La spectrométrie d’émission optique à plasma à couplage inductif (ICP-OES), également connue sous le nom d’ICP-AES (spectrométrie d’émission atomique), est une technique analytique multi-éléments qui utilise un plasma d’argon à haute température pour exciter les atomes et les ions, puis mesure l’intensité de la lumière caractéristique qu’ils émettent. La technique est capable de déterminer plus de 70 éléments simultanément avec des limites de détection de l’ordre des parties par milliard (ppb) et une plage dynamique linéaire couvrant 4 à 6 ordres de grandeur.
Le plasma est généré à l’extrémité d’une torche en quartz entourée d’une bobine radiofréquence (RF) fonctionnant à 27 ou 40 MHz. Le gaz argon circulant dans la torche est ensemencé avec des électrons provenant d’une étincelle Tesla ; le champ RF accélère les électrons, qui entrent en collision avec les atomes d’argon pour produire une décharge sans électrode soutenue à 6000–10000 K. L’échantillon est introduit sous forme d’aérosol fin via un nébuliseur (pneumatique ou ultrasonique), passe à travers une chambre de pulvérisation pour éliminer les grosses gouttelettes, et entre dans le plasma où la désolvatation, l’atomisation et l’ionisation se produisent séquentiellement.
Les atomes et les ions dans le plasma absorbent l’énergie thermique et sont promus vers des états électroniques excités. Lorsqu’ils se relaxent, ils émettent des photons à des longueurs d’onde caractéristiques de chaque élément. La lumière émise est collectée par des optiques (polychromateur ou réseau echelle) et dirigée vers un détecteur — traditionnellement un réseau de tubes photomultiplicateurs ou, dans les instruments modernes, un dispositif à transfert de charge (CCD) ou à injection de charge (CID). L’intensité de chaque raie d’émission est proportionnelle à la concentration de l’élément correspondant via la relation établie par l’étalonnage.
Les interférences en ICP-OES se divisent en trois catégories. Les interférences spectrales proviennent du chevauchement des raies d’émission de différents éléments ; elles sont minimisées en sélectionnant des raies alternatives, en utilisant des optiques à haute résolution ou en appliquant une correction mathématique. Les interférences de matrice résultent de changements dans la viscosité, la tension superficielle ou les solides dissous de l’échantillon qui affectent l’efficacité de la nébulisation ; l’étalonnage interne est la principale stratégie d’atténuation. Les interférences d’ionisation se produisent lorsque des éléments facilement ionisables (par exemple, Na, K) modifient l’équilibre du plasma ; elles sont contrôlées en utilisant des conditions de plasma robustes ou des étalons adaptés à la matrice.
L’ICP-OES est largement appliqué dans l’analyse environnementale (métaux traces dans l’eau, le sol et les particules atmosphériques), l’exploration géochimique (éléments majeurs et traces dans les roches et minéraux), le contrôle qualité industriel (métaux dans les alliages, les bains de placage et les produits pétroliers) et l’analyse pharmaceutique (impuretés élémentaires selon les directives ICH Q3D). Sa combinaison de capacité multi-éléments, de large gamme dynamique et de coût d’exploitation relativement faible en fait l’un des outils les plus populaires dans le laboratoire d’analyse.
