Analisi dello stato gassoso di singole nanoparticelle
La conoscenza dell’identità e dell’origine delle particelle atmosferiche influisce sulla salute delle persone e del pianeta. Il rilevamento di particelle neutre è particolarmente impegnativo poiché molte tecniche si basano sulla ionizzazione che può danneggiare i campioni fragili. Il trasferimento in avanti indotto da laser basato su blister (LIFT) è una tecnica di ablazione laser a femtosecondi relativamente nuovo e abbastanza mite da non alterare tali campioni. Un materiale è trasferito su un substrato metallico e irradiato da dietro da un impulso laser breve, causando la formazione di un blister. Il rapido movimento del substrato metallico facilita il trasferimento efficiente del materiale ed efficace isolamento. Gli scienziati hanno migliorato una tecnica LIFT con matrice senza blister, producendo un apparecchio per l’analisi dello stato gassoso di piccole particelle con il sostegno del progetto DECIMA (Detection and characterization of individual micro- and nanoparticles). In particolare, DECIMA ha sviluppato una nuova tecnica LIFT per introdurre le nanoparticelle in alto vuoto per la ionizzazione e l’analisi. È stata raggiunta un’efficienza di trasferimento delle particelle raggiunge il 90 % e le particelle espulse formano un fascio di particelle molto stretto per il posizionamento ben controllato. La velocità media delle particelle è di circa 50 m/s, abbastanza lento da consentire indagini sulla composizione delle particelle e sulla morfologia con risoluzione approfondita. Gli scienziati hanno integrato tecnologia LIFT con la spettrometria di massa a tempo di volo (TOFMS), di ioni positivi e negativi. I ricercatori hanno caratterizzano completamente il funzionamento del nuovo apparecchio utilizzando la microscopia a forza atomica e gli studi teorici per ottimizzare le caratteristiche laser ed evitare danni ai materiali campione. La tecnologia è semplice da realizzare e compatibile con qualsiasi campione, tra cui nanostrutture di carbonio, particelle di aerosol e oggetti biologici. È stata usato con successo per trasferire molecole di fullerene C60 da un substrato rivestito di metallo nella regione di estrazione per TOFMS. Inoltre, consente di isolare efficacemente i materiali trasferiti da altri materiali di ablazione e riduce al minimo il riscaldamento laser in modo che le particelle sono consegnate alla strumentazione analitica inalterate. L’avanzamento di DECIMA sarà importante per ottenere il set up di rilevamento e caratterizzazione delle nanoparticelle più vicino a una prova del principio in laboratorio e allo sviluppo di eventuali prototipi. La commercializzazione dell’apparecchio LIFT-TOFMS integrato potrebbe avere un significativo impatto positivo sulla salute, la sicurezza ambientale e la comprensione della variazione dei modelli meteorologici e climatici globali.
Parole chiave
Nanoparticelle, rilevamento, spostamento in avanti indotto da laser, ablazione laser, TOFMS