Development of a laser-based analytical platform for the libs inspection of individual nanoparticles within an atmospheric pressure optical trap

Resumo

Sugerido por primera vez a finales de la década de 1950 por el premio Nobel en Física Richard Feynman, la nanotecnología se ha convertido en uno de los campos de la ciencia multidisciplinar más relevantes a lo largo de las dos últimas décadas.Debido a la constante evolución de las nanopartículas, la Química Analítica como área de conocimiento debe responder a las particularidades que conlleva la caracterización de los mismos y proponer estrategias adaptadas para arrojar resultados con robustez y con el nivel suficiente de precisión, llegando en algunos caso a ser deseable una resolución de partícula individual.La espectroscopía de plasmas inducidos por láser (conocida por su acrónimo en inglés, LIBS) ha demostrado desde principio de siglo ser una de las técnicas más versátiles disponibles para la caracterización química de materiales, tal y como puede concluirse de las numerosas y diversas aplicaciones recogidas en la literatura.En esta tesis doctoral se presenta un sensor basado en LIBS como técnica de inspección para la caracterización de nanopartículas individuales. Dado que las propiedades de estos materiales están estrechamente ligadas a su tamaño, morfología y composición, la mínima alteración de cualquiera de estos tres parámetros podría suponer una fuerte caída en su rendimiento, es por ello que la posibilidad de determinar la mayor cantidad de estos en la misma medida es una característica de interés a la hora de elegir la estrategia de análisis. En este aspecto, la combinación de LIBS con el atrapado óptico a presión atmosférica podría cumplir estos requisitos puesto que las especies capturadas en el seno de la trampa habrían de poseer unas características morfológicas específicas, introduciendo una etapa de exclusión previa a la determinación cualitativa completa de su composición química. Además, introduciendo el uso del catapultado óptico para producir corrientes de aerosol secas que resulten en una partícula entrando en la trampa se evitan posibles alteraciones de los analitos causado por el uso de disolventes y se asegura que la preparación de la muestra sea mínima. El cuerpo de este trabajo se divide en cuatro capítulos que corresponden a las publicaciones científicas derivadas del trabajo realizado a lo largo de la etapa pre-doctoral en orden cronológico. A lo largo de estos capítulos se recoge en primer lugar el desarrollo del sensor y la parametrización sistemática de los diferentes factores que influyen en el análisis LIBS (densidad de energía, condiciones de adquisición o la posición partícula-láser de análisis) y a la trampa óptica (rigidez de la trampa, manipulación de la partícula atrapada). A posteriori, se muestran las capacidades analíticas de la tecnología OC-OT-LIBS propuesta haciendo énfasis en los tamaños y masas mínimas detectables haciendo uso de ella y respondiendo a cuestiones fundamentales como los mecanismos de disociación y excitación que tienen lugar durante la interacción láser-materia a través de los espectros obtenidos.