En

Scientific Reports volumen 5, número de artículo: 15696 (2015) Citar este artículo

2509 Accesos

8 citas

Detalles de métricas

La técnica de detección de averías inducida por láser (LIBD) se adaptó para lograr una rápida caracterización in situ de haces de nanopartículas enfocados al vacío mediante una lente aerodinámica. El método emplea una microsonda láser de escaneo de 21 μm, muy enfocada, que genera un plasma local inducido por la interacción del láser con una sola partícula. Un modo de detección óptica de conteo permite lograr mapeos 2D de los haces de nanopartículas con un tiempo de análisis reducido gracias al uso de un láser pulsado infrarrojo de alta tasa de repetición. A modo de ejemplo, se presentan los resultados obtenidos con nanopartículas de triptófano y se comentan las ventajas de este método frente a los existentes.

Las técnicas basadas en láser (por ejemplo, dispersión de luz, plasma inducido por láser o espectroscopia basada en Raman), para el análisis in situ y en tiempo real de nanopartículas, se han aplicado para diferentes aplicaciones, como el control de procesos o la monitorización de residuos de efluentes en la atmósfera o en ciencias ambientales1,2,3,4. La facilidad de su implementación, así como la capacidad de realizar análisis remotos, in situ y en tiempo real, hacen que estas técnicas sean perfectamente adecuadas cuando se debe minimizar la manipulación de muestras o cuando el muestreo no es directamente posible (elementos radiactivos o muestras al vacío, por ejemplo). . Además, la mayoría de estos métodos no son invasivos y casi no destructivos, ya que para la caracterización sólo se utiliza una pequeña fracción de la cantidad total de partículas.

Entre estas técnicas basadas en láser, LIBD es un método muy sensible, bien conocido por la determinación de distribuciones de tamaño de coloides en soluciones acuosas5,6,7. En esta técnica, un rayo láser pulsado se enfoca estrechamente sobre las partículas y luego se detecta la descomposición inducida mediante un método acústico (receptor piezoeléctrico) para monitorear la onda de choque del plasma8 o un método óptico para recolectar la luz emitida9. En nuestro caso, la luz emitida por el plasma se recoge sin análisis espectral, lo que da como resultado una sensibilidad mejorada en comparación con la técnica clásica de espectroscopia de descomposición inducida por láser (LIBS). Se demostró que LIBD es capaz de detectar nanopartículas con tamaños tan bajos como 5 nm10 y concentraciones inferiores a 106 partículas/cm3, mientras que los métodos convencionales de dispersión de luz requieren condiciones experimentales más drásticas, como densidades de partículas de órdenes de magnitud mayores (por encima de 1010 partículas/cm3). para la detección del mismo rango de tamaño11) y/o partículas en forma de agregados fractales12.

El objetivo del presente trabajo es adaptar la técnica LIBD para caracterizar haces de nanopartículas generados con un Sistema de Lentes Aerodinámicas (ALS) que permite la transferencia de nanopartículas desde la presión atmosférica al vacío secundario. El enfoque aerodinámico de partículas se logra mediante la compresión y expansión sucesivas de un gas portador a través de una serie de orificios coaxiales con diferentes diámetros. Debido a los efectos de inercia, las nanopartículas se separan progresivamente de las líneas de corriente de gas y se enfocan a lo largo del eje de simetría de la lente. Desde su desarrollo original por Peter Mc Murry13,14 en 1995, varios otros grupos de investigación estudiaron estas lentes aerodinámicas para caracterizar y optimizar su rendimiento15,16,17,18,19. Estos sistemas se utilizan comúnmente como herramienta de introducción para espectrómetros de masas de aerosoles20,21,22,23 debido a su capacidad para enfocar, con alta eficiencia de transmisión, distribuciones de amplio tamaño de nanopartículas en un haz de tamaño submilimétrico. El ALS es una herramienta esencial para los estudios químicos de las propiedades de las partículas, como la reactividad, donde es importante que la muestra esté libre de cualquier interacción con un sustrato. Más recientemente, estos sistemas también se han utilizado para obtener una interacción eficiente entre nanoobjetos y fuentes de radiación como sincrotrones24, láseres de electrones libres25,26 o láseres convencionales27 para una gama diversificada de estudios científicos. Aunque las ELA se han caracterizado ampliamente mediante simulaciones numéricas13,18,28,29, los intentos experimentales de evaluar sistemáticamente sus propiedades de enfoque son escasos19,22. Sin embargo, la caracterización de haces de nanopartículas es una cuestión clave, ya que sus dimensiones tienen un impacto directo en la eficiencia de interacción con una sonda específica. Para estudios de radiación de sincrotrón, por ejemplo, es importante generar un haz de nanopartículas con dimensiones en el mismo rango que el tamaño típico del haz de sincrotrón, es decir, alrededor de 200 μm en el caso de la línea de luz PLEIADES en las instalaciones de Sincrotrón SOLEIL donde se realizó este desarrollo.

