Cette technique était initialement appelée ICP-AES (Inductively Coupled Plasma – Atomic Emission Spectrometry). Mais depuis l'introduction de l'ICP-MS, qui est également une technique de spectrométrie d'émission atomique, et puisque AES désigne aujourd'hui la spectroscopie d'électrons Auger, le terme ICP-OES est préféré. L'ICP-OES est une technique élémentaire permettant l'analyse de plus de 70 éléments du tableau périodique.
Comme son nom l'indique, l'ICP-OES utilise le phénomène d'émission pour ses mesures. Des échantillons sont introduits dans le système et, après plusieurs étapes, les atomes et les ions des éléments sont excités.
Lors de la désexcitation, les atomes et les ions des éléments émettent des photons à des longueurs d'onde caractéristiques. De nombreux photons d'intensités diverses sont émis simultanément dans toutes les directions.
Un plasma est défini comme un gaz ionisé globalement électriquement neutre. Pour produire ce gaz ionisé, une source d'énergie externe, telle qu'une étincelle, est nécessaire. Le plasma est ensuite entretenu par un champ électrique via une bobine d'induction et un générateur RF. Le plasma peut transférer une partie de son énergie à l'échantillon afin de l'atomiser et, à terme, de l'ioniser.
Plasma à couplage inductif.
Le plasma étant capable d'atteindre des températures élevées, il est particulièrement adapté à la spectrométrie d'émission. Plus la température est élevée, plus le phénomène d'émission est important. De nombreux éléments émettent des photons et peuvent ainsi être analysés.
Effect of temperature on emission.
L'ICP-OES fournit des informations qualitatives et quantitatives sur les éléments présents dans un échantillon. Chaque raie étant caractéristique d'un élément, l'identification de plusieurs raies pour un élément donné confirme sa présence.
Spectre d'émission pour Ca (1g/L) sur toute la gamme de longueurs d'onde de l'ICP-OES.
Les informations quantitatives sont fournies par un étalonnage qui doit être effectué par l'utilisateur avant chaque série d'analyse. L'étalonnage peut varier selon l'application : étalonnage externe, ajout dosé, adéquation à la matrice.
Calibration curve used for quantitative determination – Y-axis is for intensities and X-axis for concentrations. Least square are used for regression.
L'ICP-OES est une technique dédiée aux échantillons liquides. La plupart du temps, il s'agit d'échantillons aqueux, ou solides après digestion acide (sols, aciers, boues…) ou après fusion alcaline (échantillons géologiques, céramiques…). L'ICP-OES peut également analyser de nombreuses matrices organiques telles que le kérosène, le xylène, le white spirit, l'hexane, l'éthanol, les cétones… Ceci ouvre la voie à l'analyse de nombreux composés solubles dans les solvants organiques (huiles lubrifiantes, huiles alimentaires, composés pharmaceutiques).
Les échantillons solides peuvent être analysés par ICP-OES à l'aide d'accessoires d'introduction spécifiques tels que l'ablation par étincelles, l'ablation laser (LA) ou la vaporisation électrothermique (ETV). Le choix de l'accessoire dépend des performances requises et du matériau analysé. Tous ces accessoires sont destructeurs pour l'échantillon.
L'ablation par étincelles (SPAB) permet l'analyse des solides conducteurs par décharge d'étincelles. Le solide est ensuite transporté vers le plasma par un flux d'argon. L'étalonnage doit être effectué avec des matériaux de même nature que l'échantillon, limitant ainsi l'utilisation de la SPAB aux échantillons métallurgiques. L'ablation laser (LA) permet d'analyser tous types de solides, conducteurs ou non, et permet de se concentrer sur certaines zones de l'échantillon. L'étalonnage doit être effectué avec des matériaux similaires à l'échantillon (matériaux de référence certifiés - CRM). Cette étape limite l'utilisation de la LA aux échantillons métallurgiques ou géologiques où de nombreux CRM existent.
La vaporisation électrothermique permet l'analyse de solides pour tous types d'échantillons, à condition qu'ils puissent être découpés en petits morceaux pour pouvoir être introduit dans un tube en graphite. L'ETV offre une sensibilité supérieure à celle du SPAB ou du LA et est utilisée pour l'analyse de traces dans des matériaux tels que les cellules solaires et le carbone ultra-pur. L'étalonnage avec l'ETV peut être effectué avec des échantillons d'eau, ce qui simplifie l'utilisation de cet accessoire et élargit ses capacités.