W tej pracy znajduje się praktyczny przewodnik, opisujący różne kroki do ustanowienia sprzężenia systemów SMPS i ICPMS oraz jak z nich korzystać. Przedstawiono trzy przykłady opisowe.
Artykuł metodologiczny
W tej pracy znajduje się praktyczny przewodnik, opisujący różne kroki do ustanowienia sprzężenia systemów SMPS i ICPMS oraz jak z nich korzystać. Przedstawiono trzy przykłady opisowe.
Dostępna jest duża różnorodność metod analitycznych do charakteryzowania cząstek w aerozolach i zawiesinach. Wybór odpowiedniej techniki zależy od właściwości, które należy określić. W wielu dziedzinach duże znaczenie mają informacje o wielkości cząstek i składzie chemicznym. Podczas gdy w technikach aerozolowych rozkład wielkości cząstek przenoszonych przez gaz jest określany online, ich skład pierwiastkowy jest zwykle analizowany offline po odpowiedniej procedurze pobierania próbek i przygotowania. Aby uzyskać oba rodzaje informacji online i jednocześnie, opracowano niedawno konfigurację z łącznikami, w tym Scanning Mobility Particle Sizer (SMPS) i Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer (ICPMS). Pozwala to najpierw sklasyfikować cząstki ze względu na ich średnicę ruchliwości, a następnie równolegle określić ich liczbę, stężenie i skład pierwiastkowy. Jako system wprowadzający stosowany jest rozcieńczalnik z obrotowym dyskiem (RDD), co zapewnia większą elastyczność w zakresie stosowania różnych źródeł aerozolu. W tej pracy przedstawiono praktyczny przewodnik opisujący różne etapy tworzenia tego oprzyrządowania oraz sposób korzystania z tego narzędzia analitycznego. Wszechstronność tej techniki z łącznikiem wykazano w przykładowych pomiarach trzech różnych aerozoli generowanych z a) roztworu soli, b) zawiesiny i c) emitowanych w procesie termicznym.
W wielu dziedzinach charakterystyka cząstek w aerozolach i zawiesinach - w tym określanie składu chemicznego i rozkładu wielkości - jest ważnym zagadnieniem. Różnorodne techniki analityczne do określania właściwości cząstek są wykorzystywane w różnych zastosowaniach środowiskowych, przemysłowych i badawczych, takich jak pomiar/monitorowanie cząstek emitowanych przez powietrze lub spalanie, charakteryzowanie zsyntetyzowanych nanoobiektów inżynieryjnych oraz badanie ich wpływu na zdrowie i środowisko.
Informacje o rozmiarach cząstek gazowych i cząstek w zawiesinach są tradycyjnie analizowane przez różne mierniki wielkości cząstek, takie jak Aerodynamic Particle Sizer (APS), Dynamic Light Scattering devices (DLS) lub Scanning Mobility Particle Sizer (SMPS)1,2,3,4,5. Ten ostatni – sprawdzone narzędzie do pomiaru aerozoli – składa się z dwóch części: analizatora ruchliwości różnicowej (DMA) i licznika cząstek kondensacji (CPC). Oba instrumenty są montowane szeregowo. Pierwsza z nich pozwala na klasyfikację cząstek aerozolu według ich średnic ruchliwości w strumieniu powietrza poprzez zmianę napięcia między dwiema elektrodami6. W CPC wchodzące nanocząstki działają jak jądra kondensacji, tworzą się "duże" kropelki, które następnie są optycznie zliczane6. Dane wyjściowe SMPS reprezentują informacje liczbowe o mierzonych cząstkach i są podawane jako rozkłady wielkości cząstek (PSD).
