Name: Um guia prático sobre o acoplamento de um analisador de mobilidade de varredura e um espectrômetro de massa plasmática acoplado de forma indutível (SMPS-ICPMS) (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-07-11T12:30:00.000+00:00
Duration: 11 min 18 s
Description: Aprenda a acoplar SMPS e ICPMS para análise simultânea de tamanho e composição química de partículas em aerossóis. Este método permite caracterização em tempo real de nanoobjetos e emissões ambientais.

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O Centro de Competências para Ciência e Tecnologia de Materiais (CCMX, Project NanoAir), a Fundação Nacional Suíça de Ciência (Projeto 139136), o Instituto Suíço de Nanociências (Argovia, Projeto NanoFil) e o Centro Suíço de Competências para Pesquisa de Bioenergia ( BASE DE BASE DO SCCER). Os autores agradecem Albert Schuler por seu apoio ao funcionamento da TGA e Adelaide Calbry-Muzyka por revisar este manuscrito.

1. Configuração RDD-SMPS-ICPMS <ol><li> Estratégia de acoplamento da configuração RDD-SMPS-ICPMS NOTA: Para acoplar os diferentes instrumentos, ou seja , RDD, SMPS e ICPMS, e para controlar os diferentes fluxos de gás, são necessárias algumas modificações nos arranjos instrumentais. Os principais passos do conceito de acoplamento estão resumidos aqui: <ol><li> Use tubos condutores com diâmetros internos / externos 6.0 / 12.0 mm (tubo de silicone impregnado com carbono) para conectar as diferentes peças instrumentais. </li><li> Instale o Dilutor de Disco Rotativo entre a fonte de aerossol e o Analisador de Mobilidade Diferencial, ou DMA, onde ocorre a classificação de tamanho de partícula. Divida o aerossol classificado na saída DMA em duas frações. Um será aspirado pelo Contador de Partículas de Condensação, ou CPC. O outro é orientado para o Espectrômetro de massa plasmática acoplado indutivamente, ou ICPMS ( Figura 1 ). </li><li> Use um controlador de fluxo de massa (MFC)E um filtro, como um filtro de ar de partículas de alta eficiência (HEPA), para fornecer ao RDD argônio de diluição sem partículas. </li><li> Adicione outro filtro na saída RDD para o excesso de gás bruto (Q RDD ). Verifique o desempenho de todos os filtros em uso de tempos em tempos enquanto usa o CPC. </li><li> Use outro MFC e filtro para ajustar o fluxo de gás da bainha ( bainha Q) introduzido no DMA. </li><li> Para ajustar o excesso de fluxo de gás DMA (Q DMA exc ), monte um filtro, MFC e bomba de vácuo em série na saída DMA. </li><li> Conecte um MFC e filtro adicionais para adicionar o ar livre de partículas (Q CPC ar ) ao CPC, como fluxo de maquiagem para reduzir a quantidade de aerossol classificado (Q CPC class ), consumido pelo CPC. NOTA: isto ocorre porque o CPC aspira ativamente um fluxo definido por um orifício crítico e uma bomba externa, que é de aproximadamente 1 L / min. A taxa de fluxo classificada na entrada ICP (Q ICP in ) é a diferença entre o floTaxa W na saída DMA ( classe Q) e classe Q CPC . </li></ol></li></ol> 2. Protocolo de medição para RDD-SMPS-ICPMS NOTA: Antes de ajustar os parâmetros SMPS-ICPMS, os fluxos utilizados para o gerador de aerossóis devem ser configurados. Aqui, descreve-se o procedimento de utilização de amostras líquidas e sólidas. <ol><li> Exemplo de fontes de aerossol <ol><li> Usando gerador de aerossol para líquidos e suspensões <ol><li> Para um exemplo de utilização de um gerador de aerossol para uma suspensão, prepare uma suspensão de óxido de zinco (ZnO) a partir de um nanopolar ZnO comercial ( por exemplo, com um diâmetro nominal de 50 nm) e ácido poli-acrílico como estabilizador para nanopartículas. Diluir a suspensão preparada para obter uma concentração de ZnO de aprox. 30 μg / mL. Essa concentração é escolhida porque isso levará a um bom sinal de ICPMS mais tarde, com todos os fluxos de gás aplicados. </li><li> Para a segunda medição, prepare um sódio aquosoSolução de cloreto (NaCl) com uma concentração de 200 μg / mL. <ol><li> Primeiro, encha a suspensão ou solução na garrafa e monte-a no gerador de aerossol. </li></ol></li><li> Use o gerador de aerossol para gerar um aerossol da solução de sal ou a suspensão de partículas e para remover a água das partículas no secador de sílica gel. <ol><li> Coloque a válvula de ar comprimido do gerador de aerossol ligeiramente acima de 1 bar. Ajustar Isto resulta em um fluxo de aerossol por trás do secador de difusão até mais de 1 L / min. Finalmente, conecte a saída do secador à entrada RDD. </li></ol></li></ol></li><li> Usando termogravímetro ou um forno tubular NOTA: Como exemplo para a aplicação do RDD-SMPS-ICPMS na medição de emissões de processos térmicos, uma amostra de cloreto de cobre (CuCl 2 ) é analisada. São utilizadas duas fontes de aerossol, nomeadamente um TGA e um forno tubular. Em ambos os casos, o gás reativo ( por exemplo, O <sub&gt; 2), que é usado para o processo térmico, é misturado com árgon na proporção apropriada para evitar a nucleação e a condensação. Neste trabalho, apenas o procedimento de medição e os dados representativos de um experimento TGA são apresentados. <ol><li> Primeiro, mate o cadinho TGA vazio. Pesar 50 mg de pó de CuCl 2 e colocá-lo em um cadinho. </li><li> Ajuste um MFC para o gás reactivo (O 2 ) para cerca de 20 mL / min. </li><li> Ajuste o fluxo do gás protetor (árgon) para cerca de 80 mL / min. Na saída TGA, adicione um fluxo de argônio de cerca de 900 mL / min para obter um fluxo total de cerca de 1 L / min ( ou seja, a soma dos fluxos de O 2 , argão protetor e argônio adicionado). Se a bomba RDD for usada, ajuste o MFC para alcançar o fluxo desejado. </li><li> Defina o programa de temperatura desejado (25 ° C durante 18 min e 450 ° C durante 15 min). </li></ol></li></ol></li><li> Definir os fluxos NOTA: Para alcançar uma operação estável doConfiguração RDD-SMPS-ICPMS, todos os fluxos de gás e aerossóis devem ser ajustados com cuidado, conforme descrito abaixo. Nesta seção, um exemplo de um conjunto de valores de parâmetro para ajustar o RDD, SMPS e ICPMS são fornecidos. Outro conjunto de parâmetros é possível; No entanto, o procedimento permanecerá o mesmo. As abreviaturas de fluxo usadas estão listadas na Figura 1 . Nas etapas a seguir, use um medidor de vazão, como um calibrador de fluxo, para medir os diferentes fluxos de gás e aerossóis antes de iniciar a medição. <ol><li> Primeiro, ajuste o fluxo da bainha de argônio na entrada DMA para 3 L / min. </li><li> Ajuste a temperatura do bloco de aquecimento RDD para 80 ° C e a do tubo de evaporação para 350 ° C. </li><li> Ajuste o controlador de fluxo de massa do árgon de diluição para obter 0,6 L / min como fluxo da amostra diluída na saída do diluidor do disco rotativo ( amostra Q). A razão 0,6 / 3 do gás de bainha para o gás de amostra