14.16 : Photométrie de flamme: aperçu

La photométrie de flamme, également appelée spectrométrie d'émission de flamme, est une technique utilisée pour l'analyse qualitative et quantitative des éléments présents dans un échantillon en utilisant une flamme comme source d'énergie d'excitation. Le concept de photométrie de flamme a été mis en œuvre au début des années 1860 par Kirchhoff et Bunsen, qui ont découvert que certains éléments émettent un rayonnement caractéristique lorsqu'ils sont excités dans des flammes. Le premier instrument développé à cet effet a été utilisé pour mesurer le sodium (Na) dans les cendres végétales à l'aide d'une flamme de Bunsen. Cependant, le défi résidait dans la recherche de la méthode la plus efficace pour introduire l'échantillon dans la flamme. Ce n'est qu'en 1929, lorsque Lundegardh a introduit un nébuliseur, qu'une avancée significative a permis une introduction reproductible de l'échantillon dans la flamme.

Dans la spectrométrie d'émission de flamme, le nébuliseur convertit un échantillon liquide en une fine brume ou un aérosol. Cela est réalisé en faisant passer un flux de gaz à haute pression à l'extrémité d'un tube capillaire contenant l'échantillon, l'aspirant ensuite dans une chambre de pulvérisation. L'aérosol produit est ensuite acheminé vers le brûleur, où la chaleur de la flamme le dessolvate, formant des particules sèches qui se volatilisent et produisent des atomes libres pour l'analyse.

Les premiers instruments utilisaient des spectrographes à prisme de quartz et un enregistrement photographique pour disperser et capturer les lignes d'émission atomique. Cependant, les progrès réalisés dans les filtres optiques et les photodétecteurs électriques ont permis de remplacer ces composants, améliorant ainsi la précision et la commodité.

La photométrie de flamme consiste à introduire une solution d'échantillon dans un nébuliseur, qui la transforme en une fine brume ou un aérosol. L'échantillon atomisé pénètre ensuite dans la flamme, accompagné d'air ou d'oxygène et d'un gaz combustible tel que le propane ou l'acétylène. La flamme fournit l'excitation thermique nécessaire pour exciter les atomes de l'échantillon. Lorsque ces atomes excités reviennent à leur état fondamental, leur rayonnement émis est détecté par une cellule photoélectrique ou un photomultiplicateur.

La photométrie de flamme est particulièrement efficace pour mesurer les éléments sodium, potassium, lithium et calcium. La flamme utilisée en photométrie de flamme est généralement une flamme propane-air avec une plage de température de 1900 à 2000 °C, bien que des flammes alternatives comme le butane-air ou le gaz naturel-air puissent également être utilisées. La photométrie de flamme présente certaines limites, qui peuvent être surmontées en utilisant des températures plus élevées et des flammes plus réductrices, comme l'air-acétylène, ainsi qu'une détection spectrométrique à plus haute résolution. Cependant, ces approches ne sont pas compétitives en termes de coûts par rapport à la spectrométrie d'absorption atomique de flamme (AAS), plus largement applicable.