Z drugiej strony, charakterystyka chemiczna cząstek gazowych i cząstek w zawiesinach jest zwykle wykonywana offline7. Przed analizą wymagana jest odpowiednia procedura pobierania i przygotowania próbki. Takie badania offline zwykle obejmują zastosowanie techniki spektroskopowej, takiej jak spektrometria mas z plazmą sprzężoną indukcyjnie (ICPMS). Jest to sprawdzona metoda analizy pierwiastków i pierwiastków śladowych w próbkach cieczy o bardzo wysokiej czułości i niskich granicach wykrywalności8. W ICPMS plazma argonowa służy do suszenia i rozkładu wprowadzonych próbek na jony atomowe. Są one następnie klasyfikowane według ich stosunku masy do ładunku (m/z) i ostatecznie liczone w trybie analogowym lub impulsowym. Oprócz próbek ciekłych technika ta jest również stosowana do analizy gazów i cząstek. Na przykład gaz może być bezpośrednio wprowadzany do ICPMS i analizowany9,10,11. W analizie specjacji chromatograf gazowy (GC) sprzężony z ICPMS służy do rozdzielania i wykrywania związków lotnych12. ICPMS został następnie rozwinięty do tzw. pojedynczej cząstki ICPMS (sp-ICPMS) w celu scharakteryzowania cząstek monodyspersyjnych w zawiesinach13,14. Inne techniki analityczne powierzchni i/lub objętości są stosowane w celu uzyskania pełnej charakterystyki i/lub uzyskania większej ilości informacji o charakterystyce cząstek. Techniki obrazowania, takie jak skaningowa mikroskopia elektronowa (SEM) i transmisyjna mikroskopia elektronowa (TEM), są szeroko stosowane w tym celu15,16,17.
Aby jednocześnie uzyskać informacje o substancji chemicznej i rozmiarze w czasie, dwie różne techniki analityczne, takie jak SMPS i technika spektrometrii plazmy, mogą być połączone w jednym ustawieniu18. Ta koncepcja pomiaru online pozwala uniknąć problemów związanych z pobieraniem próbek, przygotowaniem i procedurą analizy offline. Krótki przegląd poprzednich prób opracowania takiego połączonego układu został zgłoszony przez Hess et al.19.
W tej pracy podano szczegółowy opis połączonego układu i procedury pomiarowej SMPS-ICPMS. Jako interfejs wprowadzający używany jest rozcieńczalnik z obrotowym dyskiem (RDD). Rozwój tej techniki z łącznikiem i trzy badania zastosowania można znaleźć w literaturze19,20,21. Dane liczbowe dotyczące zasług podane przez Hessa i wsp.20 pokazują, że wydajność opracowanego oprzyrządowania SMPS-ICPMS jest porównywalna do wydajności oddzielnych systemów najnowocześniejszych. To badanie jest komplementarne z poprzednimi publikacjami19,20,21 i przedstawia praktykę laboratoryjną opisującą, jak można wykorzystać tę konfigurację. Pokrótce opisano przykładowe zastosowania aerozoli z dwóch różnych źródeł, aby pokazać wszechstronność sprzężonego systemu.
Zanim opiszesz protokół pomiaru, warto podsumować poszczególne komponenty i strategię sprzęgania konfiguracji z łącznikiem. Bardziej szczegółowy opis można znaleźć gdzie indziej19. Głównymi elementami sprzężonego układu są: źródło aerozolu, RDD, DMA, CPC i ICPMS.
Aby wytworzyć wysuszone cząstki aerozolu z zawiesiny lub płynnego roztworu, stosuje się generator aerozolu wyposażony w dyszę i suszarkę do żelu krzemionkowego. Szczegółowy opis można znaleźć w innym miejscu19. Do badania procesów termicznych wykorzystuje się analizator termograwimetryczny TGA (lub piec rurowy).
