La fluorescence des rayons X à réflexion totale

INTRODUCTION

La fluorescence des rayons X à réflexion totale (TXRF) est une nouvelle technique. Elle peut être appliquée dans différents domaines comme l’analyse environnementale, la minéralogie, l’océanographie et la médecine. Elle présente plusieurs avantages. Elle nous permet l’analyse très sensible des éléments multiples dans les milieux biologiques notamment dans les cheveux. La méthode s’est révélée très efficace pour mesurer quantitativement et qualitativement les éléments chimiques ainsi elle peut être un outil intéressant pour les physiologistes et dermatologues, les biologistes dans leurs études des phanères, elle peut aussi aider les cosmétologies dans leurs études des produits cosmétiques et capillaires. Dans le présent travail, cette méthode d’analyse des éléments en trace dans les cheveux par la fluorescence à rayon X à réflexion totale est développée, évaluée et appliqué aux échantillons de cheveux provenant de la population malgache à Antananarivo. Cette étude réalisée dans le but de déterminer les éléments constitutifs du cheveu qui peuvent varier suivant l’âge, le sexe. La pollution de l’air, de l’eau et de sol se répand très rapidement dans notre environnement du aux activités humaines. Ainsi, les éléments en traces provenant d’aérosols, d’eau pour le lavage et des produits cosmétiques utilisés peuvent adhérer aux cheveux. Des différentes procédures ont été développées pour enlever ces éléments, de manière à montrer que les résultats d’analyses sont le taux des éléments en trace dans les cheveux. La dissolution d’échantillons biologiques avec combinaisons d’acide et d’eau oxygénée, et la méthode de dilution avant l’analyse ont été décrites dans ce rapport. Quant à l’échantillonnage des cheveux, une difficulté presque insurmontable s’est présentée lors des collectes : c’était la profonde répugnance que tout Malgache, traditionnellement, avait à céder n’importe quelle partie de son individu à une personne quelconque, notamment étrangère à son milieu familial. Cette répugnance est d’autant plus marquée en ce qui concerne les cheveux, partie considérée comme sacrée car rattaché à la tête : l’organe le plus noble du corps humain selon le mystique traditionnelle. Heureusement, quelques personnes dévouées ont surmonté cette répugnance et ont permis la collecte de quelques touffes de cheveux utilisés pour la présente étude. De cette difficulté de collecte, il ne nous a pas été possible de faire une répartition statistique convenable de notre échantillonnage. Cette étude n’est qu’un travail préliminaire et nous essayerons de donner les résultats obtenus. Ce travail se divise en cinq parties dont la première, nous exposerons brièvement la généralité et l’obtention des rayons X et le comportement du photon avec la matière. La seconde est axée par le calcul de la raie de fluorescence et l’effet de matrice. Dans la troisième partie nous avons traité la théorie générale de l’analyse par fluorescence X à réflexion totale et montré les instrumentations en spectrométrie X et du bref exposé sur l’étude de la physiologie et la chimie du cheveu figure dans la quatrième partie. Le chapitre cinq explique les méthodes expérimentales que nous utilisons pour résoudre les problèmes posés à la fluorescence X, dans ce même chapitre nous donnons les résultats expérimentaux avec la discussion et la conclusion finale.

GENERALITES SUR LES RAYONS X 

La découverte des rayons X appelés aussi rayons de Roentgen a été faite par l’Allemand Wilhelm Conrad Roentgen. Ils résultent du choc des électrons sur la matière. Ce sont des ondes électromagnétiques de très courte longueur. Pratiquement, on obtient des rayons X dans un tube de Coolidge (figure.1) [ 1 ] : dans lequel on fait un vide très poussé et on place des électrodes entre lesquelles la différence de potentiel est très grande (de l’ordre de plusieurs milliers de volts). Les faisceaux d’électrons sont accélérés par le champ électrique ainsi créé tombent sur l’anode et émettent des raies X caractéristiques. Des électrons sont émis par le champ électrique tombent sur l’anode et émettent des raies X caractéristiques. On peut aussi les obtenir à partir du phénomène de  » capture électronique » d’une source radioactive constituée des noyaux instables. Généralité sur les rayon X 4 2- EMISSION DES RAYONS X 2-1 – Rayons X Les rayons X sont des photons d’énergie inférieure à 100 KeV. Le processus d’émission de rayons X se fait en deux étapes (figure 2.). La première étape est la collision d’un quantum d’énergie hv sur un atome : il y a expulsion d’un négaton d’une couche interne (K, L, M, …). La deuxième étape est le remplissage de cette lacune, laissé par le photo négaton, par un des négatons des couches externes avec une émission quasi instantanée (de 10-15 à 10-17 ) [ 3 ] de raies X caractéristiques de l’élément. Si le négaton de la couche L, d’énergie EL, comble la place vide de la couche K, on obtient la raie Kα ; il en résulte un quantum d’énergie Ei = hν tel que : hν =EK-EL où h est la constante de PLANCK, ν la fréquence de l’énergie rayonnante et EK le niveau d’énergie de la couche interne K. Si le négaton vient de la couche M, on a la raie K alors hν = EK -EM Pour les éléments lourds de numéro atomique Z élevé (Z>40), l’ionisation s’effectue sur les couches L. On a ainsi les raies Lα, Lβ, Lγ suivant le mode de transition. Le nombre de transitions radiatives croît avec le numéro atomique de l’atome. Généralité sur les rayon X 5 

Transition II y a deux types de transition 

transition permise et transition interdite. La transition permise repose sur les règles dites de sélection. Autrement dit, seules les transitions satisfaisant aux règles de sélection sont possibles. 

Transition radiative

Si la différence d’énergie de l’état final et de l’état initial suit les règles de sélection. 2-2-2- Transition non radiative Lors de cette transition, on a émission d’un deuxième négaton plus faiblement lié. Ce phénomène est connu comme une transition sans radiation ou émission de négaton Auger. 2-3- Ionisation des atomes La perte d’un ou de plusieurs négatons de la couche périphérique provoque l’ionisation des atomes. Ce phénomène se présente sous deux formes : Ionisation par des particules chargées. Ionisation par des photons.

Spectre des rayons X

La radiation X caractéristique émise est une raie caractéristique de l’élément excité. Le spectre des rayons X se divise en plusieurs séries : – La série K est la série des plus courtes longueurs d’onde. La structure spectrale de cette série est la plus simple. Elle comprend deux raies qu’on désigne conventionnellement par Kα et Kβ La raie Kα a une longueur d’onde élevée par rapport à celle de Kβ et sa brillance est très nette, elle présente deux composantes bien distinct Kα1 et Kα2. La raie Kβ admet aussi un doublet des raies très serrées. – Les raies L sont produites par les éléments lourds. D’une manière générale, pour les éléments légers, de numéro atomique compris entre 16 et 42, on obtient les doublets de raies K : Kα et Kβ On a le triplet Lα t Lβ et Lγ pour les métaux lourds de numéro atomique entre 43 et 92.