é escolhida para cobrir um tamanho de partícula que varia de cerca de 14 aCerca de 340 nm. </li><li> Em seguida, ajuste cuidadosamente o excesso de controlador de fluxo de massa de gás (Q DMA exc ) para alcançar um fluxo de aerossol classificado de 0,6 L / min ( classe Q), o mesmo caudal que o aerossol polidisperso diluído na entrada DMA (Q poli ) . </li><li> Em seguida, coloque o calibrador de fluxo entre DMA e CPC e ajuste o fluxo de ar de maquiagem de CPC, para reduzir a taxa de fluxo de aerosol classificado aspirado pelo CPC para 0,18 L / min. Isso corresponde a 30% da classe Q. </li><li> Verifique o fluxo restante de aerossóis classificados para garantir que 0,42 litros por minuto sejam direcionados para o ICPMS, ou seja , 70% do aerosol classificado ( classe Q). A mudança ligeira desse fluxo pode ser corrigida ajustando o MFC do excesso de gás DMA novamente. </li></ol></li><li> Configurando o software SMPS <ol><li> Em seguida, calcule a viscosidade dinâmica e o caminho livre médio de árgon à temperatura ambiente e pressão 23 . EAmbos os valores no software SMPS. </li><li> No software SMPS, defina as durações de varredura para cima e para baixo do ciclo de digitalização DMA para 150 s e 30 s ( ou seja, 1 ciclo DMA = 1 varredura = 180 s). </li><li> No software SMPS, defina a tensão máxima DMA para 4,5 kV para cobrir o intervalo PSD variando de cerca de 14 a cerca de 340 nm. NOTA: Normalmente, é utilizada uma tensão máxima de 10 kV em SMPS a ar. Devido à menor resistência dielétrica do argônio em relação à do ar, o limite deve ser ajustado mais baixo nesta aplicação, pois, de outra forma, o arco elétrico ocorreria, causando danos ao instrumento e erros de sinal. </li></ol></li><li> Definir o ICPMS <ol><li> Remova o sistema de introdução convencional de amostras líquidas para introduzir aerossol seco diretamente no ICPMS. Adicione um tubo condutor entre a porta respectiva da tomada DMA e o ICPMS. Use este tubo para xenônio (Xe), com uma concentração de cerca de 100 ppmv na matriz de argônio, para otimizar o plasma ICPMSAntes de cada medição e para controlar a estabilidade do plasma durante a medição. </li><li> Mantenha a constante de fluxo Xe para todas as medições ( por exemplo, a 4 mL / min) e ajuste os outros parâmetros no software ICPMS, incluindo gás de diluição ICP e profundidade de amostragem, para obter uma intensidade Xe fixa. NOTA: Os principais parâmetros de ajuste de ICPMS estão listados na Tabela 1 . Os parâmetros a serem sintonizados antes de cada medição são indicados na última coluna. </li><li> Defina o tempo de aquisição de SMPS e ICPMS para cobrir a duração total desejada da medida de aerossol ( por exemplo , para a varredura de 10 SPMS, ajuste o tempo de aquisição de ICPMS para pelo menos 30 min). </li><li> Depois de configurar os fluxos de gás, os parâmetros SMPS e ICPMS funcionam os dois instrumentos manualmente ao mesmo tempo. No caso do TGA, adquira os sinais em branco SMPS e ICPMS a 25 ° C durante 18 min (6 varreduras). No caso da suspensão ou amostra líquida, adquira sinais em branco durante 2 varreduras de 6 mDentro com a velocidade de rotação do disco definida como zero. Em seguida, ajuste o fator de diluição do RDD para o valor desejado ajustando a velocidade de rotação do disco manualmente. Com a configuração atual, a velocidade de rotação de 100% corresponde a um fator de diluição de 14,9. </li></ol></li><li> Análise de dados NOTA: O ICPMS mede a intensidade do íon por unidade de tempo (unidade: contagem por segundo ou cps) para cada m / z. Essa intensidade é proporcional à massa do analito. Os dados SMPS representam o PSD ponderado numérico de aerossol classificado (PSD n ) que entra no DMA (unidade: 1 / cm 3 ), com base nas concentrações de número determinadas pelo CPC atrás do DMA. Para comparar os sinais ICP e SMPS, o PSD ponderado em volume (PSD v ) deve ser calculado. Os seguintes cálculos e correções devem ser feitos: <ol><li> Exporte as intensidades do sinal bruto versus o tempo para cada m / z a partir dos dados do ICPMS, e o PSD n - determinado pelo software SMPS - em função do pa<html> Diâmetro da caixa (d p ). A partir dos dados brutos SMPS, exporte o diâmetro da partícula e o tempo de digitalização correspondente. Use este último para correlacionar o tempo de medição do ICPMS com o diâmetro da partícula (veja abaixo). NOTA: O software SMPS deve considerar que o fluxo de aerossol na saída DMA é dividido e apenas 30% das partículas classificadas atingem o CPC. Isso pode ser conseguido multiplicando os valores de eficiência de contagem - armazenados em uma tabela separada como características CPC específicas do tipo - por um fator de 0,3. </li><li> Uma vez que a informação desejada não é principalmente a concentração de partículas entre RDD e DMA, mas que na entrada RDD, multiplique as concentrações medidas pelo fator de diluição RDD, ou seja , 14,9 na configuração atual. </li><li> Para calcular os dados ponderados em volume dos dados SMPS pontuados em número original, multiplique as concentrações registradas de PSD n pelo volume V (d P ) das partículas medidasClasse = &quot;xref&quot;&gt; 6 (V (d P ) = (π / 6) ∙ d P 3 ). </li><li> Calcule o sinal de rede de ICPMS subtraindo o sinal de fundo do sinal de íon cru para cada isótopo. Em seguida, multiplique o sinal da rede pela probabilidade inversa de carga única 1 / p +1 (d p ) para obter a intensidade ICP corrigida, que é aproximadamente proporcional à concentração na entrada DMA e, portanto, na entrada RDD (assumindo que não há perdas de partículas Entre as entradas RDD e ICPMS ou CPC). <ol><li> Calcule a probabilidade de partículas para carregar uma carga positiva elementar usando a aproximação 24 de Wiedensohler. Para os dados SMPS processados ​​pelo software SMPS, a correção para esta probabilidade de carga normalmente é implementada no software. </li></ol></li><li> Para uma determinada verificação de SMPS, trace a concentração de partículas de SMPS ou a intensidade de ICPMS como função do diâmetro de partícula em um diagrama de xy. No caso de um estudo estável,Aerosol de estado, use o mesmo tipo de diagrama para apresentar a concentração ou a intensidade média em várias varreduras. </li><li> Para uma série de varreduras, use diagramas de superfície 2D ou 3D para traçar a concentração de SMPS ou a intensidade de ICPMS como funções de diâmetro e tempo. No caso de processos térmicos, se for utilizado um programa de temperatura, substitua o tempo pelos valores de temperatura correspondentes. NOTA: Além disso, os cálculos necessários para dados ICPMS e SMPS para fazer tais lotes podem ser automatizados usando o software de cálculo como MATLAB ou Igor Pro, o que permite a obtenção de resultados finais robustos em pouco tempo. </li></ol></li></ol>

