Analiza pojedynczych nanocząsteczek w fazie gazowej
Wiedza na temat tożsamości i pochodzenia cząstek obecnych w atmosferze pomaga chronić zdrowie ludzi i planety. Detekcja neutralnych cząstek jest szczególnie trudna, ponieważ wiele technik opiera się na jonizacji, która może niszczyć delikatne próbki. Pęcherzykowa technika LIFT (Laser-Induced Forward Transfer) to stosunkowo nowa metoda femtosekundowej ablacji laserowej, która jest wystarczająco łagodna, by umożliwić analizowanie takich próbek. Materiał jest przenoszony na podłoże metalowe i napromieniowywany krótkimi impulsami laserowymi, w wyniku czego powstaje pęcherzyk. Szybki ruch podłoża metalowego ułatwia efektywny transfer materiału i skuteczną izolację. W ramach finansowanego przez UE projektu DECIMA (Detection and characterization of individual micro- and nanoparticles) naukowcy udoskonali bezmatrycową pęcherzykową technikę LIFT, budując aparat do analizy z fazy gazowej małych cząstek. Mówiąc dokładniej, w projekcie DECIMA opracowano nową technikę LIFT umożliwiają wprowadzanie nanocząsteczek do wysokiej próżni w celu jonizacji i analizy. Uzyskano wydajność transferu cząstek na poziomie aż 90%, a wyrzucane cząstki tworzą bardzo wąską wiązkę umożliwiają precyzyjne umieszczanie. Średnia prędkość cząstek wynosi około 50 m/s i jest wystarczająco niska, by umożliwić badanie składu i morfologii cząstek z rozdzielczością w głębi. Naukowcy zintegrowali technikę LIFT ze spektrometrią TOFMS (time-of-flight mass spectrometry), zarówno dodatnich, jak i ujemnych jonów. Dokonano pełnej charakterystyki działania nowego aparatu przy pomocy mikroskopii sił atomowych i badań teoretycznych, aby zoptymalizować cechy lasera i zapobiec niszczeniu próbek materiału. Technologia ta jest prosta i kompatybilna z dowolnymi próbkami, w tym nanostrukturami węglowymi, cząstkami aerozoli i tkankami biologicznymi. Z powodzeniem wykorzystano ją do przenoszenia cząsteczek fulerenu C60 z powlekanego metalem podłoża do obszaru wzbudzania w celu przeprowadzenia TOFMS. Pozwala ona także na skuteczne izolowanie przenoszonych materiałów od innych materiałów ablacyjnych i minimalizuje nagrzewanie lasera, dzięki czemu cząstki docierają do analizatora w niezmienionym stanie. Prace prowadzone w ramach projektu DECIMA będą ważnym krokiem w kierunku przetestowania aparatury do detekcji i oznaczania cząstek w warunkach laboratoryjnych, a następnie budowy prototypu. Komercjalizacja zintegrowanego aparatu LIFT-TOFMS będzie bardzo ważna dla ochrony zdrowia, bezpieczeństwa środowiskowego oraz badania zjawisk pogodowych i globalnych zmian klimatycznych.
Słowa kluczowe
Nanocząsteczki, detekcja, Laser-Induced Forward Transfer, ablacja laserowa, TOFMS