Presentamos aquí una técnica derivada de LIBD para el sondeo in situ de haces de nanopartículas al vacío. Se ha desarrollado una configuración experimental, que incluye una microsonda láser de barrido, para realizar una caracterización directa del enfoque aerodinámico de la lente mediante un mapeo 2D del haz de nanopartículas producido por un ALS. El principio se basa en que la degradación sólo se produce en presencia de al menos una nanopartícula en el volumen focal del láser. El sistema de enfoque láser está diseñado para permitir la detección de partículas individuales y el uso de un láser pulsado de alta tasa de repetición (hasta 25 kHz), nunca probado para mediciones LIBD, permite un muestreo rápido de nanopartículas.

Con fines de prueba, se realizaron mediciones del perfil del haz en nanopartículas de triptófano (C11H12N2O2), una molécula comúnmente utilizada en el marco de estudios biomoleculares en la línea de luz PLEIADES en las instalaciones del Sincrotrón SOLEIL. Las nanopartículas se generaron mediante un atomizador de salida continua (N°3076, TSI) a partir de una solución acuosa de triptófano de 2 g/l utilizando aire como gas portador. Las nanopartículas de triptófano, inicialmente incrustadas en gotas de agua, se secan pasando por dos secadores de difusión. La distribución del tamaño de partículas y la densidad numérica se miden con un analizador de movilidad diferencial comercial acoplado a un contador de partículas de condensación (DMA 3081 y CPC 3786, TSI Inc.). De este modo se produce una distribución log-normal de nanopartículas de triptófano con un diámetro modal de 136 nm, una desviación estándar geométrica de 2,0 y una concentración total de 2,5 × 106 partículas/cm3.

Luego, los aerosoles se introducen en la cámara de vacío utilizando el ALS desarrollado en la línea de luz PLEIADES en la instalación de radiación sincrotrón SOLEIL (Fig. 1 (a)), descrito en detalle en la referencia 30. La geometría de la lente se basa en el diseño informado por Zhang et al. al.17,18,17,31 que consta de un orificio limitador (200 μm) y cinco orificios de placa delgada separados por cámaras y terminados por una boquilla aceleradora de 3 mm de diámetro. El sistema de lentes es bombeado por dos bombas turbomoleculares de alta capacidad (2300 l/s) que garantizan presiones en la cámara de origen de las nanopartículas por debajo de 10-6 mbar antes de la introducción de las nanopartículas. A la salida de la lente, el haz de aerosol pasa a través de un skimmer de 1 mm para eliminar la corriente de gas principal antes de ingresar a la cámara de interacción (Fig. 1(b)), que es bombeada por una bomba turbomolecular adicional (1000 l/s). La microsonda láser se instala a 51 mm del orificio del skimmer y la distancia entre el skimmer y la salida de la lente es de 3 mm. En estas condiciones, las presiones de funcionamiento en la cámara de interacción están en el rango de 10-4 mbar cuando se introducen nanopartículas.

(a) Sistema de lentes aerodinámicos para la generación del haz de nanopartículas (NP) y (b) configuración de microsonda láser. Tenga en cuenta que (a) se representa en el plano XY mientras que (b) se representa en el plano XZ. En la cámara fuente de NP (a), las líneas rojas se refieren al haz de nanopartículas y las líneas azules se refieren al gas portador eliminado por el skimmer antes de la introducción de NP en la cámara de interacción (b). En la configuración LIBD (b), la trayectoria del rayo láser se dibuja en rojo y, en la región de interacción (línea de puntos), el microplasma inducido cuando una partícula ingresa al volumen focal se indica en amarillo. El sistema para medir la energía láser no se diseñó para mayor claridad.