<ol><li>Chen, B. T., Crow, D. J. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0021850286900224">Use of an aerodynamic particle sizer as a real-time monitor in generation of ideal solid aerosols.</a> J Aerosol Sci. 17 (6), 963-972 (1986).</li>
<li>Intra, P., Tippayawong, N. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/26517300_An_overview_of_differential_mobility_analyzers_for_size_classification_of_nanometer-sized_aerosol_particles">An overview of differential mobility analyzers for size classification of nanometer-sized aerosol particles.</a> Songklanakarin J. Sci. Technol. 30 (2), 243-256 (2008).</li>
<li>Itoh, M., Takahashi, K. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/002185029190076T">Measurement of aerosol particles by dynamic light scattering-I, effects of non-Gaussian concentration fluctuation in real time photon correlation spectroscopy.</a> J Aerosol Sci. 22 (7), 815-822 (1991).</li>
<li>Nickel, C., et al. <a target="_blank" href="http://link.springer.com/article/10.1007/s11051-014-2260-2">Dynamic light-scattering measurement comparability of nanomaterial suspensions.</a> J Nanopart Res. 16 (2), 2260(2014).</li>
<li>Hagendorfer, H., et al. <a target="_blank" href="http://link.springer.com/article/10.1007/s11051-009-9816-6">Size-fractionated characterization and quantification of nanoparticle release rates from a consumer spray product containing engineered nanoparticles.</a> J Nanopart Res. 12 (7), 2481-2494 (2010).</li>
<li>Flagan, R. C. <a target="_blank" href="https://www.jstage.jst.go.jp/article/kona/26/0/26_2008023/_pdf">Differential mobility analysis of aerosols: A tutorial.</a> KONA Powder Part J. 26, 254-268 (2008).</li>
<li>Salgueiro-González, N., López de Alda, M. J., Muniategui-Lorenzo, S., Prada-Rodríguez, D., Barceló, D. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0165993614002593">Analysis and occurrence of endocrine-disrupting chemicals in airborne particles.</a> Trends Anal Chem. 66, 45-52 (2015).</li>
<li>Pröfrock, D., Prange, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Inductively+coupled+plasma-mass+spectrometry+%28ICP-MS%29+for+quantitative+analysis+in+environmental+and+life+sciences%3A+A+review+of+challenges%2C+solutions%2C+and+trends%5BTitle%5D)+AND+%22Appl+Spectrosc%22%5BJournal%5D)">Inductively coupled plasma-mass spectrometry (ICP-MS) for quantitative analysis in environmental and life sciences: A review of challenges, solutions, and trends.</a> Appl Spectrosc. 66 (8), 843-868 (2012).</li>
<li>Gerdes, K., Carter, K. E. <a target="_blank" href="https://inis.iaea.org/search/search.aspx?orig_q=RN:43110364">Calibration strategy for semi-quantitative direct gas analysis using inductively coupled plasma mass spectrometry.</a> Spectrochim Acta B. 66 (9-10), 712-725 (2011).</li>
<li>Wellinger, M., Wochele, J., Biollaz, S. M. A., Ludwig, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Online+elemental+analysis+of+process+gases+with+ICP-OES%3A+A+case+study+on+waste+wood+combustion%5BTitle%5D)+AND+%22Waste+Manage%22%5BJournal%5D)">Online elemental analysis of process gases with ICP-OES: A case study on waste wood combustion.</a> Waste Manage. 32 (10), 1843-1852 (2012).</li>
<li>Edinger, P., Tarik, M., Hess, A., Testino, A., Ludwig, C. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.energyfuels.5b02608">Online Detection of Selenium and Its Retention in Reducing Gasification Atmosphere.</a> Energy Fuels. 30 (2), 1237-1247 (2016).</li>
<li>Bouyssiere, B., Szpunar, J., Lobinski, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gas+chromatography+with+inductively+coupled+plasma+mass+spectrometric+detection+in+speciation+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Spectrochimica+Acta+B%22%5BJournal%5D)">Gas chromatography with inductively coupled plasma mass spectrometric detection in speciation analysis.</a> Spectrochimica Acta B. 57 (5), 805-828 (2002).</li>
<li>Pace, H. E., Rogers, N. J., Jarolimek, C., Coleman, V. A., Higgins, C. P., Ranville, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Determining+transport+efficiency+for+the+purpose+of+counting+and+sizing+nanoparticles+via+single+particle+inductively+coupled+plasma+mass+spectrometry%5BTitle%5D)+AND+%22Anal.+Chem%22%5BJournal%5D)">Determining transport efficiency for the purpose of counting and sizing nanoparticles via single particle inductively coupled plasma mass spectrometry.</a> Anal. Chem. 83 (24), 9361-9369 (2011).</li>
<li>Laborda, F., Jiménez-Lamana, J., Bolea, E., Castillo, J. R. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2011/JA/c0ja00098a">Selective identification, characterization and determination of dissolved silver (i) and silver nanoparticles based on single particle detection by inductively coupled plasma mass spectrometry.</a> J. Anal. At Spectrom. 26 (7), 1362-1371 (2011).</li>
<li>Pease, R. F. W. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S107656700700002X">Significant advances in scanning electron microscopes.</a> Adv Imag Elect Phys. 150, 53-86 (2008).</li>
<li>Dax, M. Advancements in scanning electron microscopes. Semiconductor International. 20 (2), 60-68 (1997).</li>
<li>Kawamoto, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transmission+electron+microscope+as+an+ultimate+tool+for+nanomaterial+property+studies%5BTitle%5D)+AND+%22Microscopy%22%5BJournal%5D)">Transmission electron microscope as an ultimate tool for nanomaterial property studies.</a> Microscopy. 62 (1), 157-175 (2013).</li>
<li>Weber, A. P., Baltensperger, U., Gäggeler, H. W., Tobler, L., Keil, R., Schmidt-Ott, A. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0021850205800849">Simultaneous in-situ measurements of mass, surface and mobility diameter of silver agglomerates.</a> J Aerosol Sci. 22, Suppl 1. S257-S260 (1991).</li>
<li>Hess, A., Tarik, M., Ludwig, C. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0021850215000890">A hyphenated SMPS-ICPMS coupling setup: Size-resolved element specific analysis of airborne nanoparticles.</a> J Aerosol Sci. 88, 109-118 (2015).</li>
<li>Hess, A., Tarik, M., Losert, S., Ilari, G., Ludwig, C. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0021850215300215">Measuring air borne nanoparticles for characterizing hyphenated RDD-SMPS-ICPMS instrumentation.</a> J Aerosol Sci. 92, 130-141 (2016).</li>
<li>Hess, A., Tarik, M., Foppiano, D., Edinger, P. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.energyfuels.6b00174">Online Size and Element Analysis of Aerosol Particles Released from Thermal Treatment of Wood Samples Impregnated with Different Salts.</a> Energy Fuels. 30, 4072-4084 (2016).</li>
<li>Hueglin, C. h, Scherrer, L., Burtscher, H. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0021850296004855">An accurate, continuously adjustable dilution system (1:10 to 1:104) for submicron aerosols.</a> J Aerosol Sci. 28 (6), 1049-1055 (1997).</li>
<li>Kulkarni, P., Baron, P. A., Willeke, K. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aKulkarni%2C+P+%22Aerosol+Measurement%3A+Principles%2C+Techniques%2C+and+Applications%22">Aerosol Measurement: Principles, Techniques, and Applications</a>. , 3rd ed, 18-19 (2011).</li>
<li>Wiedensohler, A. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0021850288902789">An approximation of the bipolar charge distribution for particles in the submicron size range.</a> J Aerosol Sci. 19 (3), 387-389 (1988).</li>
<li>Ludwig, C., Wochele, J., Jörimann, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measuring+evaporation+rates+of+metal+compounds+from+solid+samples%5BTitle%5D)+AND+%22Anal+Chem%22%5BJournal%5D)">Measuring evaporation rates of metal compounds from solid samples.</a> Anal Chem. 79 (7), 2992-2996 (2007).</li>
<li>Kovacs, R., Nishiguchi, K., Utani, K., Günther, D. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2010/JA/b924425e">Development of direct atmospheric sampling for laser ablation-inductively coupled plasma-mass spectrometry.</a> J. Anal. At. Spectrom. 25 (2), 142-147 (2010).</li>
</ol>

