Septembre 2006 - n°113

SPECTRO MIDEX Analyse des plastiques selon la Directive RoHS

Dirk Wissmann, SPECTRO Analytical Instruments, Kleve

1.Introduction

La directive RoHS [1] (Restriction on Hazardous Substances) a pour but de limiter l’utilisation du Cd, Pb, Hg, du Cr hexavalent et du Brome (sous forme PBB/DPBE) dans les produits électriques et électroniques.
L’utilisation de ces matériaux n’est plus autorisée depuis juillet 2006. La limite autorisée pour le Cd est de 100mg/kg ; celle autorisée pour Hg, Pb, Cr hexavalent et le brome PBB/DPBE est de 1000 mg/kg.
Tous les composants des équipements électriques et électroniques ne doivent pas contenir de teneurs supérieures à ces valeurs et nécessitent des contrôles réguliers. Le SPECTRO MIDEX permet une analyse rapide (avec un petit spot de mesure), non destructive et sans aucune préparation d’échantillon. Pour une utilisation selon la directive RoHS, le MIDEX travaille avec un spot de mesure de 2mm. Le positionnement exact du point de mesure de l’échantillon s’effectue à l’aide d’un système vidéo à deux pointeurs laser.
La spectrométrie de fluorescence X permet l’analyse du chrome et du brome en tant qu’élément sans information sur leur forme chimique. Si les teneurs mesurées dépassent les valeurs de la directive, il est donc nécessaire d’effectuer une autre analyse afin de déterminer la forme chimique sous laquelle se présentent ces deux éléments.

2. Instrument de mesure

Toutes les mesures sont réalisées avec le SPECTRO MIDEX selon la configuration suivante :
- Un tube de molybdène (30 W) génère un spot de mesure de 2 mm
- Un détecteur SDD (Si Drift Detector) d’une résolution de 160eV (sur la raie Ka du Mn pour 1000 cps).
- Le temps d’analyse par échantillon est de 600 secondes. Cependant il peut être adapté à la demande de l’utilisateur.
- Un système de vidéo couleur permet de positionner l’échantillon et de photographier l’endroit de la mesure.

3. Préparation des échantillons

Dans la grande majorité des cas, l’analyse d’échantillons plastiques ne nécessite aucune préparation spécifique. Dans le cas de granulés plastiques, on remplit une coupelle à ras bord. Les mesures sont effectuées sous air.

4. Résultats et discussion

6 matériaux de référence ont été utilisés pour l’étalonnage du Cd, Pb, Hg, et Cr dans les polymères. Quatre de ces matériaux de référence proviennent de VDA (Association Allemande de l’industrie Automobile). Ces échantillons VDA 001 - 004 contiennent du Cd en tant que pigment (organique et inorganique) dans du polyéthylène (PE). La gamme de concentration est de 40 à 400 mg/kg (confère tableau1).
Les matériaux de référence, BCR 680 et BCR 681 ont également été ajoutés dans l’étalonnage.
Tous les échantillons se présentent sous forme de granulés.

En plus de l’influence de la matrice sur l’intensité de fluorescence, la taille des granulés ainsi que la distance par rapport à l’ensemble analytique (tube et détecteur) peuvent avoir un impact sur les résultats de mesure. Si l’échantillon est plat et homogène, ces effets n’ont pas une grande influence.
Afin de minimiser ces effets, les résultats décrits ci-dessous résultent d’une moyenne de mesures effectuées à trois différents endroits.

C0: concentration de l’échantillon
N0: Intensité net du pic

La limite de détection peut être calculée selon la relation suivante (IUPAC [3]) :

où
U: Intensité du fond
C0: concentration de l’échantillon
N0: Intensité net du pic

La limite de détection calculée de cette manière est de 11 mg/kg pour le Cd dans des plastiques.

Les échantillons BCR 680 et BCR 681 contiennent également d’autres éléments tels que Pb, Hg, et Cr.
Le tableau 2 montre les résultats analytiques : moyenne de trois mesures en comparaison avec les valeurs certifiées.
Les spectres de comparaison de ces échantillons sont représentés en figure 3.

Le tableau 3 ci-dessous représente les limites de détection des éléments importants présents dans les échantillons BCR.

En plus de l’analyse de traces dans des plastiques, le SPECTRO MIDEX (dans sa configuration standard) peut être utilisé pour des analyses élémentaires sur des composants métalliques (selon le rapport d’application XRF-13).

5. Résumé

Avec une très simple préparation d’échantillon, le SPECTRO MIDEX, système analytique robuste, offre une simplicité d’utilisation pour la mesure de plastiques et autres composants selon la directive RoHS.

Le SPECTRO MIDEX est livré avec un étalonnage empirique réalisé à l’aide des étalons certifiés décrits ci-dessus. De cette manière, il est possible d’effectuer des mesures rapidement après l’installation.
Le même instrument peut être équipé avec l’option des paramètres fondamentaux FP+ (performances décrites dans le rapport XRF-13).

6. Références

[1] RoHS Directive 2002/95/EC
[2] WEEE Directive 2002/96/EC
[3] IUPAC: Spectrochim. Acta, 33B (1978) 242 ff.

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