Spectroscopie avec un capteur CCD

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Applications

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RAPPEL SUR LES CAPTEURS CCD

● Interaction de photons dans un CCD → Création d'un photo-électron

● Dans le proche IR et visible, le photo-électron produit n'a pas l'énergie suffisante pour créer d'autres paires e-/trou (N ~ 1 paire)

● Dans le domaine UV lointains/X, le photo-électron possède une énergie cinétique importante (E

C = E – E

L)

➢ Création d'un nuage de charge proche de la position d'interaction

➢ N = E / w avec w, l'énergie nécessaire pour créer une paire e-/trou (w ~ 3.6 eV)

➢ A.N. : Pour un photon de E = 1 keV, N ~ 274 paires e-/trou

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SPECTROSCOPIE EN X

● Si la chaine électronique est capable de mesurer la quantité de charge produite par chaque interaction, on peut remonter à l'énergie du photon incident.

● En comptant les photons un par un, on est alors capable de produire un spectre et une image.

● Spectre = nb d'événements en fonction de l'énergie

Image du reste de supernova Cas Adans le domaine des rayons X

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CHAINE ELECTRONIQUE

A retenir :- Le signal fourni par le détecteur est généralement une quantité de charge Q. - Le détecteur est alimenté soit directement soit à travers le préampli.- Le préamplificateur est nécessaire si Q est trop faible- La mise en forme est nécessaire pour la spectroscopie fine - Les éléments de la chaîne doivent être linéaires- La définition et le réglage des éléments de la chaîne doivent être adaptés à l’objectif de la mesure- Les signaux de la chaîne peuvent être utilisés pour d’autres analyses en parallèle (ex. datation, PSD)- Le système de traitement de l’impulsion fourni un signal numérique

Détecteur Préampli. Ampli.

● La configuration de la chaîne dépend des objectifs de la mesure (comptage, spectroscopie, déclencheur...)

Mise enforme

Système de traitement

de l’impulsionInformation

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ANALYSEUR MULTI-CANAUX

A - Description générale

● L’analyseur multi-canaux (MCA) convertit l’amplitude des impulsions en valeur numérique appelée numéro de canal.

● Si la réponse du MCA est linéaire alors la valeur du numéro de canal (C) est proportionnelle à l’énergie déposée dans le détecteur : E = a C + b

● Le MCA compte pour chaque canal, le nombre d’impulsions détectées → spectre

● Nécessité de calibrer le spectre en unités physiques → utilisation de sources radioactives

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ANALYSEUR MULTI-CANAUX

Fig 18-8 p 660

B - Réglage● Il faut régler le gain de l’amplificateur de la chaîne pour couvrir la plage de mesure souhaitée. Le nombre de canaux à utiliser ne doit être :- trop petit → perte de résolution- trop grand → pas assez de coups par canal

● Il dépend donc de la résolution du détecteur.

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SPECTROSCOPIE EN OPTIQUE

● En optique, il est nécessaire d'utiliser un banc spectroscopique en plus du capteur CCD.

● Ce banc spectroscopique a pour fonction de décomposer la lumière incidente en fonction de la longueur d'onde des photons.

● Ce banc inclut un élément dispersif : un prisme et/ou un réseau.

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SPECTROSCOPIE EN OPTIQUE

Réfraction Loi de Snell-Descartes

n1 sin i1 = n2 sin i2

● La déviation des rayons lumineux dépend de la longueur d'onde.

● Plus λ est grande et plus la déviation sera petite.

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SPECTROSCOPIE EN OPTIQUE

Diffraction et interférences

● La lumière est une onde électromagnétique.

● Dès que la lumière rencontre un objet, la propagation de l'onde est modifiée.

● Considérons une fente éclairée

Figure d'interférence

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SPECTROSCOPIE EN OPTIQUE

Diffraction et interférences

● Analogie avec une onde dans l'eau

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SPECTROSCOPIE EN OPTIQUE

Diffraction et interférences

● Analogie avec une onde dans l'eau

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SPECTROSCOPIE EN OPTIQUE

Diffraction et interférences

● Analogie avec une onde dans l'eau

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SPECTROSCOPIE EN OPTIQUE

Diffraction et interférences

● Analogie avec une onde dans l'eau

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SPECTROSCOPIE EN OPTIQUE

Diffraction et interférences

● Considérons plusieurs fentes → réseau

https://youtu.be/3e1e57cMg-4

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SPECTROSCOPIE EN OPTIQUE

Diffraction et interférences

● Considérons plusieurs fentes → réseau

https://youtu.be/3e1e57cMg-4

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SPECTROSCOPIE EN OPTIQUE

Diffraction et interférences

● Considérons plusieurs fentes → réseau

https://youtu.be/3e1e57cMg-4

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SPECTROSCOPIE EN OPTIQUE

Diffraction et interférences

● Considérons plusieurs fentes → réseau

https://youtu.be/3e1e57cMg-4

Critère de Rayleigh

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SPECTROSCOPIE EN OPTIQUE

Spectromètre

https://youtu.be/3e1e57cMg-4

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APPLICATIONS

Spectrophométrie

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APPLICATIONS

Spectroscopie par fluorescence X

C'est une méthode d'analyse utilisée pour la détection et la quantification des éléments présents dans des échantillons liquides, solides ou en poudre.

Les domaines d'applications possibles sont :

● l'analyse de matériaux (état solide, polymères,...etc.),

● la biomédecine (échantillons d'origine humaine animale ou végétale),

● l'archéométrie (objets d'art ou archéologiques),

● les géosciences (environnement, géologie)

● les aérosols