Os autores declaram não haver interesses financeiros concorrentes.

Em comparação com os métodos analíticos de última geração existentes para os aerossóis, como os isoladores de partículas, a combinação RDD-SMPS-ICPMS não só pode adquirir simultaneamente informações químicas e de tamanho, mas o sinal ICPMS resolvido no tempo também permite a Determinação da contribuição de cada elemento no PSD geral. No entanto, apenas as partículas com um diâmetro abaixo de 500 nm podem ser medidas pelo atual SMPS-ICPMS operado com argônio. Além disso, para uma caracterização completa das partículas de aerossol, outras técnicas off-line são necessárias para determinar outras propriedades, incluindo a morfologia e a estrutura molecular. A medida de NaCl é um exemplo simples que mostra que um processo de estado estacionário pode ser controlado / monitorado bem com o sistema acoplado SMPS-ICPMS. Esta configuração também pode ser usada em experiências como uma ferramenta analítica on-line para revelar os efeitos de diferentes parâmetros experimentais nas propriedades do componente geradoCles. Qualquer alteração no tamanho de partícula e na concentração de partículas ou elementares, como no caso do tratamento térmico da amostra de CuCl 2 , pode ser rastreada em linha por SMPS-ICPMS. Por outro lado, a combinação SMPS-ICPMS permite não só medir, mas também distinguir entre espécies de gás e partículas. Na verdade, a parte do sinal relacionado à matéria em partículas pode ser facilmente distinguida da dos compostos gasosos, porque o sinal ICPMS deste último cobre toda a gama de tamanhos e não segue uma forma de distribuição como a do sinal relacionado a partículas . Isso se deve ao fato de que a varredura SMPS não tem efeito sobre as espécies gasosas, e o ICPMS mede a intensidade total de um determinado isótopo. Esse comportamento é demonstrado pela medição de Cl, que se evapora não apenas como partículas, mas também como espécies gasosas ( Figura 4D-4E ). Na verdade, os cálculos termodinâmicos mostram que, sob condição oxidanteO CuCl2 é evaporado a cerca de 450 ° C como gás Cl2 e como espécies condensáveis ​​CuCl2, Cu3Cl3 e Cu4Cl4 (dados não apresentados). Além disso, usar o ICPMS sem SMPS oferece a possibilidade de medir o sinal geral de ICPMS originado de espécies gasosas ou particuladas. A utilização desta disposição para a medição da evaporação de CuCl 2 ( Figura 4F ), por exemplo, mostra que a estequiometria entre o Cu evaporado e a Cl não se altera durante o período de aquecimento, devido à forma de sinal semelhante. Além disso, as espécies gasosas podem ser medidas exclusivamente pela mesma instalação montando um filtro de partículas na saída RDD. No protocolo de medição existem dois pontos críticos. Por um lado, a curva de intensidade de ICPMS inferior, em comparação com o PSD v no diâmetro de grande diâmetro ( por exemplo, emFigura 2B), pode ser explicada pelo fato de que a consideração de múltiplas cargas de partículas ainda não foi implementada no procedimento de avaliação de dados (trabalho em andamento). Embora a correção de carga única dê uma boa correlação entre dados SMPS e ICPMS ao medir partículas pequenas (até 200 nm), a correção de múltiplas cargas em partículas grandes deve ser estabelecida e implementada para melhorar a qualidade da informação resultante para partículas acima de 200 Nm. Outra explicação deste efeito pode ser que as partículas maiores não são completamente decompostas e ionizadas no plasma. O segundo ponto crítico é a escolha do fator de diluição RDD apropriado. De fato, como a análise de amostras líquidas, o nível de intensidade ICPMS dos diferentes isótopos depende da sensibilidade correspondente. O sinal de Cu, por exemplo, é cerca de três ordens de grandeza superiores ao de Cl. Portanto, um valor apropriado da diluição de aerossol deve serConsiderando a sensibilidade do ICPMS dos elementos medidos. Isso apresenta uma limitação da análise de vários elementos para aerossóis. No entanto, o valor de diluição do aerossol pode ser alterado durante o mesmo experimento se o processo de geração de aerossóis for conhecido. Por exemplo, o fator de diluição pode ser reduzido durante o período em que uma pequena quantidade de partículas é gerada. No entanto, a alimentação de aerossóis altamente carregados de partículas no DMA deve ser evitada para proteger o CPC e a instrumentação do ICPMS. Em resumo, dependendo do aerossol amostrado, deve ser encontrado um comprometimento entre a diluição do DDR, o carregamento da matriz e a sensibilidade do ICPMS aos isótopos de interesse. Além disso, a resolução do tempo da configuração SMPS-ICPMS é limitada pela duração da varredura SMPS, que está na ordem de alguns minutos. No entanto, para um tamanho fixo ou estreito de partículas, a resolução do tempo pode ser aprimorada. O desenvolvimento de métodos de quantificação para a configuração geral ainda é necessário (trabalho em cursoK). Para processos térmicos, um TGA pode ser usado como ferramenta para quantificação 25 . A quantificação de líquidos ou suspensões pode ser feita usando soluções padrão adequadas. Além disso, a concepção de um conceito de recirculação para o árgon, o funcionamento do DMA com o ar e a troca deste para argônio - por exemplo, por meio de um dispositivo de troca de gás 26 - permitiria o uso de uma maior tensão DMA e, portanto, um aumento na faixa de partículas medidas. Finalmente, automatizar a configuração dos diferentes parâmetros e combinar as necessidades de SMPS e ICPMS em um único conceito em relação à condição de operação reduzirá substancialmente as etapas do protocolo de medição. Essas etapas ajudam a tornar o SMPS-ICPMS uma poderosa configuração online para análises quantitativas ou qualitativas de diferentes tipos de aerossóis gerados a partir de fontes líquidas, suspensas ou de emissão.