RDD jest używany do wprowadzania próbki aerozolu22. Składa się z podgrzewanego stalowego bloku wyposażonego w dwa kanały oraz obracającego się dysku z kilkoma wnękami. Kanały są przepłukiwane gazem rozcieńczającym i surowym aerozolem ze źródła aerozolu. W zależności od przepływu gazu i prędkości obrotowej dysku, do gazu rozcieńczającego dodaje się pewną ilość surowego aerozolu, co daje określony stosunek rozcieńczenia. Argon jest stosowany jako gaz rozcieńczający, ze względu na niską tolerancję ICPMS na powietrze. Jednak limit napięcia DMA powinien być niższy niż w przypadku DMA sterowanego powietrzem, aby uniknąć wyładowania łukowego. Ponieważ przepływ rozcieńczonego aerozolu próbki na wylocie RDD może być precyzyjnie kontrolowany niezależnie od przepływu aerozolu surowego, koncepcja pobierania próbek RDD może być stosowana dla różnych źródeł aerozolu. Pomiędzy RDD i SMPS instaluje się podgrzewaną rurkę (do 400 °C) w celu odparowania lotnych cząstek i/lub dalszego rozcieńczenia aerozolu. Ten etap jest potrzebny, aby osiągnąć dobrą odtwarzalność podczas przetwarzania próbek zawierających materię organiczną. Może to jednak również wywołać reakcje chemiczne. Na przykład piroliza rozpoczyna się w znacznie niższych temperaturach i może rozkładać nie tylko cząsteczki, ale także wywoływać pewne reakcje chemiczne. Zasilacz impulsowy używany w tej pracy składa się z rurki DMA (podobnej do długiej DMA; patrz tabela materiałów) i komercyjnego CPC. Przed wejściem do DMA, rozcieńczony aerozol musi przejść przez źródło radioaktywne, zwane neutralizatorem aerozolu, w celu ustalenia znanej równowagi ładunku (zakładając rozkład ładunku Boltzmanna)6. Cząstki są następnie klasyfikowane zgodnie z ich średnicą ruchliwości poprzez zmianę napięcia przy danej osłonie DMA i przepływach gazów aerozolowych. Podział przepływu na wylocie DMA odbywa się w taki sposób, że 30% aerozolu jest kierowane do CPC, a pozostałe 70% do ICPMS. Stężenie liczbowe sklasyfikowanych cząstek jest określane przez CPC. Druga część aerozolu jest analizowana przez komercyjny instrument ICPMS, co pozwala na analizę pierwiastkową cząstek obciążonych aerozolem. Ponieważ nie są badane żadne ciecze, konwencjonalny system wprowadzania próbek jest usuwany, a wylot DMA jest bezpośrednio podłączony do ICPMS. Drugi RDD i inny komercyjny zasilacz impulsowy typu SMPS jest używany jako przyrządy referencyjne do walidacji PSD mierzonego przez sprzężoną konfigurację SMPS-ICPMS. System odniesienia RDD-SMPS jest podłączony do wylotu nieprzetworzonego aerozolu RDD sprzężonego systemu.
1. Ustawienia RDD-SMPS-ICPMS
2. Protokół pomiarowy dla RDD-SMPS-ICPMS
UWAGA: Przed dostrojeniem parametrów SMPS-ICPMS, należy ustawić przepływy używane dla generatora aerozolu. W tym miejscu opisano procedurę wykorzystania próbek ciekłych i stałych.
W pierwszym przykładzie układ został wykorzystany jako narzędzie do pomiaru w czasie rzeczywistym cząstek generowanych z zawiesiny ZnO (Rysunek 2). Jak widać na Rysunkach 2A-2B, PSDv wydaje się przesunięta w stronę większych cząstek w porównaniu do PSDn. Ponadto, przy dużych średnicach cząstek, krzywa intensywności ICPMS znajduje się nieco poniżej krzywej wykrytej przez SMPS. W drugim przykładzie cząstki generowano z wodnego roztworu NaCl (200 µg/mL) przy użyciu tego samego generatora aerozolu (Rysunki 3A-3C). Sygnały ICPMS i SMPS nie wykazują istotnych zmian w czasie, a sygnał sodu rozdzielony w czasie dobrze koreluje z PSDv przez cały okres pomiarowy. W przeciwieństwie do Zn w poprzednim przykładzie, Na wykazuje stosunkowo wysoki sygnał tła ICPMS, co skutkuje większym poziomem szumów sygnału w porównaniu do stężeń zarejestrowanych przez SMPS. Podobnie jak w próbce zawiesiny ZnO, moda PSDn znajduje się przy mniejszej średnicy cząstek niż moda PSDv. Ponieważ wygenerowane cząstki są cząstkami NaCl, zachowanie sygnału Cl jest analogiczne do zachowania Na i dobrze koreluje z danymi SMPS dotyczącymi objętości (dane nie przedstawiono).
