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Scientific Reports volume 5、記事番号: 15696 (2015) この記事を引用

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メトリクスの詳細

レーザー誘起破壊検出技術 (LIBD) は、空気力学レンズによって真空下で集束されたナノ粒子ビームのその場での高速特性評価を達成するために採用されました。 この方法では、厳密に焦点を合わせた 21 μm の走査型レーザー マイクロプローブを使用し、単一粒子とのレーザー相互作用によって誘起される局所プラズマを生成します。 計数モードの光学検出では、高繰り返し率の赤外線パルスレーザーを使用することで、分析時間を短縮してナノ粒子ビームの 2D マッピングを実現できます。 例として、トリプトファン ナノ粒子で得られた結果を示し、既存の方法と比較したこの方法の利点について説明します。

ナノ粒子のその場およびリアルタイム分析のためのレーザーベースの技術 (例: 光散乱、レーザー誘起プラズマまたはラマンベースの分光法) は、大気中または環境下でのプロセス制御や廃液モニタリングなどのさまざまな用途に適用されています。環境科学1、2、3、4。 これらの技術は、実装が簡単で、遠隔、現場、リアルタイム分析が可能なため、サンプルの取り扱いを最小限に抑える必要がある場合、またはサンプリングが直接不可能な場合（放射性元素や真空サンプルなど）に最適です。 。 さらに、これらの方法のほとんどは非侵襲的であり、粒子の総量のごく一部のみが特性評価に使用されるため、ほとんど非破壊的です。

これらのレーザーベースの技術の中で、LIBD は非常に高感度な方法であり、水溶液中のコロイド サイズ分布の測定でよく知られています 5、6、7。 この技術では、パルスレーザービームが粒子にしっかりと集束され、プラズマ衝撃波を監視するための音響的方法 (ピエゾ受信機) 8 または放射光を収集するための光学的方法 9 のいずれかを使用して、誘発された破壊が検出されます。 私たちのケースでは、プラズマから放出された光がスペクトル分析なしで収集されるため、従来のレーザー誘起破壊分光法 (LIBS) 技術と比較して感度が向上します。 LIBD は、5 nm10 という小さなサイズと 106 粒子/cm3 以下の濃度のナノ粒子を検出できることが実証されました。一方、従来の光散乱法では、桁違いに大きな粒子密度 (1010 粒子/cm3 以上) など、より厳しい実験条件が必要です。同じサイズ範囲11) および/またはフラクタル集合体の形の粒子の検出用12。

本研究の目的は、大気圧から二次真空へのナノ粒子の移動を可能にする空気力学レンズ システム (ALS) で生成されたナノ粒子ビームの特性を評価するために、LIBD 技術を適応させることです。 空気力学的粒子集束は、直径の異なる一連の同軸オリフィスを通してキャリアガスを連続的に圧縮および膨張させることによって達成されます。 慣性効果により、ナノ粒子はガス流線から徐々に分離され、レンズ対称軸に沿って集束されます。 1995 年に Peter Mc Murry が最初に開発して以来、他のいくつかの研究グループがこれらの空力レンズを研究し、その性能を特徴づけ、最適化しました 15、16、17、18、19。 これらのシステムは、高い透過効率で幅広いサイズ分布のナノ粒子をサブミリメートルサイズのビームに集束できるため、エアロゾル質量分析計の導入ツールとして一般的に使用されます 20、21、22、23。 ALS は、サンプルが基質と相互作用しないことが重要であるため、反応性などの粒子の特性を化学的に研究するために不可欠なツールです。 最近では、このようなシステムは、ナノオブジェクトと、多様な科学研究のためのシンクロトロン 24、自由電子レーザー 25、26、または従来のレーザー 27 などの放射線源との間の効率的な相互作用を得るためにも使用されています。 ALS は数値シミュレーションによって広く特徴付けられてきました 13、18、28、29 が、その集束特性を体系的に評価する実験的な試みはまばらです 19、22。 ただし、ナノ粒子ビームの寸法は特定のプローブとの相互作用効率に直接影響するため、ナノ粒子ビームの特性評価は重要な問題です。 例えば、シンクロトロン放射線研究の場合、典型的なシンクロトロンビームサイズと同じ範囲の寸法、すなわち、この開発が行われたシンクロトロンソレイユ施設のプレアデスビームラインの場合は約200μmのナノ粒子ビームを生成することが重要である。