Travail complet comment une analyse laser

Lorsque Theodore Maiman a tiré le premier laser en 1960, certains ont décrit la nouvelle technologie comme une solution à la recherche d'un problème. Mais les scientifiques ont rapidement découvert que les lasers n'étaient pas seulement des jouets curieux et ont commencé à développer des applications pratiques pour eux. Aujourd'hui, les médecins les utilisent pour réparer les rétines endommagées, enlever les étiquettes de la peau et les tatouages, et pour effectuer des incisions chirurgicales délicates. L'industrie électronique intègre des lasers dans une variété de composants, y compris les lecteurs de code à barres, les systèmes de stockage optique et les imprimantes informatiques. Et l'industrie tire parti de sa haute énergie pour faire des trous dans les diamants et couper des matériaux allant du titane au plastique.

Les lasers sont particulièrement importants dans le domaine de la chimie analytique. Les spécialistes de la chimie analytique développent des techniques qui déterminent la composition chimique des substances. Certaines de ces techniques mesurent les propriétés physiques telles que la masse, l'indice de réfraction ou la conductivité thermique. D'autres techniques dépendent des charges ou des courants électriques pour aider à identifier les parties constitutives d'une substance. Et pourtant, d'autres méthodes mesurent l'absorption, l'émission ou la diffusion des rayonnements électromagnétiques. Cette dernière catégorie est connue sous le nom de spectroscopie.

La spectroscopie laser devient un outil d'analyse de plus en plus important. Imaginez un système laser monté sur un véhicule d'exploration de Mars. En tirant une impulsion laser contre la terre martienne, les instruments du véhicule détectent la lumière réfléchie et déterminent la composition chimique du sol. Imaginez maintenant un soldat portant un système laser sur le dos. À l'aide d'un terminal portable qui combine le laser avec un système optique, il peut analyser un paquet trouvé sur le côté d'une route pour déterminer s'il contient des explosifs.

Cette forme d'analyse laser peut ressembler à la science-fiction, mais ce n'est pas le cas. Les scientifiques ont maintenant à leur disposition plusieurs types de techniques analytiques qui utilisent le laser. Nous étudierons certains d'entre eux dans cet article, et nous examinerons une spectroscopie de décomposition induite par laser, ou LIBS, en détail, pour illustrer les fondamentaux de la technologie. À mesure que nous le ferons, vous apprendrez comment l'analyse laser aide à faire avancer les progrès dans tous les domaines de la sécurité interne, de la médecine légale et de la médecine, de l'archéologie et de l'histoire de l'art.

Tout d'abord, approfondissons la base de la chimie analytique afin de comprendre comment la technologie laser s'insère dans un arsenal d'outils ou de techniques qui peuvent être utilisés pour déterminer les éléments élémentaires ou moléculaires de base des substances.



Laser comme outil d'analyse
Prenez une pause dans votre lecture pendant un moment et regardez l'environnement autour de vous. Vous voyez clairement des objets solides tels que votre ordinateur, votre bureau et votre imprimante. Les liquides - le liquide de refroidissement dans votre verre et l'eau de l'aquarium - sont visibles avec la même clarté. Même les matériaux qui semblent invisibles, tels que les odeurs et les courants d'air, peuvent être détectés par d'autres sens. Toutes ces «choses» que les scientifiques désignent sont composées de molécules ou de combinaisons d'atomes. La chimie analytique aime diviser les molécules en leurs atomes constitutifs ou simplement déterminer quelles molécules ou atomes constituent une substance donnée.

Au fil des années, la chimie analytique a abouti à divers outils et techniques. Certains de ces outils et techniques ont un caractère qualitatif: ils identifient des composés ou des éléments présents dans une substance, c'est-à-dire ce que les produits chimiques peuvent analyser. D'autres techniques sont quantitatives: elles mesurent la quantité de certains ou de tous les analyseurs présents. Dans les deux cas, l'analyse chimique consiste à stimuler un échantillon avec de la lumière, de l'électricité ou un aimant fort, afin de provoquer des changements dans l'échantillon qui révèle sa composition chimique.

Prenez la spectrométrie de masse, une technique éprouvée. Supposons qu'un biologiste veut savoir quelles toxines sont présentes chez les poissons contaminés. Il pourrait prendre une petite partie du tissu musculaire du poisson et le dissoudre dans un solvant liquide. Ensuite, mettre le liquide dans un récipient sur le spectromètre de masse. De là, le liquide serait conduit à une chambre d'ionisation, dans laquelle il serait bombardé par un faisceau d'électrons. Le bombardement convertisserait les atomes et les molécules de l'échantillon en particules avec une charge électrique connue sous le nom d'ions. Le biologiste utiliserait des champs électriques et magnétiques pour séparer les différents ions en fonction de leur masse ou de leur charge électrique, et révélerait ainsi des toxines spécifiques telles que le DDT, présent dans le poisson.

Au cours des dernières années, le laser, utilisé comme stimulus, est devenu un outil précieux pour l'analyse chimique. Les différentes techniques impliquant des lasers utilisés dans l'analyse de substances se divisent en deux grandes catégories: les méthodes de détection optique et non optique.

Par exemple, une technique d'analyse non optique qui utilise le laser permet aux scientifiques d'entendre réellement différents éléments. Il s'agit d'une photoacoustique à impulsions laser, et consiste à conduire un laser sur un échantillon. Comme l'échantillon absorbe l'énergie du laser, il se réchauffe et se dilate, créant une onde de pression sonore. Un transducteur piézoélectrique, qui convertit les vibrations mécaniques en impulsions électriques, entend ces ondes et aide les chimistes à identifier les molécules dans l'échantillon.