W ostatnim przykładzie przedstawiono wyniki obróbki termicznej próbki CuCl2 z wykorzystaniem TGA. Rysunek 4A pokazuje PSDn zarejestrowaną dla cząstek o rozmiarach do 20 nm na początku ogrzewania w TGA (około 21 min na osi czasu, t.j. na początku 7go skanu SMPS). Następnie stężenie cząstek w PSDn osiąga stan stacjonarny przy stałej temperaturze, a cząstki obejmują zakres wielkości od 60 do 250 nm. Lekki wzrost rozmiaru cząstek obserwuje się po 11tym skanie SMPS (około 30 min na osi czasu). Rozważając PSDv (Rysunek 4B), wkład różnych rozmiarów cząstek jest znacznie inny niż w przypadku PSDn, a wartości PSDv stają się wysokie głównie w zakresie od 150 do 330 nm. Sygnał ICPMS dla Cu pokazany na Rysunku 3C dobrze koreluje z PSDv. Rysunki 4D-4E przedstawiają odpowiednio skorygowaną i surową intensywność 35Cl podczas skanów w górę i w dół. Po punkcie rozpoczęcia okresu ogrzewania, obok intensywności odpowiadającej cząstkom związków chloru, zmierzono stałą intensywność Cl obejmującą zakres wielkości cząstek (w przedziale czasowym od 18 do 33 min, t.j. od 7go do 11go skanu SMPS). Jest to spowodowane odparowaniem gazowych związków Cl. Cząstki chloru są rejestrowane w tym samym zakresie wielkości co miedź, mianowicie dla cząstek o średnicach powyżej 150 nm. Inny eksperyment z użyciem tej samej próbki (CuCl2) przeprowadzono bez SMPS, wykorzystując jedynie układ TG-RDD-ICPMS. Tutaj mierzony jest sygnał ICPMS nieklasyfikowanych cząstek aerozolu (Rysunek 4F). Podobnie jak w przypadku SMPS-ICPMS, w ostatnich skanach można zaobserwować wzrost obu sygnałów (Cl i Cu).
Wyniki przedstawione w niniejszej pracy demonstrują wszechstronność zastosowania układu SMPS-ICPMS sprzężonego z różnymi źródłami aerozoli. W zaprezentowanych przykładach korelacja między sygnałem ICPMS miedzi (Cu) rozdzielonym w czasie a rozkładem wielkości cząstek (PSD)v jest oczywisty. W przypadku aerozolu zawierającego różne cząstki, wkład każdego elementu w całkowity rozkład wielkości cząstek (PSD)v jest określany przez sygnały ICPMS. Co więcej, przykład NaCl pokazuje, że utrzymanie stałych warunków eksperymentalnych prowadzi do uzyskania stabilnego sygnału rozdzielczego w czasie. Układ SMPS-ICPMS pozwala monitorować każdą zmianę stężenia pierwiastkowego i/lub wielkości generowanego aerozolu. Na przykład, wyższy sygnał PSDn w CuCl2 eksperyment (Rysunek 4C) mogą być spowodowane gwałtownym rozpoczęciem procesu nagrzewania. Tymczasem wzrost sygnałów SMPS i ICPMS podczas końcowych skanów można wyjaśnić zmianą gradientu temperatury CuCl2 próbka w funkcji czasu, co zmienia całkowitą ilość materiału osiągającego temperaturę odparowania. Ostatecznie, biorąc pod uwagę dane wyjściowe z SMPS, stężenie w PSDv jest przesunięty w stronę większych rozmiarów cząstek niż w PSDnDzieje się tak, ponieważ sygnał jest mnożony przez 3rd potęga średnicy cząstek do konwersji PSDn do PSDvco skutkuje silniejszym obciążeniem dużych cząstek w pomiarze objętościowym niż w pomiarze liczbowym.

Rysunek 1: Strategia sprzężenia różnych elementów instrumentalnych w konfiguracji RDD-SMPS-ICPMS. Nomenklatura: Qsample: przepływ z generatora aerozolu; Qdilut: przepływ argonu rozcieńczającego w RDD, QRDD out: przepływ surowego aerozolu z RDD; Qpoly: przepływ rozcieńczonego aerozolu polidyspersyjnego na wlocie do DMA; Qsheath: przepływ gazu osłonowego DMA; Qclass: przepływ sklasyfikowanego aerozolu na wylocie z DMA; QDMA exc: nadmiarowy przepływ gazu w DMA; QCPC class: frakcja Qclass kierowana do CPC; QCPC air: dodatkowy przepływ powietrza do CPC; QCPC in: całkowity przepływ wchodzący do CPC; QICP in: frakcja Qclass kierowana do ICPMS; QXe: przepływ ksenonu; MFC: kontroler przepływu masowego. Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.

