- Pollution de l’environnement. Mesure des rapports isotopiques dans un élément comme accessoires de traçage pour caractériser les sources de pollution.
- Sauvegarde nucléaire Le rapport isotopique de l’uranium (238, 235 et 234) et du plutonium (239 et 240) pour suivre les rejets dans l’environnement centrale nucléaire. Les rapports isotopiques du plomb radiogène (208, 207, 206) et du strontium (87) peuvent être utilisés pour reconstituer l’origine des métaux et des substances organiques, en fournissant des informations sur les réseaux commerciaux et les chemins migratoires des temps anciens.
- Traçabilité des aliments Le strontium radiogène peut également être utilisé pour la caractérisation de l’origine des aliments d’origine animale et végétale.
Les isotopes d'un élément chimique présentent des propriétés chimiques communes, mais comme ils sont différents en masse, ils sont sujets à de petites variations mesurables des rapports naturels observés.
La composition isotopique des éléments peut être mesurée en déterminant les rapports isotopiques à l’aide de techniques de spectrométrie de masse:
Les spectromètres de masse à source gazeuse IRMS (spectrométrie de masse à rapport isotopique) sont utilisés pour les isotopes des éléments légers (H, C, N, O et S).
Pour l’analyse isotopique des métaux et métalloïdes, la spectrométrie de masse avec source plasma (MC-HR-ICP-IRMS, Multi Collector-High Resolution – Inductively Coupled Plasma – IRMS) est utilisée.
Pour les radionucléides à durée de vie moyenne , y compris 14 C, et longs (par exemple 236 U, 239 Pu, 240 Pu) la spectrométrie de masse de l’accélérateur est utilisée ( AMS ).
IRMS
Un spectromètre de masse à source gazeuse peut mesurer les rapports isotopiques tels que 12 C / 13 C, 14 N / 15 N, 18 O / 16 O, 34 S / 32 S 2 H / 1 H
en commençant par des échantillons de gaz de:
- CO 2 ( 12 C / 13 C et 18 O / 16 O),
- N 2 ( 14 N / 15 N),
- CO ( 12 C / 13 C et 18 O / 16 O),
- O 2 ( 18 O / 16 O),
- SO 2 ( 34 S / 32 S et 18 O / 16 O) e
- H 2 ( 2 H / 1 H).
Grâce à l'utilisation de périphériques en ligne (ou de préparations hors ligne), les mesures sont également autorisées sur des matrices autres que gazeuses, comme par exemple:
- L’analyse des rapports isotopiques de C, N et S sur des échantillons solides et liquides, avant combustion effectuée en ligne avec un analyseur élémentaire (EA-IRMS);
- L’analyse des rapports isotopiques de O, N et H sur des échantillons solides et liquides, avant pyrolyse réalisée en ligne avec un analyseur élémentaire haute température (TC / EA-IRMS).
- L’analyse des rapports isotopiques de O et H de l’eau et du C et O du carbone inorganique dissous (DIC) ou dans l’air.
Les applications de cette technique couvrent des domaines tels que:
- Hydrologie
- Pollution de l’environnement
- Traçabilité des aliments
- Science des matériaux
MC-HR-ICP-IRMS
L’arrivée de la spectrométrie MC-HR-ICP-IRMS haute résolution (HR implique M / ΔM ≅ 400 ) a considérablement élargi les domaines d’application de l’analyse des rapports isotopiques des métaux et métalloïdes, par rapport à la technique TIMS (spectrométrie de masse à ionisation thermique) plus couramment utilisée.
La géométrie Nier-Johnson , associée à la technologie multicollector, permet une plus grande variété de rapports isotopiques pouvant être mesurés avec une grande précision.
La source ICP permet l’extraction facile des ions positifs avec des rendements sensibles (≥ 40%) pour les éléments avec des éléments d’ionisation jusqu’à 10 eV.
Ce grand avantage a fait du MC-HR-ICP-IRMS l’instrument choisi pour l’analyse isotopique en cosmochimie. Au cours des 20 dernières années , cette méthode a été utilisée avec TIMS pour l’analyse isotopique d’éléments tels que Nd, Pb et a complètement remplacé TIMS pour d’autres, par exemple Hf. Il a également introduit la possibilité de prendre des mesures de routine des rapports isotopiques d’éléments tels que Fe et Mg.