La fuente de excitación es un láser de fibra tipo varilla con conmutación Q con un medio de ganancia activo que consiste en una fibra de cristal fotónico dopada con iterbio32 (Boreas HE-IR20, Eolita). El láser emite en el infrarrojo (λ = 1030 nm) con un ancho de pulso nominal que varía de 9 a 20 ns para tasas de repetición entre 1 y 25 kHz, respectivamente. A la salida de la cavidad, la energía máxima del pulso es de 2 mJ y la potencia media máxima es de 20 W con un excelente perfil del haz (factor de calidad del haz M2 cercano a 1). El rayo láser se guía y se introduce dentro de la cámara de interacción mediante una fibra óptica (apertura numérica NA = 0,05, diámetro del núcleo = 105 μm, longitud > 6 m), lo que garantiza un haz de buena calidad que permite irradiancias adecuadas para la formación del plasma. El conector de fibra está refrigerado por agua para evitar la degradación de la fibra durante el uso continuo a altas tasas de repetición. El haz se colima con una lente de distancia focal de 100 mm. Un espejo dicroico de 45° refleja el haz hacia un objetivo de microscopio (NA = 0,25, distancia de trabajo WD = 15 mm, aumento = 10) que enfoca el rayo láser. Todo el conjunto óptico está montado en dos etapas de traducción motorizadas controladas por computadora, con los ejes de traducción perpendiculares entre sí (Fig. 1 (b)) para que la microsonda láser permita el escaneo 2D del haz de nanopartículas. La energía del láser en el objetivo es monitoreada por un vatímetro ubicado fuera de la cámara de vacío usando una lente de distancia focal de 30 mm para colimar el haz después de la región de interacción. La emisión de plasma se recoge con un tubo fotomultiplicador (PMT R212, Hamamatsu) equipado con un espejo láser de cavidad de 0° para filtrar la luz del láser y está ubicado perpendicular al eje del láser. Durante los escaneos 2D del haz de nanopartículas, la señal de emisión óptica se monitorea en modo de conteo de cada evento de plasma en las diferentes posiciones del láser dentro del haz y, por lo tanto, solo los eventos con una respuesta que excede el umbral de ruido se cuentan durante el tiempo de integración. La ventaja de este método es superar las fluctuaciones en la intensidad de la señal, por lo que el número de eventos está directamente relacionado con la densidad de las nanopartículas en diferentes ubicaciones dentro del haz de nanopartículas, mientras que la incertidumbre de la medición se caracteriza bien por una distribución de Poisson. La configuración general se presenta en la Fig. 1.

Para el desarrollo de la microsonda láser, es necesario un haz estrechamente enfocado para tener una resolución espacial suficiente para medir haces de nanopartículas de ancho submilimétrico. Como las características del haz láser tienen un fuerte impacto en su enfoque y, por tanto, en la interacción láser/materia33, se ha caracterizado el perfil del haz láser en la salida de la fibra óptica. Se utiliza una lente de distancia focal de 1 m para obtener imágenes de la cintura del haz en la salida de fibra en una cámara CCD (BeamStar FX 50, Ophir) y la energía del pulso se atenúa con filtros de densidad neutra apropiados para evitar la saturación de la cámara. La distribución espacial de la intensidad dentro del haz se monitorea para diferentes tasas de repetición del láser a la potencia máxima disponible (Fig. 2).

Perfiles de rayo láser para diferentes tasas de repetición.

Se obtiene un perfil en forma de sombrero de copa con un factor de calidad del haz M2 entre 7,6 y 9,5 dependiendo de la tasa de repetición. La divergencia del haz es de 50 mrad, como se esperaba según las propiedades de la fibra óptica. Todos estos parámetros se utilizan para modelar teóricamente las dimensiones de la cintura del haz en el plano focal de nuestra configuración óptica. Tenga en cuenta que los puntos calientes (en rojo) están presentes en los perfiles espaciales del haz para tasas de repetición mayores o iguales a 5 kHz. Esto puede inducir un sesgo no despreciable en el volumen real de interacción del láser que debe tenerse en cuenta para una estimación adicional de la densidad de partículas en el haz de nanopartículas. Para comprobar el tamaño del punto láser, se coloca un objetivo de acero en el plano focal de la microsonda láser y los cráteres resultantes se miden con un perfilómetro interferométrico de luz blanca 3D (ContourGT-I, BRUKER). Esto proporciona una medida representativa de la cintura del haz en nuestras condiciones experimentales, ya que la naturaleza del objetivo no afecta significativamente el tamaño del cráter para un rayo láser de copa. La Figura 3 muestra un cráter típico obtenido con un único disparo láser con la microsonda desarrollada. El centro del perfil obtenido refleja la distribución espacial de la intensidad del láser, mientras que el ensanchamiento significativo cerca de la superficie es inducido por la erosión debido a la interacción plasma/superficie a alta energía del láser. Los cálculos basados ​​en la propagación de haces gaussianos predicen un diámetro focal de 21,4 ± 2,3 μm y las mediciones en el objetivo de acero muestran un diámetro medio de la parte central del cráter de 20,8 ± 1,6 μm para las diferentes tasas de repetición. La buena concordancia entre estos valores confirma que la configuración del láser está completamente caracterizada.

(a) Imagen y (b) perfil de un cráter de un solo disparo producido por la microsonda láser en un objetivo de acero con una irradiancia de 20 GW/cm2 y una tasa de repetición de 10 kHz.