Rycina 2: Dane SMPS-ICPMS zawiesiny ZnO. (A) Rozkład wielkości cząstek oparty na liczbie (PSDn), zarejestrowany za pomocą SMPS. (B) Odpowiadający mu rozkład wielkości cząstek oparty na objętości (PSDv) oraz skorygowany sygnał 66Zn, wykryty za pomocą ICPMS. Trzy sygnały stanowią średnią z 4 skanów SMPS. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rysunek 3: Dane SMPS-ICPMS z pomiaru roztworu NaCl. (A) Sygnał ICP skorygowany dla 23Na. (B) PSDv. (C) Odpowiadający mu PSDn. Stężenia SMPS i intensywności ICPMS przedstawiono jako funkcje średnicy i czasu. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rycina 4: Dane SMPS-ICPMS z pomiaru odparowania CuCl2 przy użyciu TGA. (A) Wykres 2D PSDn (B) Wykres 2D PSDv. (C) Wykres 2D sygnału ICPMS 63Cu. (D) Wykres 2D sygnału ICPMS 35Cl. (E) Niepoprawiony surowy sygnał ICPMS 35Cl w funkcji czasu. (F) Sygnał ICPMS 65Cu i 35Cl zarejestrowany podczas obróbki termicznej CuCl2 przy użyciu układu TG-RDD-ICPMS (bez SMPS). W obu eksperymentach (z SMPS i bez SMPS) sygnały tła w 25 °C mierzono przez około 18 min (6 skanów SMPS), przed rozpoczęciem i utrzymaniem okresu nagrzewania (przez 15 min) w 450 °C. Rejestrację sygnałów SMPS-ICPMS rozpoczęto w tym samym czasie co rejestrację sygnałów TGA i zakończono 1 skan po jej wyłączeniu (co dało łącznie 12 skanów SMPS). Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
| Parametr | Wartość | Do dostrojenia |
| Moc | 1350 W | Tak |
| gaz rozcieńczający ICP (argon) | 0,58 l/min | Tak |
| Głębokość poboru próbek | 8 mm | Tak |
| Gaz zderzeniowy | 2 ml/min | Tak (dla tego samego zestawu pomiarów nie należy zmieniać tej wartości po jej dostrojeniu) |
| Czas integracji | 0,2 s na izotop | Tak, jeśli należy zmienić rozdzielczość czasową ICP |
| przepływ Xe | 4 mL/min | Nie (aby zachować tę samą czułość ICP) |
Tabela 1: Typowe ustawienia głównych parametrów ICPMS stosowanych do pomiaru cząstek aerozolu metodą RDD-SMPS-ICPMS.
W porównaniu z najnowocześniejszymi istniejącymi metodami analitycznymi dla aerozoli, takimi jak sortowniki do sortowania cząstek, kombinacja RDD-SMPS-ICPMS jest nie tylko w stanie jednocześnie pozyskiwać informacje chemiczne i o wielkości, ale także czasowo rozdzielczy sygnał ICPMS umożliwia również określenie udziału każdego pierwiastka w ogólnym PSD. Jednak tylko cząstki o średnicy poniżej 500 nm mogą być mierzone przez obecny SMPS-ICPMS zasilany argonem. Ponadto, aby uzyskać pełną charakterystykę cząstek aerozolu, potrzebne są inne techniki offline w celu określenia innych właściwości, w tym morfologii i struktury molekularnej.
Pomiar NaCl jest prostym przykładem pokazującym, że proces w stanie ustalonym może być dobrze kontrolowany/monitorowany za pomocą sprzężonego systemu SMPS-ICPMS. Konfiguracja ta może być również wykorzystana w takich eksperymentach jako narzędzie analityczne online do ujawnienia wpływu różnych parametrów eksperymentalnych na właściwości generowanych cząstek. Wszelkie zmiany wielkości cząstek oraz stężenia cząstek lub pierwiastków, takie jak w przypadku obróbki termicznej próbki CuCl2 , mogą być śledzone online przez SMPS-ICPMS.