Em vários campos, a caracterização de partículas em aerossóis e suspensões - incluindo a determinação de composição química e distribuição de tamanho - é uma questão importante. Uma variedade de técnicas analíticas para determinar as propriedades das partículas é utilizada em diferentes aplicações ambientais, industriais e de pesquisa, tais como medição / monitoramento de partículas transmitidas pelo ar ou em combustão, caracterizando nano-objetos sintetizados e estudando seus efeitos ambientais e de saúde. A informação de tamanho de partículas e partículas de suspensão de gás é convencionalmente analisada por diferentes calibradores de partículas, como um Sizer de Partículas Aerodinâmicas (APS), Dispositivos de dispersão de luz dinâmica (DLS) ou um Sizer de partículas de mobilidade de varredura (SMPS) 1 , 2 , 3 , 4 , 5 . oFerramenta de medição de aerossol bem estabelecida - consiste em duas partes, um Analisador de Mobilidade Diferencial (DMA) e um Contador de Partículas de Condensação (CPC). Ambos os instrumentos são montados em série. O primeiro permite a classificação das partículas de aerossol de acordo com seus diâmetros de mobilidade em uma corrente de ar, variando a tensão entre dois eletrodos 6 . No CPC, inserir nanopartículas atuam como núcleos de condensação, são formadas gotículas &quot;grandes&quot;, e então são contadas opticamente 6 . Os dados de saída SMPS representam informações de número resolvidas em tamanho sobre as partículas medidas e são fornecidas como Distribuições de Tamanho de Partículas (PSD). Por outro lado, a caracterização química de partículas e partículas de gás em suspensões geralmente é realizada off-line 7 . É necessário um processo adequado de recolha e preparação de amostras antes da análise. Tais off-lineAs investigações geralmente incluem a aplicação de uma técnica espectroscópica, como a Espectrometria de massa plasmática acoplada indutivamente (ICPMS). Este é um método estabelecido na análise de elementos e traços de amostras líquidas com sensibilidade muito alta e baixos limites de detecção 8 . No ICPMS, um plasma de árgon serve para secar e decompor amostras introduzidas em íons atômicos. Estes são classificados de acordo com a sua relação massa / carga (m / z) e, finalmente, contados em modo analógico ou pulsado. Além das amostras líquidas, esta técnica também é utilizada para análise de gás e partículas. Por exemplo, o gás pode ser introduzido diretamente no ICPMS e analisado 9 , 10 , 11 . Na análise de especiação, um Cromatógrafo de Gás (GC) acoplado ao ICPMS é usado para separar e detectar compostos voláteis 12 . O ICPMS foi desenvolvido para o chamado ICPMS de uma única partícula (sp-ICPMS), a fim de charar<html> Cterize as partículas monodispersas nas suspensões 13 , 14 . Outras técnicas analíticas de superfície e / ou em massa são usadas para obter uma caracterização completa e / ou para obter mais informações sobre as características das partículas. As técnicas de imagem, como Microscopia Electrónica de Varredura (SEM) e Microscopia Electrónica de Transmissão (TEM), são amplamente utilizadas para este propósito 15 , 16 , 17 . Para obter simultaneamente informações químicas e de tamanho resolvidas no tempo, duas técnicas analíticas diferentes, como SMPS e uma técnica de espectrometria de plasma, podem ser combinadas em uma configuração 18 . Este conceito de medição online pode evitar problemas relacionados ao processo de coleta, preparação e análise offline. Uma breve visão geral das tentativas anteriores de desenvolver essa configuração combinada foi relatada por Hess et al.&quot;Xref&quot;&gt; 19. Neste trabalho, é dada uma descrição detalhada de um arranjo e procedimento de medição SMPS-ICPMS combinados. Um Dilutador de disco rotativo (RDD) é usado como interface de introdução. O desenvolvimento desta técnica com hifenização e três estudos de aplicação podem ser encontrados na literatura 19 , 20 , 21 . Figuras de mérito dadas por Hess et al. 2 0 mostram que o desempenho da instrumentação SMPS-ICPMS desenvolvida é comparável ao dos sistemas de última geração. Este estudo é complementar às publicações anteriores 19 , 20 , 21 e fornece uma prática de laboratório descrevendo como essa configuração pode ser usada. Aplicações de exemplo em aerossóis a partir de duas fontes diferentes são descritas em breve, para mostrar a versatilidade do acoplado sYstem. Antes de descrever o protocolo de medição, vale a pena resumir os componentes individuais e a estratégia de acoplamento da configuração com hifenização. Uma descrição mais detalhada pode ser encontrada em outro lugar 19 . Os principais componentes da configuração acoplada são: uma fonte de aerossol, RDD, DMA, CPC e ICPMS. Para gerar partículas de aerossol secas a partir de uma suspensão ou solução líquida, é utilizado um gerador de aerossóis equipado com um bico e um secador de gel de sílica. Uma descrição detalhada pode ser encontrada em outro lugar 19 . Para investigar os processos térmicos, é utilizado um analisador termogravimétrico TGA (ou um forno tubular). O RDD é utilizado para a introdução da amostra de aerossóis 22 . Consiste em um bloco de aço aquecedor equipado com dois canais, e um disco rotativo com várias cavidades. Os canais são lavados com gás de diluição e aerossol bruto a partir do aerossolfonte. Dependendo dos fluxos de gás e da velocidade de rotação do disco, uma certa quantidade de aerossol bruto é adicionada ao gás de diluição, resultando em uma proporção de diluição definida. O argônio é usado como gás de diluição, devido à baixa tolerância ao ar do ICPMS. No entanto, o limite de tensão DMA deve ser ajustado mais baixo do que o DMA a ar, para evitar arcos elétricos. Uma vez que o fluxo de aerossol de amostra diluída na saída RDD pode ser controlado com precisão independentemente do fluxo de aerossol bruto, o conceito de amostragem RDD pode ser usado para diferentes fontes de aerossol. Um tubo aquecido (até 400 ° C) é instalado entre RDD e SMPS, para evaporar partículas voláteis e / ou diluir ainda mais o aerossol. Este passo é necessário para obter uma boa reprodutibilidade ao processar amostras contendo matéria orgânica. No entanto, isso também pode desencadear reações químicas. A pirólise, por exemplo, começa em temperaturas muito mais baixas e pode decompor não apenas partículas, mas também induzir algumas reações químicas. O SMPS usou euN este trabalho consiste em um tubo DMA (semelhante ao DMA longo, ver tabela Materiais) e um CPC comercial. Antes de entrar no DMA, o aerossol diluído deve passar por uma fonte radioativa, chamada de neutralizador de aerossol, para estabelecer um equilíbrio de carga conhecido (assumindo uma distribuição de carga de Boltzmann) 6 . As partículas são então classificadas de acordo com o seu diâmetro de mobilidade, variando a voltagem em fluxos DMA e fluxo de gás em aerossol. O fluxo dividido na saída DMA é feito de modo que 30% do aerossol são direcionados para o CPC, os outros 70% para o ICPMS. A concentração numérica das partículas classificadas é determinada pelo CPC. A outra porção de aerossol é analisada por um instrumento ICPMS comercial, permitindo a análise elementar das partículas carregadas de aerossóis. Uma vez que nenhum líquido é investigado, o sistema de introdução de amostra convencional é removido e a saída DMA está diretamente conectada ao ICPMS. Um segundo RDD e outro comercializado por ar SMPS são utilizados como instrumentos de referência para validar o PSD medido pela configuração acoplada SMPS-ICPMS. O sistema de referência RDD-SMPS está conectado à saída de aerossol bruto do RDD do sistema acoplado.

<table><tbody><tr><td>ICPMS</td><td>Agilent Technologies, EUA</td><td>7700x</td><td>Espectrômetro de Massa de Plasma Indutivamente Acoplado </td></tr><tr><td>Tubo</td><td></td><td></td><td>DMA semelhante ao DMA longo 3081 da TSI</td></tr><tr><td>Aerosol Neutralizer</td><td>TSI Inc., EUA</td><td></td><td>Fonte de radiação 85Kr</td></tr><tr><td>CPC</td><td>TSI Inc., EUA</td><td>3010</td><td>Contador de Partículas de Condensação </td></tr><tr><td>RDD</td><td>Matter Aerosol AG, Suíça</td><td>MD193E</td><td>Diluidor de Disco Rotativo;</td></tr><tr><td>Evaporação Tube Matter</td><td>Aerosol AG, Suíça</td><td>ASET 15-1</td><td>Gerador</td>de</tr><tr><td>aerossol</td> de tubo aquecido <td>Topas GmbH, Alemanha</td><td>Gerador de aerossol</td><td>ATM 220</td></tr><tr><td>Secador de gel de sílica</td><td>Topas GmbH, Alemanha</td><td>DDU570/H</td><td>secador de difusão de gel de sílica</td></tr><tr><td>TGA</td><td>Mettler-Toledo Internat. Inc., CH</td><td>TGA/DCS1</td><td>Analisador termogravimétrico</td></tr><tr><td>Gilibrator 2</td><td>Sensidyne, EUA</td><td></td><td>calibrador de fluxo primário</td></tr><tr><td>MFC</td><td>Sierra Instruments Inc., EUA</td><td>Controlador de fluxo de massa</td><td>Smart-Trak 50</td></tr><tr><td>MFC</td><td>Brooks Instrument, Holanda</td><td>Controlador de fluxo de massa</td><td>4850</td></tr><tr><td>MFC</td><td>Bronkhorst AG, Holanda</td><td>Controlador de fluxo de massa</td><td>F-201C-FAC-33-V</td></tr><tr><td>Filtros de manchete</td> de<td>filtro em linha</td>, Reino Unido <td>DIF-LN30</td><td>filtro em linha descartável</td></tr><tr><td>Filtro HEPA</td><td>MSA (Appliances de Segurança de Minas), cartucho H dos EUA</td><td>#95302</td><td>Partículas de Alta Eficiência Ar &nbsp;</td></tr><tr><td>Tubos condutores</td><td>Advanced Polymers Ltd Worthing, Reino Unido.</td><td></td><td>Tubo de silicone impregnado de carbono, diâmetros interno/externo 6,0/12,0 mm</td></tr><tr><td>Nome</td><td>Empresa</td><td>Número de catálogo</td><td>Comentários</td></tr><tr><td>ZnO</td><td>Auer-Remy</td><td>5810MR, 1314-13-2</td><td>Nanopowder, 50 nm</td></tr><tr><td>NaCl</td><td>Merck</td><td>106406</td><td>Powder (> 99,99%)</td></tr><tr><td>CuCl2</td><td>Merck</td><td>102733</td><td>Pó (>99,0%)</td></tr>Solução <tr><td>de ácido</td> <td>poliacrílico</td><td>SigmaAldrich</td> 535931 <td>(50% em peso em H2O)</td></tr></tbody></table>

um guia prático sobre o acoplamento de um analisador de mobilidade de varredura e um espectrômetro de massa plasmática acoplado de forma indutível (smps-icpms)