Con esta configuración óptica, introducimos el volumen efectivo Veff, definido como la porción de la región de interacción donde la irradiancia del láser es mayor o igual al umbral de descomposición de una partícula. La Figura 4 muestra la probabilidad de avería en función de la irradiancia del láser. A partir de esta figura, se estima un umbral de irradiancia de descomposición de 5,7 GW/cm2 para nanopartículas de triptófano de 130 nm. Este valor es bastante alto en comparación con lo que normalmente se observa en objetivos sólidos. Esto puede explicarse tanto por la baja densidad del material biológico que constituye el triptófano como por su naturaleza particulada. Tenga en cuenta que el umbral de irradiancia de ruptura de las gotas de agua se midió previamente en 6 GW/cm2 a 1064 nm34.

Probabilidad de avería en función de la irradiancia del láser.

El umbral de avería deducido se estima en 5,7 GW/cm2.

Las mediciones reportadas en la Fig. 4 se obtuvieron a partir de diferentes configuraciones de láser enumeradas en la Tabla 1. Para diferentes velocidades de repetición entre 5 y 25 kHz, la energía por pulso y el M2 son diferentes, lo que genera diferentes irradiancias y diferentes volúmenes efectivos. En nuestras condiciones experimentales, esto corresponde a un número promedio de partículas μ en el volumen efectivo entre 2,8 × 104 y 7,1 × 104 μm3. Suponiendo estadísticas de Poisson, la tasa de muestreo de partículas (PSR), definida como el porcentaje de pulsos láser que se espera que muestreen al menos una partícula, viene dada por la expresión35: PSR = (1 − e−μ). Teniendo en cuenta la concentración de partículas medida tras la atomización de la suspensión y considerando que sólo el 10% de las partículas producidas se introducen en el ALS, podemos estimar la densidad de partículas en el volumen focal del láser. Con un caudal volumétrico de 0,3 l/s en el ALS y una velocidad de partícula de 250 m/s en la salida del ALS en un haz de nanopartículas de 200 μm de diámetro en la región de interacción, encontramos una densidad media de partículas de alrededor de 1,6 × 105 partículas/ cm3 en la región de interacción. En estas condiciones, el PSR máximo esperado es del 1,1%. La probabilidad de detectar más de una partícula en el volumen focal es entonces perfectamente insignificante, independientemente de las condiciones del láser. En consecuencia, es posible monitorear la señal del PMT en modo de conteo a medida que logramos el muestreo de una sola partícula y, por lo tanto, los perfiles del haz de nanopartículas se pueden determinar con la microsonda láser desarrollada en este trabajo.

El PSR experimental es mucho menor que el esperado en todas las configuraciones de láser. Esto podría explicarse parcialmente por un posible proceso de aglomeración que podría ocurrir dentro del haz y por la pérdida de partículas en el orificio limitante del ALS. Sin embargo, es más probable que esta diferencia se deba a una subestimación del umbral de ruptura de la Fig. 4. Si consideramos los perfiles espaciales del láser que se muestran en la Fig. 2, los puntos rojos muestran intensidades locales más altas en el volumen focal para tasas de repetición mayores o iguales. a 5kHz. Si el umbral de ruptura se alcanza sólo en las correspondientes regiones locales de mayor intensidad, entonces el volumen efectivo está muy sobreestimado y fácilmente podría ser un factor diez menos de lo que se calculó suponiendo un perfil espacial homogéneo. La presencia de una fina capa de disolvente alrededor de las partículas debido a un secado incompleto también puede contribuir a una interacción más débil entre las nanopartículas y el láser, lo que da como resultado un PSR más bajo. Este puede ser el caso de partículas de materiales hidrófilos como el TiO236. Actualmente se está trabajando para estudiar con más detalle los umbrales de descomposición de las nanopartículas utilizando esta configuración.

La elección de la configuración del láser para la caracterización del haz de nanopartículas se realizó según el criterio de la máxima relación señal-ruido experimental, obtenida para una tasa de repetición de 20 kHz (ver Tabla 1). Hay que señalar también que, con esta frecuencia de repetición, el tiempo entre dos disparos láser consecutivos es de 50 μs, mientras que la duración de la emisión de plasma medida con un osciloscopio no supera los 250 ns. En consecuencia, el plasma ya habrá desaparecido cuando se produzca el siguiente disparo de láser, lo que permite utilizar esta alta tasa de repetición del láser. En comparación con el análisis LIBS clásico, donde los plasmas pueden durar varios microsegundos, la vida útil del plasma obtenida en nuestras condiciones experimentales es corta debido a su generación en vacío. De hecho, la baja presión (por debajo de 1 mbar) provoca una expansión del plasma extremadamente rápida con colisiones decrecientes, lo que lleva a una desintegración más rápida de las especies excitadas y, por lo tanto, a una vida útil del plasma inferior a 1 μs37,38. Además, las condiciones de enfoque están diseñadas para lograr menos de una nanopartícula en el plano focal por disparo de láser, por lo que la cantidad de materia vaporizada se reduce considerablemente en comparación con el análisis en masa o de micropartículas, lo que explica la corta duración del plasma observada.

