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Conference Papers Year : 2009

Chemical and physical detection of manufactured nanoparticles as a tool for risk assessments and process monitoring

Méthode de caractérisation physico-chimique pour le suivi et la sécurisation des procédés de fabrication des nanoparticules

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Abstract

Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) has been employed to detect sodium chloride and metallic particles with sizes ranging from 40 nm up to 1 um produced by two different particle generators. The LIBS technique combined with a Scanning Mobility Particle Sizer (SMPS) was evaluated as a potential candidate for workplace surveillance in industries producing nanoparticle-based materials. Though research is still currently underway to secure nanoparticle production processes, the risk of accidental release is not to be neglected. Consequently, there is an urgent need for the manufacturers to have at their command a tool enabling leak detection in-situ and in real time so as to protect workers from potential exposure. In this context, experiments dedicated to laser-induced plasma particle interaction were performed. To begin with, spectral images of the laser-induced plasma vaporizing particles were recorded to visualize the spatio-temporal evolution of the atomized matter and to infer the best configuration for plasma light collection, taking into account our experimental set-up specificity. Then, on this basis, time-resolved spectroscopic measurements were performed to make a first assumption of the LIBS potentialities. The influence on the LIBS signal of parameters such as chemical nature of particles, their concentration, laser wavelength, laser energy, kind of background gas was investigated and temporal optimization of the LIBS signal recording settings was achieved. Eventually, repeatability and limits of detection were assessed and discussed
La technique LIBS (Laser-Induced Breakdown Spectroscopy) a été employée pour détecter des particules métalliques ou de chlorure de sodium dont les tailles s'échelonnent de 40 nm à 1 um et ce avec deux générateurs de particules différents. La technique LIBS couplée à un SMPS (Scanning Mobility Particle Sizer, détection en taille et en nombre) a été évaluée comme technique potentiellement utilisable pour la surveillance des lieux de production de nanoparticules. Bien que la sécurisation des procédés fasse l'objet de recherches actives, le risque de fuite sur une unité de production n'est pas à écarter. En conséquence, il est urgent pour les fabricants de disposer d'un outil permettant la détection d'une fuite, in-situ et en temps réel afin de protéger les travailleurs d'une possible exposition à des nanoparticules. C'est dans ce contexte que des expériences dédiées à l'interaction laser / plasma / particules ont été menées. Pour commencer, des expériences d'imagerie spectrale ont été réalisées afin de visualiser la répartition de la matière vaporisée dans le plasma et d'optimiser au mieux la collection de la lumière du plasma pour les analyses LIBS, en tenant compte des spécificités de notre montage. A partir de ces résultats, des expériences de spectroscopie d'émission résolue en temps ont été conduites afin d'évaluer les potentialités de la technique LIBS. La dépendance du signal LIBS a été évaluée en fonction de paramètres tels que la nature chimique des particules, leur concentration, la longueur d'onde et l'énergie du laser, le type de gaz ambiant et les paramètres temporels optimaux pour l'optimisation du signal LIBS ont été déterminés. Finalement, répétabilité et limites de détection ont été évaluées et discutées.
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Dates and versions

ineris-00973331 , version 1 (04-04-2014)

Identifiers

Cite

Tanguy Amodeo, Christophe Dutouquet, Michel Attoui, Emeric Frejafon, Olivier Le Bihan. Méthode de caractérisation physico-chimique pour le suivi et la sécurisation des procédés de fabrication des nanoparticules. 24. Congrès Français sur les Aérosols (CFA 2009), Jan 2009, Paris, France. pp.55. ⟨ineris-00973331⟩

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