmaceutiques doit généralement respecter la réglementation de la FDA, et l'ICP-OES a récemment été autorisée. Ce domaine d'application est en pleine expansion, car la plupart des entreprises doivent équiper leurs laboratoires pour se conformer à la réglementation. Concernant les cosmétiques, les échantillons peuvent être digérés ou dissous directement dans des solvants volatils. Pour l'analyse des produits pharmaceutiques, un logiciel spécifique, conforme aux exigences de la partie 11 du titre 21 du CFR et généralement doté d'une gestion des droits d'utilisation, est obligatoire. Outre les applications cosmétiques et pharmaceutiques, l'ICP-OES peut être étendu à certaines applications cliniques.
L'ICP-OES peut traiter les éléments géologiques, miniers et les terres rares. Il est largement utilisé dans les procédés miniers, le contrôle de la pureté minière, l'analyse des roches, etc. De nombreuses mines l'utilisent pour vérifier la pureté des minerais extraits de manganèse, de nickel ou de métaux précieux. Avec la diminution des ressources minières, l'extraction de ferraille, principalement de métaux précieux issus de déchets électroniques, connaît une forte activité.
Pour cette activité, l'ICPOES permet d'évaluer la quantité de métal pouvant être extraite des déchets, puis d'en évaluer la pureté après raffinage. L'ICP-OES est largement utilisé pour l'analyse des terres rares, car leur contrôle devient de plus en plus crucial compte tenu de leur rôle crucial dans l'économie, de la vie quotidienne à la recherche et développement de pointe.
Fig.10 : Profils pour l'analyse de La2O3 à 333,749 nm dans 20 g/L de CeO2 : Échantillon (profil vert), ajout standard 1 (20 ppm – profil bleu) et ajout standard 2 (40 ppm – profil rouge) avec combinaison de fentes 10/15 μm.
L'analyse d'échantillons géologiques et miniers, et notamment des terres rares, est très exigeante pour l'ICP-OES. Compte tenu de la sensibilité requise pour vérifier la pureté du produit final, l'ICP-OES doit pouvoir traiter de fortes concentrations de solides dissous totaux. De plus, compte tenu du spectre riche en raies émis, notamment pour les terres rares, seuls les spectromètres ICP-OES haute résolution peuvent réaliser ce type d'analyse, car ils sont les seuls à pouvoir séparer les longueurs d'onde des éléments majeurs et des traces.
Fig.11 : Profils pour l'analyse Lu2O3 à 261,542 nm dans 20 g/L Gd2O3 : Échantillon (profil rouge), ajout standard 1 (5 ppm – profil bleu) et ajout standard 2 (10 ppm – profil vert) avec combinaison de fentes 10/15 μm.
L'ICP-OES peut gérer des échantillons issus des sciences des matériaux. Conçu pour l'analyse d'échantillons issus des sciences des matériaux, il est largement utilisé pour l'analyse des ciments, des céramiques et des verres grâce à sa capacité à analyser simultanément les éléments majeurs et traces, avec une bonne sensibilité.
L'utilisation de matériaux magnétiques devenant de plus en plus importante, l'ICP-OES est de plus en plus utilisée pour ces applications, car elle est conçue pour déterminer les éléments majeurs et traces. Pour les applications impliquant des terres rares, une haute résolution est souvent requise pour garantir la qualité des résultats.
L'ICP-OES peut traiter tous types d'échantillons destinés aux applications nucléaires. L'analyse élémentaire pour ces applications est réalisée dans de nombreux domaines : environnement, métallurgie, géologie et exploitation minière, surveillance des centrales nucléaires, gestion des déchets nucléaires, analyse du combustible nucléaire… Pour tous les échantillons actifs, une adaptation spécifique de l'ICP-OES avec une boîte à gants est nécessaire afin de protéger les personnes et d'isoler l'échantillon. Dès l'analyse d'échantillons métallurgiques ou liés au combustible nucléaire, des spectromètres ICP-OES haute résolution sont nécessaires en raison des spectres riches en raies émis par les éléments des matrices.
L'ICP-OES peut gérer des échantillons pétrochimiques. Il permet d'analyser directement les solvants organiques, simplifiant ainsi l'analyse des échantillons pétrochimiques, car la plupart d'entre eux peuvent être dissous directement dans des solvants tels que le kérosène, le xylène ou des solvants volatils comme le méthanol et l'éthanol. L'ICP-OES est utilisé dans les raffineries pour l'analyse du pétrole brut, ainsi que pour l'analyse de produits finis tels que le bitume ou le carburant.
L'analyse des additifs dans les huiles lubrifiantes, tout comme celle des métaux d'usure dans l'huile, est également facile à réaliser grâce à l'ICP-OES. L'analyse des métaux d'usure dans l'huile est généralement réalisée pour les moteurs d'avion ou d'hélicoptère afin de planifier la maintenance préventive.