El mapeo 2D se realiza en un haz de nanopartículas de triptófano con una potencia láser promedio de 10,7 W a 20 kHz, correspondiente a una irradiancia láser promedio de 11,6 GW/cm2 en el objetivo. El número de eventos se registra durante un tiempo de conteo de 10 s por posición para el perfil 1D (Fig. 5 (a)) y 5 s para el mapeo 2D (Fig. 5 (b)). La señal también se monitorea en ausencia de nanopartículas para comparar, mostrando una relación señal-ruido superior a 150. También se realizó un escaneo con solo agua en el atomizador conectado a los secadores de difusión y se observó un perfil plano similar. A partir del número de eventos determinados para cada posición X y Z, se puede obtener una visualización 2D del haz (Fig. 5 (b)). Gracias a la alta tasa de repetición del láser, los perfiles 1D se pueden realizar en sólo unos minutos y los mapeos 2D en aproximadamente 20 minutos. Con una tasa de repetición de láser de 20 Hz comúnmente empleada en configuraciones LIBD, la misma cartografía requeriría un tiempo de adquisición de 14 días. Los datos 2D se suavizan con la función LOESS (Suavizado de diagrama de dispersión ponderado localmente) utilizando el software Igor Pro (Wavemetrics Inc.) para obtener una representación promedio de la distribución de densidad espacial. Como se puede ver en la Fig. 5 (a), el perfil del haz ajustado presenta una forma Lorentziana como ya se observó para los haces de nanopartículas producidos con un ALS39. Se determina que el ancho total a la mitad del máximo (FWHM) es de 70 μm ± 6 μm y el ancho total, definido de modo que el 90% de la intensidad máxima esté contenido en el perfil del haz, es de 211 μm ± 22 μm en promedio. de los perfiles experimentales. El perfil del haz también se determinó con frecuencias de repetición de 10 y 25 kHz y no mostró cambios significativos. Esto indica que el perfil del haz se determina de forma precisa y consistente con la microsonda láser, independientemente de la tasa de repetición y la energía láser utilizada.

(a) perfil 1D y (b) mapeo 2D con visualización 3D del haz de nanopartículas de triptófano realizado con la microsonda láser a una potencia promedio de 10,7 W y una tasa de repetición de 20 kHz. La línea continua azul en el perfil 1D representa el ajuste Lorentziano utilizado para determinar el ancho de la viga.

Para comparar la confiabilidad de estos resultados con las dimensiones reales del haz, también se depositaron nanopartículas de triptófano sobre un sustrato de vidrio insertado dentro de la cámara de vacío cerca de la región de interacción, para que fuera representativo del diámetro medido con el láser. Se tomaron imágenes de los depósitos utilizando un microscopio óptico y las dimensiones del haz de nanopartículas se midieron con el software de acceso abierto ImageJ40. Aunque los diámetros observados sobre el sustrato de vidrio son del mismo orden de magnitud que los determinados con nuestra microsonda láser, se notó que las dimensiones del haz sobre el sustrato aumentaron casi un factor de 3 entre 2 y 10 min de tiempo de deposición (70 –220 µm). Además, la determinación de los diámetros del haz a partir de la imagen del microscopio depende del método elegido por el operador para definir el diámetro medio, aumentando la incertidumbre en la medición. Esto ilustra los serios inconvenientes de este método simple y señala la ventaja de LIBD para la caracterización in situ de los haces de nanopartículas. Además, en comparación con el método basado en mediciones con un electrómetro19, que requiere el uso de un tope del haz con filo de cuchilla y el conocimiento del estado de carga eléctrica, la microsonda láser se puede aplicar a nanopartículas no cargadas y proporciona visualización del haz en 3D. sin necesidad de deposición de partículas. El método también es muy relevante en el caso de nanopartículas pequeñas (<150 nm), no aglomeradas y diluidas en comparación con las técnicas de dispersión de luz22 que no son adecuadas para medios tan enrarecidos y no proporcionan un tamaño de sonda láser de decenas de micrómetros. rango (generalmente limitado a cientos de micrómetros).

Se presenta una aplicación innovadora y prometedora de la técnica del plasma inducido por láser basada en el uso de una microsonda láser (21 μm) para mapeos 2D de haces de nanopartículas en el vacío. Se propone LIBD con una alta tasa de repetición para la determinación rápida y directa de perfiles de haz de nanopartículas en la salida de un sistema de lentes aerodinámicos. La prueba de principio se proporciona utilizando un haz de nanopartículas de triptófano de 136 nm de diámetro enfocadas con un sistema de lentes aerodinámico cuyo diseño se ha inspirado en la geometría de la lente de Zhang. Nuestros resultados revelan un perfil de haz de Lorentz con un FWHM de 70 μm ± 6 μm en promedio para triptófano. La tasa de muestreo de partículas experimental parece ser mucho menor de lo esperado. Interpretamos esta diferencia principalmente por puntos calientes en el perfil espacial del láser que podrían ser responsables de una sobreestimación significativa del volumen efectivo real de interacción.

