Em

Scientific Reports volume 5, Artigo número: 15696 (2015) Citar este artigo

2509 Acessos

8 citações

Detalhes das métricas

A técnica de Detecção de Quebra Induzida por Laser (LIBD) foi adaptada para obter rápida caracterização in-situ de feixes de nanopartículas focados sob vácuo por uma lente aerodinâmica. O método emprega uma microssonda a laser de varredura de 21 μm, fortemente focada, que gera um plasma local induzido pela interação do laser com uma única partícula. Um modo de detecção óptica de contagem permite a obtenção de mapeamentos 2D dos feixes de nanopartículas com um tempo de análise reduzido graças ao uso de um laser pulsado infravermelho de alta taxa de repetição. A título de exemplo, são apresentados os resultados obtidos com nanopartículas de Triptofano e discutidas as vantagens deste método sobre os existentes.

Técnicas baseadas em laser (por exemplo, espalhamento de luz, plasma induzido por laser ou espectroscopia baseada em Raman), para análise in-situ e em tempo real de nanopartículas, têm sido aplicadas para diferentes aplicações, como controle de processos ou monitoramento de resíduos de efluentes em ambientes atmosféricos ou em ciências ambientais1,2,3,4. A facilidade de implementação, bem como a capacidade de análise remota, in-situ e em tempo real tornam estas técnicas perfeitamente adequadas quando o manuseio de amostras deve ser minimizado ou quando a amostragem não é diretamente possível (elementos radioativos ou amostras sob vácuo, por exemplo). . Além disso, a maioria destes métodos não são invasivos e quase não destrutivos, uma vez que apenas uma pequena fração da quantidade total de partículas é utilizada para a caracterização.

Dentre essas técnicas baseadas em laser, o LIBD é um método muito sensível, bem conhecido para a determinação de distribuições de tamanho de colóides em soluções aquosas5,6,7. Nesta técnica, um feixe de laser pulsado é fortemente focado nas partículas e a quebra induzida é então detectada usando um método acústico (receptor piezoelétrico) para monitorar a onda de choque do plasma8 ou um método óptico para coletar a luz emitida9. No nosso caso, a luz emitida pelo plasma é coletada sem análise espectral, resultando em uma sensibilidade aprimorada em comparação com a técnica clássica de espectroscopia de ruptura induzida por laser (LIBS). Foi demonstrado que o LIBD é capaz de detectar nanopartículas com tamanhos tão baixos quanto 5 nm10 e concentrações inferiores a 106 partículas/cm3, enquanto os métodos convencionais de espalhamento de luz requerem condições experimentais mais drásticas, como densidades de partículas muito maiores (acima de 1010 partículas/cm3 para detecção da mesma faixa de tamanho11) e/ou partículas na forma de agregados fractais12.

O objetivo do presente trabalho é adaptar a técnica LIBD para caracterizar feixes de nanopartículas gerados com um Sistema de Lentes Aerodinâmicas (ALS) permitindo a transferência de nanopartículas da pressão atmosférica para o vácuo secundário. A focagem aerodinâmica de partículas é realizada pela compressão e expansão sucessivas de um gás de arraste através de uma série de orifícios coaxiais com diferentes diâmetros. Devido aos efeitos de inércia, as nanopartículas são progressivamente separadas das linhas de gás e focadas ao longo do eixo de simetria da lente. Desde o seu desenvolvimento original por Peter Mc Murry13,14 em 1995, vários outros grupos de investigação estudaram estas lentes aerodinâmicas, a fim de caracterizar e optimizar o seu desempenho15,16,17,18,19. Esses sistemas são comumente usados ​​​​como ferramenta de introdução para espectrômetros de massa de aerossol devido à sua capacidade de focar, com alta eficiência de transmissão, distribuições de tamanho amplo de nanopartículas em um feixe de tamanho submilimétrico. O ALS é uma ferramenta essencial para estudos químicos das propriedades das partículas, como a reatividade, onde é importante que a amostra esteja livre de qualquer interação com um substrato. Mais recentemente, tais sistemas também têm sido utilizados para obter uma interação eficiente entre nano-objetos e fontes de radiação como síncrotrons24, lasers de elétrons livres25,26 ou lasers convencionais27 para uma diversificada gama de estudos científicos. Embora o ALS tenha sido amplamente caracterizado por simulações numéricas 13,18,28,29, as tentativas experimentais de avaliar sistematicamente suas propriedades de focagem são escassas . No entanto, a caracterização dos feixes de nanopartículas é uma questão fundamental, pois as suas dimensões têm impacto direto na eficiência da interação com uma sonda específica. Para estudos de radiação síncrotron, por exemplo, é importante gerar um feixe de nanopartículas com dimensões na mesma faixa do tamanho típico do feixe síncrotron, ou seja, cerca de 200 μm no caso da linha de luz PLEIADES na instalação Synchrotron SOLEIL onde este desenvolvimento foi realizado.