A Practical Guide on Coupling a Scanning Mobility Sizer and Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer (SMPS-ICPMS)

Uma grande variedade de métodos analíticos estão disponíveis para caracterizar partículas em aerossóis e suspensões. A escolha da técnica apropriada depende das propriedades a serem determinadas. Em muitos campos, a informação sobre tamanho de partícula e composição química é de grande importância. Enquanto nas técnicas de aerossol, as distribuições de tamanho de partícula de partículas de gás são determinadas on-line, sua composição elementar é comumente analisada fora de linha após um procedimento apropriado de amostragem e preparação. Para obter ambos os tipos de informações on-line e simultaneamente, uma instalação com hifenização foi desenvolvida recentemente, incluindo um Scope de partículas de mobilidade de varredura (SMPS) e um especpiétrico de massa de plasma acoplado indutivamente (ICPMS). Isso permite primeiro classificar as partículas em relação ao seu diâmetro de mobilidade e depois determinar a concentração de número e a composição elementar em paralelo. Um Dilutador de disco rotativo (RDD) é usado como o sistema de introdução, dando mais flExistividade em relação ao uso de diferentes fontes de aerossóis. Neste trabalho, é fornecido um guia prático descrevendo os diferentes passos para estabelecer esta instrumentação e como usar essa ferramenta de análise. A versatilidade desta técnica hifenizada é demonstrada em medidas de exemplo em três aerossóis diferentes gerados a partir de uma solução de sal, b) uma suspensão e c) emitida por um processo térmico.

No primeiro exemplo, a configuração é usada como ferramenta para medir partículas on-line geradas a partir de uma suspensão ZnO ( Figura 2 ). Como pode ser visto na Figura 2A-2B , o PSD v aparece deslocado para partículas maiores quando comparado ao PSD n . Além disso, em grandes diâmetros de partículas, a curva de intensidade de ICPMS fica ligeiramente abaixo da curva detectada pelo SMPS. No segundo exemplo, as partículas foram geradas a partir de uma solução aquosa de NaCl (200 μg / mL) utilizando o mesmo gerador de aerossol ( Figuras 3A-3C ). Os sinais ICPMS e SMPS não mostram uma mudança substancial com o tempo, e o sinal resolvido no tempo de sódio se correlaciona bem com o PSD v durante todo o período de medição. Ao contrário do Zn no exemplo anterior, Na possui um sinal de fundo ICPMS relativamente alto, resultando em um sinal mais ruidoso do que o das concentrações registradas pelo SMPS. Como no ZnO exemplo de suspensão, o modo do PSD n está em um diâmetro de partícula menor do que o PSD v . Uma vez que as partículas geradas são partículas de NaCl, o comportamento do sinal Cl é como o de Na e correlaciona-se bem com os dados SMPS relacionados ao volume (dados não mostrados). No último exemplo, são apresentados os resultados do tratamento térmico de uma amostra de CuCl 2 usando o TGA. A Figura 4A mostra o PSD n registrado para partículas até 20 nm no início do aquecimento TGA (aproximadamente 21 min no eixo do tempo, ou seja , no início da 7ª verificação SMPS). Depois, a concentração de partículas no PSD n atinge um estado estacionário quando a temperatura é mantida constante e as partículas cobrem uma faixa de tamanho entre 60 e 250 nm. Observa-se um ligeiro aumento no tamanho da partícula após o 11º exame SMPS (aproximadamente 30 min no eixo do tempo). VigaristaSiderando PSD v ( Figura 4B ), a contribuição dos diferentes tamanhos de partículas é bem diferente da do PSD n , e com o PSD v se tornando alto principalmente entre 150 e 330 nm. O sinal ICPMS de Cu mostrado na Figura 3C correlaciona-se bem com PSD v . A Figura 4D-4E mostra a intensidade corrigida e crua de 35 Cl durante as varreduras para cima e para baixo, respectivamente. Após o ponto de partida do período de aquecimento, ao lado da intensidade correspondente às partículas de espécies de cloro, a intensidade de Cl constante cobre a medida do tamanho da partícula (no intervalo de tempo de 18 a 33 min, ou seja , da 7ª à 11ª verificação SMPS ). Isto é devido à evaporação de espécies gasosas de Cl. As partículas de cloro são registradas na mesma faixa de tamanho que o cobre, nomeadamente em partículas com diâmetros acima de 150 nm. Outro experimento usando a mesma amostra (CuCl 2 ) é realizado sem SMPS e usando apenas a configuração TG-RDD-ICPMS. Aqui, o sinal de ICPMS das partículas de aerossol não classificadas é medido (Figura 4F). Semelhante ao caso do SMPS-ICPMS, um aumento de ambos os sinais (Cl e Cu) nas últimas verificações pode ser observado. Os resultados relatados neste trabalho demonstram o uso versátil do sistema acoplado SMPS-ICPMS com diferentes fontes de aerossóis. Nos exemplos apresentados, a correlação entre o sinal ICPMS resolvido no tempo de Cu e PSD v é óbvia. Para um aerossol carregado com partículas diferentes, a contribuição de cada elemento no PSD global v é determinada pelos sinais de ICPMS. Além disso, o exemplo de NaCl mostra que manter as condições experimentais constante resulta em um sinal de tempo resolvido em tempo estável. A configuração SMPS-ICPMS permite monitorar qualquer alteração na concentração elementar e / ou tamanho do aerossol gerado. Por exemplo, o sinal mais alto do PSD nNo experimento CuCl 2 ( Figura 4C ) pode ser causada pelo início abrupto do processo de aquecimento. Enquanto isso, o aumento nos sinais SMPS e ICPMS durante as varreduras finais pode ser explicado pela mudança do gradiente de temperatura da amostra de CuCl 2 com o tempo, o que altera a quantidade total do material atingindo a temperatura de evaporação. Finalmente, considerando os dados de saída do SMPS, a concentração no PSD v é deslocada para um tamanho de partícula maior que no PSD n . Isso ocorre porque o sinal é multiplicado pela 3ª potência do diâmetro da partícula para converter PSD n para PSD v , resultando em maior ponderação de partículas grandes no volume do que no regime de números. <img alt="figura 1" src="/files/ftp_upload/55487/55487fig1.jpg" /> Figura 1: Estratégia de acoplamento para as diferentes peças instrumentais na configuração RDD-SMPS-ICPMS. </stronG&gt; Nomenclatura: Q amostra : fluxo do gerador de aerossol; Q dilut : fluxo de argônio de diluição RDD, Q RDD : fluxo de aerossol bruto do RDD ; Q poli : fluxo de aerossol polidisperso diluído na entrada DMA; Q bainha : fluxo de gás de bainha DMA; Classe Q: fluxo de aerossol classificado na saída DMA; Q DMA exc : fluxo de excesso de gás DMA; Q classe CPC : fração da classe Q guiada para o CPC; Q CPC ar : fluxo de ar adicional para o CPC; Q CPC em : fluxo total entrando no CPC; Q ICP em : fração da classe Q guiada no ICPMS; Q Xe : fluxo de xenônio; MFC: controlador de fluxo de massa. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55487/55487fig1large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior dessa figura.</a> <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/55487/55487fig2.jpg" /> <html> Figura 2: dados SMPS-ICPMS da Suspensão ZnO. ( A ) PSD baseado em número (PSD n ), gravado pelo SMPS. ( B ) O PSD correspondente baseado em volume (PSD v ) e o sinal 66 Zn corrigido, detectado pelo ICPMS. Os três sinais são uma média de mais de 4 varreduras SMPS. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55487/55487fig2large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior dessa figura.</a> <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/55487/55487fig3.jpg" /> Figura 3: Dados SMPS-ICPMS da Medição da Solução de NaCl. ( A ) ICP sinal corrigido de 23 Na. ( B ) PSD v . ( C ) Correspondente PSD n . As concentrações de SMPS e as intensidades de ICPMS são traçadas como funções de diâmetro e tempo.55487fig3large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; Clique aqui para ver uma versão maior deste número. <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/55487/55487fig4.jpg" /> Figura 4: Dados SMPS-ICPMS de Medição da Evaporação de CuCl 2 usando o TGA. ( A ) 2D gráfico do PSD n ( B ) 2D gráfico do PSD v . ( C ) gráfico 2D do sinal de ICPMS de 63C. ( D ) gráfico 2D do sinal de 35 Cl ICPMS. ( E ) sinal crônico não corrigido 35 Cl ICPMS vs. tempo. ( F ) sinal de ICPMS de 65 Cu e 35 Cl registrado durante o tratamento térmico de CuCl 2 usando a configuração TG-RDD-ICPMS (sem SMPS). Em ambos os experimentos (com e sem SMPS), os sinais em branco a 25 ° C são medidos por cerca de 18 min (6 varreduras SMPS), antes de iniciar e manter o período de aquecimento (durante 15 min) a 45076; C. A gravação dos sinais SMPS-ICPMS foi iniciada ao mesmo tempo que a dos sinais TGA e foi interrompida 1 verificação após desligá-la (resultando em um total de 12 exames SMPS). <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55487/55487fig4large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior dessa figura.</a> <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td> Parâmetro </td><td> Valor </td><td> Para ser sintonizado </td></tr><tr><td> Poder </td><td> 1350 W </td><td> sim </td></tr><tr><td> Gás de diluição ICP (argônio) </td><td> 0,58 L / min </td><td> sim </td></tr><tr><td> Profundidade de amostragem </td><td> 8 mm </td><td> sim </td></tr><tr><td> Gás de colisão </td><td> 2 mL / min </td><td> Sim (para o mesmo conjunto de medidas não altera esse valor depois de ajustá-lo) </td></tr><tr><td> IntegrTempo </td><td> 0,2 s por isótopo </td><td> Sim, se a resolução do tempo ICP deve ser alterada </td></tr><tr><td> Xe fluxo </td><td> 4 mL / min </td><td> Não (para manter a mesma sensibilidade ICP) </td></tr></tbody></table> Tabela 1: Configuração típica dos parâmetros principais do ICPMS utilizados para a medição RDD-SMPS-ICPMS das partículas de aerossol.