Cómo citar este artículo: Barreda, F.-A. et al. Caracterización in situ de haces de nanopartículas enfocados con una lente aerodinámica mediante detección de rotura inducida por láser. Ciencia. Rep. 5, 15696; doi: 10.1038/srep15696 (2015).

Liu, X., Smith, ME y Tse, SD Caracterización Raman in situ de aerosoles de nanopartículas durante la síntesis de llama. Aplica. Física. B 100, 643–653 (2010).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Stopford, C. y col. Detección en tiempo real de amianto en el aire mediante la dispersión de luz de fibras realineadas magnéticamente. Optar. Expreso 21, 11356–11367 (2013).

Artículo ADS PubMed Google Scholar

Amodeo, T. et al. Monitoreo en línea de nanopartículas compuestas sintetizadas en un reactor de pirólisis láser preindustrial mediante espectroscopía de descomposición inducida por láser. Espectroquimia. Acta Parte B 63, 1183-1190 (2008).

ADS del artículo Google Scholar

Gallou, G. y col. Análisis de aerosoles mediante LIBS para el seguimiento de la contaminación del aire por fuentes industriales. Ciencia del aerosol. Tecnología. 45, 918–926 (2011).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Bundschuh, T. y col. Determinación del tamaño del coloide mediante detección óptica 2-D de plasma inducido por láser. Surf de coloides. A 180, 285–293 (2001).

Artículo CAS Google Scholar

Walther, C., Buchner, S., Filella, M. y Chanudet, V. Sondeo de distribuciones de tamaño de partículas en aguas superficiales naturales de 15 nm a 2 µm mediante una combinación de LIBD y recuento de partículas individuales. J. Ciencia de la interfaz coloidal. 301, 532–537 (2006).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Kim, JW y cols. Análisis de imágenes de descomposición inducida por láser que miden los tamaños de nanopartículas acuáticas mixtas. Química. Física. Letón. 462, 75–77 (2008).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Scherbaum, FJ, Knopp, R. & Kim, JI Recuento de partículas en soluciones acuosas mediante detección de rotura fotoacústica inducida por láser. Aplica. Física. B 63, 299–306 (1996).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Jung, CE y col. Dimensionamiento de nanopartículas mediante detección de rotura inducida por láser mediante una desviación del haz de una sonda óptica. Aplica. Física. B 97, 867–875 (2009).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Wilkinson, KJ & Lead, JR Partículas y coloides ambientales: comportamiento, separación y caracterización, volumen 10, pág. 556 (Wiley, 2006).

Google Académico

Bundschuh, T., Knopp, R. & Kim, JI Detección de ruptura inducida por láser (LIBD) de coloides acuáticos con diferentes sistemas láser. Surf de coloides. A 177, 47–55 (2001).

Artículo CAS Google Scholar

Caumont-Prim, C. et al. Medición de la distribución del tamaño de los agregados mediante dispersión angular de la luz. J. Cuant. Espectrosc. Radiación. Transferencia 126, 140-149 (2013).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Liu, P., Ziemann, PJ, Kittelson, DB & McMurry, PH Generación de haces de partículas de dimensiones y divergencia controladas .1. Teoría del movimiento de partículas en lentes aerodinámicas y expansiones de boquillas. Ciencia del aerosol. Tecnología. 22, 293–313 (1995).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Liu, P., Ziemann, PJ, Kittelson, DB & McMurry, PH Generación de haces de partículas de dimensiones y divergencia controladas .2. Evaluación experimental del movimiento de partículas en lentes aerodinámicas y expansiones de boquillas. Ciencia del aerosol. Tecnología. 22, 314–324 (1995).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Lee, KS, Kim, S. y Lee, D. Enfoque aerodinámico de nanopartículas de 5 a 50 nm en el aire. J. Ciencia del aerosol. 40, 1010–1018 (2009).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Schreiner, J., Schild, U., Voigt, C. y Mauersberger, K. Enfoque de aerosoles en un haz de partículas a presiones de 10 a 150 Torr. Ciencia del aerosol. Tecnología. 31, 373–382 (1999).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Jayne, JT y cols. Desarrollo de un espectrómetro de masas en aerosol para análisis de tamaño y composición de partículas submicrónicas. Ciencia del aerosol. Tecnología. 33, 49–70 (2000).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Zhang, XF y cols. Caracterización numérica de la colimación del haz de partículas: Parte II Sistema integrado aerodinámico-lente-boquilla. Ciencia del aerosol. Tecnología. 38, 619–638 (2004).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Wang, X. & McMurry, PH Un estudio experimental de enfoque de nanopartículas con lentes aerodinámicas. En t. J. Espectro de masas. 258, 30–36 (2006).

