L'analyse en phase gazeuse de nanoparticules isolées
Connaître l'identité et l'origine des particules présentes dans l'atmosphère et qui influencent la santé des gens et de la planète. La détection des particules électriquement neutres est particulièrement difficile car de nombreuses techniques utilisent un processus d'ionisation, qui peut endommager des échantillons délicats. Le transfert de matière induit par laser (LIFT) et à base de bulle est une technique d'ablation laser femtoseconde relativement nouvelle et assez douce pour gérer de tels échantillons. Le matériau à analyser et transféré sur un substrat métallique puis irradié par l'arrière à l'aide d'une courte impulsion laser, qui génère une bulle. Le mouvement rapide du substrat métallique facilite le transfert du matériau et son isolation. Les scientifiques du projet DECIMA (Detection and characterization of individual micro- and nanoparticles), financé par l'UE, ont amélioré une technique LIFT à base de bulle et sans matrice, réalisant un appareil d'analyse de petites particules en phase gazeuse. Les chercheurs de DECIMA ont mis au point une nouvelle technique LIFT afin d'introduire des nanoparticules dans un vide poussé, de les ioniser et de les analyser. Ils ont atteint 90 % de rendement du transfert des particules, dont l'éjection forme un faisceau très étroit qui autorise un positionnement bien contrôlé. La vitesse moyenne d'une particule est d'environ 50 m/s, assez faible pour permettre d'étudier sa composition et sa morphologie avec une résolution en profondeur. Les scientifiques ont intégré leur technique LIFT par spectrométrie de masse à temps de vol (TOFMS) pour des ions positifs ou négatifs. Les chercheurs ont totalement caractérisé le fonctionnement du nouvel appareil, à l'aide d'études théoriques et de microscopie par force atomique, afin d'optimiser les caractéristiques du laser et d'éviter d'endommager les échantillons. L'appareil est simple à réaliser et compatible avec tous les types d'échantillons comme des nanostructures de carbone, des particules d'aérosol et des corps biologiques. Il a été utilisé pour transférer des molécules de fullerène C60 depuis un substrat revêtu de métal et vers la région d'extraction pour une étude par TOFMS. En outre, il isole efficacement les matériaux transférés des autres matériaux d'ablation, et minimise l'échauffement par le laser, en sorte que les particules arrivent sans modification à l'instrumentation d'analyse. Les travaux de DECIMA seront importants pour rapprocher la technique de détection et de caractérisation de nanoparticules de la preuve de concept en laboratoire, puis du développement d'un prototype. La commercialisation de l'appareil LIFT-TOFMS intégré devrait avoir un impact notable sur la santé, la sécurité de l'environnement, et la compréhension de la météo et du réchauffement planétaire.
Mots‑clés
Nanoparticules, détection, transfert de matière induit par laser, ablation par laser, TOFMS