Neste trabalho é fornecido um guia prático, descrevendo as diferentes etapas para estabelecer o acoplamento de sistemas SMPS e ICPMS e como usá-los. Três exemplos descritivos são apresentados.

Um guia prático sobre o acoplamento de um analisador de mobilidade de varredura e um espectrômetro de massa plasmática acoplado de forma indutível (SMPS-ICPMS)

A large variety of analytical methods are available to characterize particles in aerosols and suspensions. The choice of the appropriate technique depends ...

O objetivo geral deste guia prático é descrever as diferentes etapas para acoplar um analisador de mobilidade e tamanho de partículas a um espectrômetro de massas com plasma acoplado indutivamente e explicar como utilizar esta ferramenta de análise. A instrumentação SMPS ICPMS pode auxiliar a responder questões em diversas aplicações ambientais e tecnológicas, como o monitoramento de partículas emitidas ao ar ou provenientes de combustão. Atualmente, podemos caracterizar nanoobjetos sintetizados e estudar seu destino.A principal vantagem dessa estratégia de acoplamento é obter informações sobre o tamanho e a composição química de partículas simultaneamente e em tempo real, com uma resolução temporal de alguns minutos. Com base em tentativas anteriores de configurar a combinação SMPS-ICPMS, iniciamos o desenvolvimento dessa técnica para diversas fontes de aerossóis, utilizando um diluidor de disco rotativo como sistema de introdução. Esta demonstração visual descreve os principais passos da estratégia de acoplamento dos dois instrumentos, bem como as diferentes configurações.Para acoplar os diferentes instrumentos e controlar os diversos fluxos de gás, são necessárias algumas modificações nos arranjos instrumentais. Os principais passos do conceito de acoplamento são resumidos aqui. Utilize tubos condutivos com diâmetro interno de 6,0 milímetros e diâmetro externo de 12,0 milímetros para conectar as diferentes partes instrumentais.Instale o diluidor rotativo de disco entre a fonte de aerossol e o analisador de mobilidade diferencial, ou DMA, onde ocorre a classificação do tamanho das partículas. Divida o aerossol classificado na saída do DMA em duas frações, sendo que uma será aspirada pelo contador de partículas por condensação, ou CPC, e a outra será direcionada ao espectrômetro de massas com plasma acoplado indutivamente, ou ICPMS. Utilize um controlador de fluxo mássico e um filtro HEPA para fornecer argônio de diluição livre de partículas ao diluidor rotativo de disco.Adicione outro filtro à saída de gás bruto em excesso do diluidor. Utilize um controlador adicional de fluxo de massa e um filtro para ajustar o fluxo de gás de envolvimento introduzido no DMA. Para ajustar o fluxo de gás em excesso do DMA, instale em série um filtro, um controlador de fluxo de massa e uma bomba de vácuo na saída do DMA.Finalmente, conecte um controlador adicional de fluxo de massa e um filtro para adicionar ar livre de partículas ao CPC como fluxo de reposição, reduzindo assim a quantidade de aerossol classificado consumido pelo CPC. Como exemplo de uso de um gerador de aerossol para uma suspensão, prepare uma suspensão de óxido de zinco a partir de um pó nano de óxido de zinco comercial e ácido poliacrílico como estabilizador para as nanopartículas. Dilua a suspensão preparada para obter uma concentração de óxido de zinco de aproximadamente 30 microgramas por mililitro.Use o gerador de aerossol equipado com um bico e um desidratador de gel de sílica para gerar um aerossol a partir da suspensão de partículas e remover a água das partículas no desidratador de gel de sílica. Para isso, primeiro preencha o frasco com a suspensão ou solução e fixe-o no gerador de aerossol. Em seguida, ajuste a válvula de ar comprimido do gerador de aerossol ligeiramente acima de uma bar.Isso resulta em um fluxo de aerossol após o secador por difusão de aproximadamente um litro por minuto. Por fim, conecte a saída do secador à entrada do diluidor rotativo. Os controladores de fluxo mássico são calibrados para fluxos mássicos de gás sob condições padrão.Como os fluxos volumétricos são relevantes para este tipo de medição, todos os fluxos devem ser verificados manualmente, por exemplo, utilizando um calibrador de fluxo primário. Primeiro, ajuste o fluxo de argônio na entrada do gás de blindagem do DMA para 3 litros por minuto. Em seguida, ajuste a temperatura do diluidor com disco rotativo para 80 graus celsius e defina a temperatura do tubo de evaporação para 350 graus celsius.A vazão do aerossol classificado que sai do DMA resulta de todas as outras correntes de entrada e saída do DMA. A vazão desejada do aerossol classificado pode ser definida ajustando cuidadosamente o gás em excesso. Ajuste manualmente a vazão de argônio de diluição para obter 0,6 litros por minuto como vazão da amostra diluída na saída do diluidor com disco rotativo.Em seguida, ajuste cuidadosamente o controlador de fluxo de massa de gás excedente para obter um fluxo de aerossol classificado de 0,6 litros por minuto, a mesma taxa de fluxo do aerossol polidisperso diluído na entrada do DMA. A seguir, posicione o calibrador de fluxo entre o DMA e o CPC. Ajuste o fluxo de ar de compensação do CPC para reduzir a taxa de fluxo do aerossol classificado aspirado pelo CPC para 0,18 litros por minuto.Verifique o fluxo restante do aerossol classificado para garantir que 0,42 litros por minuto sejam direcionados ao ICPMS. Em seguida, calcule a viscosidade dinâmica e o caminho livre médio do argônio na temperatura e pressão ambientes. Insira ambos os valores no software SMPS.No software SMPS, defina as durações de varredura ascendente e descendente do ciclo de varredura do DMA como 150 segundos e 30 segundos. Ajuste a tensão máxima do DMA para 4,5 quilovolts para evitar arco elétrico no DMA, resultando em uma faixa de tamanho de partículas coberta de aproximadamente 14 a 340 nanômetros. Remova o sistema de introdução convencional para amostras líquidas para introduzir diretamente o aerossol seco no ICPMS.Adicione um tubo condutivo entre a respectiva porta da saída do DMA e o ICPMS. Mantenha o fluxo de xenônio constante para todas as medições. Ajuste os outros parâmetros no software do ICPMS, incluindo o gás de diluição do ICP e a profundidade de amostragem, para obter uma intensidade fixa de xenônio.Defina o tempo de aquisição do SMPS e do ICPMS para cobrir a duração total desejada da medição do aerossol. Após ajustar os fluxos de gás no SMPS e os parâmetros do ICPMS, execute