Artículo CAS Google Scholar

Petrucci, GA, Farnsworth, PB, Cavalli, P. y Omenetto, N. Una entrada de partículas bombeadas diferencialmente para muestreo de aerosoles atmosféricos en un espectrómetro de masas de tiempo de vuelo: caracterización óptica del haz de partículas. Ciencia del aerosol. Tecnología. 33, 105-121 (2000).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Lee, D., Park, K. y Zachariah, MR Determinación de la distribución de tamaños de nanopartículas polidispersas con espectrometría de masas de una sola partícula: el papel de la energía cinética de los iones. Ciencia del aerosol. Tecnología. 39, 162-169 (2005).

ADS del artículo Google Scholar

Lee, KS, Cho, SW y Lee, D. Desarrollo y evaluación experimental de lentes aerodinámicas como entrada de aerosol de espectrometría de masas de partículas individuales. J. Ciencia del aerosol. 39, 287–304 (2008).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Gaie-Levrel, F. et al. Desarrollo y caracterización de un espectrómetro de masas de ablación láser de partícula única (SPLAM) para estudios de aerosoles orgánicos. Atmos. Medidas. Tecnología. 5, 225–241 (2012).

Artículo CAS Google Scholar

Sublemontier, O. y col. Espectroscopia de fotoelectrones de rayos X de nanopartículas aisladas. J. Física. Química. Letón. 5(19), 3399–3403 (2014).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Bogan, MJ y cols. Imágenes por difracción de rayos X de una sola partícula. Nanolett. 8, 310–316 (2008).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Bogan, MJ, Starodub, D., Hampton, CY y Sierra, RG Imágenes difractivas coherentes de una sola partícula con un láser de electrones suave y libre de rayos X: hacia la morfología del aerosol de hollín. J. Física. B 43, 194013 (2010).

ADS del artículo Google Scholar

Xiong, W. y col. Espectroscopia fotoelectrónica de nanocristales de CdSe en fase gaseosa: una medida directa de la función de onda de electrones evanescentes de puntos cuánticos. Nanolett. 13, 2924–2930 (2013).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Wang, XL, Gidwani, A., Girshick, SL y McMurry, PH Enfoque aerodinámico de nanopartículas: II. Simulación numérica del movimiento de partículas a través de lentes aerodinámicas. Ciencia del aerosol. Tecnología. 39, 624–636 (2005).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Wang, XL, Kruis, FE y McMurry, PH Enfoque aerodinámico de nanopartículas: I. Directrices para el diseño de lentes aerodinámicas para nanopartículas. Ciencia del aerosol. Tecnología. 39, 611–623 (2005).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Lindblad, A. y col. Una cámara fuente multipropósito en la línea de luz PLEIADES en SOLEIL para estudios espectroscópicos de especies aisladas: moléculas frías, clusters y nanopartículas. Rev. Ciencia. Instrumento. 84, 113105 (2013).

Artículo ADS PubMed Google Scholar

Zhang, XF y cols. Una caracterización numérica de la colimación del haz de partículas mediante un sistema aerodinámico de lente-boquilla: Parte I. Una lente o boquilla individual. Ciencia del aerosol. Tecnología. 36, 617–631 (2002).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Limpert, J. y col. Láser de fibra de cristal fotónico dopado con Yb con conmutación Q de alta potencia que produce pulsos inferiores a 10 ns. Aplica. Física. B 81, 19-21 (2005).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Walther, C. & Hauser, W. Influencia de las características del rayo láser y la óptica de enfoque en la detección de averías inducida por láser óptico. Aplica. Física. B 97, 877–886 (2009).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Yashiro, H., Sasaki, F. y Furutani, H. Medición de las intensidades del umbral de ruptura inducida por láser de gases a alta presión y gotas de agua para determinar la densidad numérica de un aerosol. Ótpics Com. 284, 3004–3007 (2011).

CAS Google Académico

Hahn, DW, Flower, WL y Hencken, KR Detección de partículas discretas y monitoreo de emisiones de metales mediante espectroscopía de ruptura inducida por láser. Aplica. Espectrosc. 51, 1836–1844 (1997).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Bolis, V. y col. Características hidrófilas/hidrófobas de las nanopartículas de TiO2 en función de la fase cristalina, el área de superficie y el recubrimiento, en relación con su potencial toxicidad en el sistema nervioso periférico. J. Ciencia de la interfaz coloidal. 369, 28–39 (2012).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Effenberger, AJ & Scott, JR Efecto de las condiciones atmosféricas en los espectros LIBS. Sensores 10, 4907–4925 (2010).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Choi, SJ y Yoh, JJ Peculiaridad del plasma inducido por láser a bajas presiones desde la perspectiva de la vida elemental. Optar. Expreso 19, 23097–23103 (2011).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Headrick, JM, Schrader, PE y Michelsen, HA Mediciones de perfil radial y divergencia del hollín generado por combustión enfocado por un sistema de lentes aerodinámicos. J. Ciencia del aerosol. 58, 158-170 (2013).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Schneider, CA, Rasband, WS & Eliceiri, KW NIH Image to ImageJ: 25 años de análisis de imágenes. Metanfetamina natural. 9, 671–675 (2012).