Z drugiej strony, kombinacja SMPS-ICPMS pozwala nie tylko na pomiar, ale także na rozróżnienie gatunków gazów i cząstek. Rzeczywiście, część sygnału odnosząca się do cząstek stałych może być łatwo odróżniona od części sygnałów związków gazowych, ponieważ sygnał ICPMS tych ostatnich obejmuje cały zakres rozmiarów i nie ma kształtu rozkładu, takiego jak w przypadku sygnału związanego z cząstkami. Wynika to z faktu, że skanowanie SMPS nie ma wpływu na związki gazowe, a ICPMS mierzy całkowitą intensywność danego izotopu. Zachowanie to demonstruje pomiar Cl, który paruje nie tylko w postaci cząstek, ale także w postaci gazów (Rysunek 4D-4E). Rzeczywiście, obliczenia termodynamiczne pokazują, że w warunkach utleniania CuCl2 jest odparowywany w temperaturze około 450 °C jako gaz Cl2 i jako substancje kondensujące CuCl2, Cu3Cl3 i Cu4Cl4 (danych nie pokazano).
Co więcej, korzystanie z ICPMS bez SMPS daje możliwość pomiaru całkowitego sygnału ICPMS pochodzącego zarówno z postaci gazowych, jak i cząstek stałych. Zastosowanie tego układu do pomiaru parowania CuCl2 (rysunek 4F) pokazuje, na przykład, że stechiometria między odparowanym Cu i Cl nie zmienia się w okresie grzewczym ze względu na podobny kształt sygnału. Ponadto substancje gazowe mogą być mierzone wyłącznie za pomocą tej samej konfiguracji poprzez zamontowanie filtra cząstek stałych na wylocie RDD.
W protokole pomiarowym znajdują się dwa punkty krytyczne. Z jednej strony niższą krzywą intensywności ICPMS, w porównaniu z PSDv w dużym zakresie średnic cząstek (np. na rysunku 2B), można wytłumaczyć faktem, że uwzględnienie wielu ładunków cząstek nie zostało jeszcze uwzględnione w procedurze oceny danych (prace trwają). Podczas gdy korekcja pojedynczego ładunku zapewnia dobrą korelację między danymi SMPS i ICPMS podczas pomiaru małych cząstek (do 200 nm), należy ustanowić i wdrożyć poprawkę na wielokrotne ładunki dla dużych cząstek, aby poprawić jakość uzyskanych informacji dla cząstek powyżej 200 nm. Innym wyjaśnieniem tego efektu może być to, że większe cząstki nie są całkowicie rozkładane i jonizowane w plazmie.
Drugim krytycznym punktem jest wybór odpowiedniego współczynnika rozcieńczenia RDD. Rzeczywiście, podobnie jak w przypadku analizy próbek cieczy, poziom intensywności ICPMS różnych izotopów zależy od odpowiedniej czułości. Na przykład sygnał Cu jest o około trzy rzędy wielkości wyższy niż sygnał Cl. W związku z tym należy ustalić odpowiednią wartość rozcieńczenia aerozolu, biorąc pod uwagę czułość mierzonych elementów na ICPMS. Stanowi to ograniczenie analizy wielopierwiastkowej dla aerozoli. Jednakże wartość rozcieńczenia aerozolu może zostać zmieniona podczas tego samego doświadczenia, jeżeli znany jest proces wytwarzania aerozolu. Na przykład współczynnik rozcieńczenia może być obniżony w okresie, w którym generowana jest niewielka ilość cząstek. Niemniej jednak należy unikać wprowadzania do DMA aerozoli o dużym ładunku cząstek stałych w celu ochrony CPC i oprzyrządowania ICPMS. Podsumowując, w zależności od próbki aerozolu należy znaleźć kompromis między rozcieńczeniem RDD, obciążeniem matrycy i czułością ICPMS na izotopy będące przedmiotem zainteresowania. Co więcej, rozdzielczość czasowa konfiguracji SMPS-ICPMS jest ograniczona czasem trwania skanowania SMPS, który mieści się w zakresie kilku minut. Jednak w przypadku stałego lub wąskiego zakresu wielkości cząstek rozdzielczość czasowa może zostać zwiększona.