a medição simultaneamente nos dois instrumentos manualmente. Adquira os sinais em branco durante dois varreduras de seis minutos com a velocidade de rotação do disco ajustada em zero.Em seguida, ajuste a velocidade ao valor desejado. Aqui mostramos o sinal de ICPMS do isótopo de zinco 66. Além disso, aqui observamos a distribuição de tamanho de partículas baseada em volume.Isso mostra a forte correlação entre os sinais do ICPMS e do SMPS. Por fim, consulte o protocolo textual para saber como proceder com a análise de dados. Os resultados representativos de uma suspensão de óxido de zinco demonstram que a distribuição do tamanho de partículas baseada em volume apresenta boa correlação com o sinal do ICPMS.Os dados do SMPS são originalmente medidos no regime de concentração numérica. A distribuição do tamanho das partículas aparece deslocada para partículas maiores quando comparada à distribuição do tamanho das partículas baseada em número. Isso ocorre porque há uma conversão de resultados baseados em número para resultados baseados em volume, com maior ponderação das partículas maiores no regime de volume.A medição de partículas geradas a partir de uma solução aquosa de cloreto de sódio mostra que manter as condições experimentais constantes resulta em sinais no estado estacionário, resolvidos no tempo, do SMPS e do ICPMS. A contribuição de cada elemento na distribuição do tamanho de partículas com base no volume total é determinada pelos sinais do ICPMS. Para a medição de partículas geradas a partir da amostra de cloreto de cobre submetida a tratamento térmico, utilizando um analisador termogravimétrico, a correlação entre o sinal do ICPMS resolvido no tempo para cobre e a distribuição do tamanho de partículas com base no volume é evidente.Sinais de cloro provenientes de ambas as espécies particuladas, registradas como picos, e espécies gasosas, registradas como um sinal constante que abrange toda a faixa de tamanho de partículas medida, podem ser discriminados por SMPS ICPMS. Ao tentar este procedimento de medição, é importante lembrar que, dependendo do aerossol da amostra, uma compensação entre a diluição do RDD e a sensibilidade do ICPMS ao isótopo de interesse precisa ser encontrada. Existe um compromisso entre um grande número de elementos e seus isótopos monitorados com baixos limites de detecção, alta resolução de tamanho e ampla faixa de tamanho de partículas coberta, de um lado, e curta duração de varredura ou alta resolução temporal de medição, de outro.Após seu desenvolvimento, esta técnica abriu caminho para que pesquisadores explorassem nanoobjetos quanto ao seu destino, composição química e distribuição de tamanho. Isso é relevante para o estudo da qualidade do ar, bem como das emissões de partículas ou da exposição. Utilizamos essas informações para o aprimoramento de tecnologias de bioenergia e tratamento de resíduos ambientalmente sustentáveis.Após assistir a este vídeo, você deverá ter uma boa compreensão de como estabelecer um acoplamento robusto entre os instrumentos SMPS e ICPMS e de como realizar uma medição precisa.

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Research

JoVE Journal

Chemistry

Química

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A espectrometria de mobilidade de íons (IMS) é um complemento interessante à espectrometria de massa para a caracterização de biomoléculas, notadamente por ser sensível ao isomerismo. Este protocolo descreve um experimento tandem IMS (IMS/IMS), que permite o isolamento de uma molécula e a geração dos perfis de mobilidade de seus fragmentos.

Usando um espectrômetro de mobilidade de íons cíclicos para experimentos de mobilidade de íons tandem

Este protocolo apresenta um método validado de cromatografia líquida-mobilidade iónica e espectrometria de massa de alta resolução para determinar a presença de alcaloides da cravagem nos alimentos, em conformidade com o Regulamento (UE) 2023/915 da Comissão, recentemente publicado.

Detecção de Alcalóides Ergot Regulados em Matrizes de Alimentos por Cromatografia Líquida - Espectrometria de Mobilidade Iônica Aprisionada - Espectrometria de Massa por Tempo de Voo

Irrelevantes metabolômica fornece uma hipótese gerando instantâneo de um perfil metabólico. Este protocolo irá demonstrar a extracção e análise de metabolitos a partir de células, soro ou tecido. Uma gama de metabolitos são pesquisadas utilizando extracção de fase líquido-líquido, cromatografia líquida de microfluxo UltraPerformance /-espectrometria de massa de alta resolução (UPLC-HRMS), acoplado ao software de análise diferencial.

Metabolomics irrelevantes de fontes biológicas Usando UltraPerformance cromatografia líquida de alta resolução Espectrometria de Massa (UPLC-HRMS)

Este trabalho apresenta um protocolo para a visualização de fluxos gasosos de uma fonte de ionização ambiente usando fotografia de schlieren e espectrometria de massas.

Visualização de ambiente Espectrometria de Massa com o uso da fotografia Schlieren

Um protocolo para caracterizar a composição química do ar exalado em tempo real usando nanoelectrospray secundário ionização acoplada a espectrometria de massa é demonstrada de alta resolução.

Análise de respiração em tempo real usando o Nanoelectrospray secundário ionização acoplada a espectrometria de massa de alta resolução

Uma investigação da química combustão oxidativa de novos biocombustíveis, componentes de combustível ou combustíveis por comparação de especiação quantitativa dados apresentados. Os dados podem ser usados para validação do modelo cinético e permite que as estratégias de avaliação de combustível. Este manuscrito descreve o reator de fluxo de alta temperatura atmosférica e demonstra suas capacidades.

Química de combustão de combustíveis: especiação quantitativa de dados obtidos de um reator de fluxo de alta temperatura atmosférica com acoplado a espectrômetro de massa Molecular-feixe

Aprenda a acoplar SMPS e ICPMS para análise simultânea de tamanho e composição química de partículas em aerossóis. Este método permite caracterização em tempo real de nanoobjetos e emissões ambientais.

Um guia prático sobre o acoplamento de um analisador de mobilidade de varredura e um espectrômetro de massa plasmática acoplado de forma indutível (SMPS-ICPMS) (Vídeo) | JoVE Journal

Um guia prático sobre o acoplamento de um analisador de mobilidade de varredura e um espectrômetro de massa plasmática acoplado de forma indutível (SMPS-ICPMS)

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