Artículo CAS Google Scholar

Descargar referencias

Los autores desean agradecer al RTRA Triangle de la Physique, Francia, por el apoyo financiero del proyecto Aerodynamic Lens Focusing (ALF) en virtud del contrato no. 2011-082T-ALF y 2013-0293T-ALF-EF Barreda agradece al personal del sincrotrón SOLEIL por su soporte técnico y agradece en particular a X.-J. Liu y JM. Bizau de la línea PLEIADES por su útil contribución al éxito de las sesiones experimentales, así como a los equipos del Departamento de Química Física del CEA por el préstamo de equipos.

CEA, DSM/IRAMIS/NIMBE-UMR 3685, Gif-sur-Yvette, F-91191, Francia

FA. Barreda & O. Sublemontier

Sincrotrón SOLEIL, L’Orme des Merisiers, Saint-Aubin BP 48, Gif-sur-Yvette Cedex, F-91192, Francia

ADMIRADOR. Barreda, C. Nicolas, E. Robert, S. Benkoula y C. Mirón

Departamento de Química Física, CEA, DEN, Gif-sur-Yvette, F-91191, Francia

J.-B. Sirven y J.-L. Lacour

Instituto de Radioprotección y Seguridad Nuclear (IRSN), BP68, Gif-sur-Yvette Cedex, F-91192, Francia

F.-X. Por supuesto

UMR 6614 CORIA, CNRS, Universidad e INSA de Rouen, BP12, Saint-Etienne du Rouvray Cedex, F-76801, Francia

J. uno

Infraestructura de luz extrema - Física nuclear (ELI-NP), Instituto Nacional de Física e Ingeniería Nuclear "Horia Hulubei", 30 Reactorului Street, Măgurele, RO-077125, Jud. Ilfov, Rumania

C. Mirón

También puedes buscar este autor en PubMed Google Scholar.

También puedes buscar este autor en PubMed Google Scholar.

También puedes buscar este autor en PubMed Google Scholar.

También puedes buscar este autor en PubMed Google Scholar.

También puedes buscar este autor en PubMed Google Scholar.

También puedes buscar este autor en PubMed Google Scholar.

También puedes buscar este autor en PubMed Google Scholar.

También puedes buscar este autor en PubMed Google Scholar.

También puedes buscar este autor en PubMed Google Scholar.

También puedes buscar este autor en PubMed Google Scholar.

FAB, CN, JBS, FXO, JLL, ER, SB, JY, CM y OS contribuyeron al desarrollo experimental de la configuración y la interpretación de los datos. FAB, CN y OS escribieron el texto principal del manuscrito y prepararon figuras. FAB, CN, JBS, FXO, JLL, ER, JY, CM y OS revisaron el manuscrito.

Los autores no declaran tener intereses financieros en competencia.

Este trabajo está bajo una licencia Creative Commons Attribution 4.0 International. Las imágenes u otro material de terceros en este artículo están incluidos en la licencia Creative Commons del artículo, a menos que se indique lo contrario en la línea de crédito; Si el material no está incluido bajo la licencia Creative Commons, los usuarios deberán obtener permiso del titular de la licencia para reproducir el material. Para ver una copia de esta licencia, visite http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Reimpresiones y permisos

Barreda, FA., Nicolás, C., Sirven, JB. et al. Caracterización in situ de haces de nanopartículas enfocados con una lente aerodinámica mediante detección de rotura inducida por láser. Representante científico 5, 15696 (2015). https://doi.org/10.1038/srep15696

Descargar cita

Recibido: 08 de septiembre de 2014

Aceptado: 15 de septiembre de 2015

Publicado: 26 de octubre de 2015

DOI: https://doi.org/10.1038/srep15696

Cualquier persona con la que comparta el siguiente enlace podrá leer este contenido:

Lo sentimos, actualmente no hay un enlace para compartir disponible para este artículo.

Proporcionado por la iniciativa de intercambio de contenidos Springer Nature SharedIt

Informes Científicos (2022)

Informes Científicos (2018)

Informes científicos (2016)

Al enviar un comentario, acepta cumplir con nuestros Términos y pautas de la comunidad. Si encuentra algo abusivo o que no cumple con nuestros términos o pautas, márquelo como inapropiado.