Nadal potrzebne jest opracowanie metod kwantyfikacji dla całej konfiguracji (prace w toku). W przypadku procesów termicznych TGA może być używany jako narzędzie do oznaczania ilościowego25. Oznaczanie ilościowe cieczy lub zawiesin można przeprowadzić przy użyciu odpowiednich roztworów wzorcowych. Ponadto opracowanie koncepcji recyrkulacji argonu, wykorzystującej DMA z powietrzem i zamianę go na argon – np. za pomocą urządzenia do wymiany gazowej26 – pozwoliłoby na zastosowanie wyższego napięcia DMA, a tym samym na zwiększenie mierzonego zakresu cząstek. Wreszcie, automatyzacja ustawiania różnych parametrów i połączenie potrzeb SMPS i ICPMS w jedną koncepcję dotyczącą warunków pracy znacznie zmniejszy liczbę etapów protokołu pomiarowego. Kroki te pomagają uczynić SMPS-ICPMS potężnym zestawem online do ilościowych lub jakościowych analiz różnych rodzajów aerozoli generowanych ze źródeł cieczy, zawiesin lub emisji.
Autorzy deklarują brak sprzecznych interesów finansowych.
Wsparcie finansowe zostało zapewnione przez Centrum Kompetencji dla Materiałoznawstwa i Technologii (CCMX, Projekt NanoAir), Szwajcarską Narodową Fundację Nauki (Projekt 139136), Szwajcarski Instytut Nanonauki (Argovia, Projekt NanoFil) oraz Szwajcarskie Centrum Kompetencji Badań Bioenergetycznych (SCCER BIOSWEET). Autorzy dziękują Albertowi Schulerowi za jego wsparcie w prowadzeniu TGA oraz Adelaide Calbry-Muzyka za zrecenzowanie tego rękopisu.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| ICPMS | Agilent Technologies, USA | 7700x | Indukcyjnie sprzężony spektrometr masowy |
| DMA Rura | do 3081 DMA firmy TSI | ||
| Aerozole Neutralizer | TSI Inc., USA | Źródło promieniowania 85Kr | |
| CPC | TSI Inc., USA | 3010 | Licznik cząstek kondensacyjnych RDD |
| Matter Aerosol AG, Szwajcaria | MD193E | Rozcieńczalnik z obrotowym dyskiem; | |
| Eparation | Tube Matter Aerosol AG, Szwajcaria | ASET 15-1 | z podgrzewaną |
| rurką Topas GmbH, Niemcy | Generator aerozoli | ATM 220 | |
| Suszarka do żelu krzemionkowego | Topas GmbH, Niemcy | DDU570/H | Osuszacz dyfuzyjny z żelem krzemionkowym |
| TGA | Mettler-Toledo Internat. Inc., CH | TGA/DCS1 | Analizator termograwimetryczny |
| Gilibrator 2 | Sensidyne, Stany Zjednoczone | Pierwotny kalibrator przepływu | |
| MFC | Sierra Instruments Inc., Stany Zjednoczone | Regulator przepływu masowego | Smart-Trak 50 |
| MFC | Brooks Instrument, Holandia | Regulator przepływu | masowego 4850 |
| MFC | Bronkhorst AG, Holandia | Regulator przepływu masowego | F-201C-FAC-33-V |
| Filtry nagłówkowe, Wielka Brytania | DIF-LN30 | jednorazowy filtr liniowy | |
| Filtr HEPA | MSA (Mine Safety Appliances), wkład USA | H #95302 | Wysokowydajny pył stały Air |
| Rurki przewodzące | Advanced Polymers Ltd Worthing, Wielka Brytania. | Rurka silikonowa impregnowana węglem , wewnętrzna/zewnętrzna średnice 6,0/12,0 mm | |
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Uwagi |
| ZnO | Auer-Remy | 5810MR, 1314-13-2 | Nanopowder, 50 nm |
| NaCl | Merck | 106406 | Powder (> 99,99%) |
| CuCl2 | Merck | 102733 | Powder (>99,0%) |
| Kwas poliakrylowy | SigmaAldrich | 535931 roztwór (50% wag. % w H2O) |