Zesílení signálu laserem buzeného plazmatu využitím nanočástic
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. CEITEC VUT
Abstract
Analytické metody LIBS a LA-IPC-MS založené na Laserové Ablaci (LA) nabízejí možnost rychlé chemické analýzy přímo z povrchu vzorku. Nedávno bylo ukázáno, že interakce světla s nanočásticemi může být využita pro zlepšení analytických schopností těchto metod. Při interakci nanočástic s laserovým paprskem dochází k zesílení elektromagnetického pole v jejich blízkém okolí. Pokud jsou nanočástice přítomny na povrchu vzorku analyzovaném některou z metod založenou na LA, zesílené pole vytvořené interakcí laseru s částicemi může pozměnit průběh LA, a tak ovlivnit vlastnosti laserem indukovaného plazmatu. Bylo zjištěno, že použití nanočástic může snížit práh ablace, zesílit signál a změnit vlastnosti aerosolu. Nanočásticemi zesílená LIBS (NELIBS) našla své využití tam, kde použití konvenční LIBS je problematické, a to například při analýze vzorků, kdy je jejich poškození nežádoucí nebo u analýzy roztoků mikrolitrových objemů s limity detekce nižšími než ppm. Tato dizertační práce předkládá podrobný popis jevů doprovázejících nanočásticemi zesílenou LA, založený na rozsáhlé experimentální práci a fyzikální teorii. Na základě pochopení základních principů byly vyvinuty dvě nové aplikace. Nejprve, byla NELIBS použita pro detekci kovových iontů v řetězcích amyloidů, pokročilého bio-materiálu určeného pro čištění vody. Dále byla NELIBS využita jako nová metoda pro monitorování proteinové korony vytvořené kolem nanočástic, čímž tato aplikace rozšířila klasické použití NELIBS za hranice prvkové analýzy.
Analytical techniques based on Laser ablation (LA), such as LIBS and LA-ICP-MS, are capable of rapid chemical analysis directly on the sample surface. Recently, the coupling between nanoparticles and light has been considered as a way to improve these techniques' performance. Nanoparticles coupling with laser can strongly enhance the near-field around them. When the nanoparticles are deposited on the surface to be analyzed by methods based on LA, the strong field created by the coupling between nanoparticles and laser may change the LA processes influencing the properties of laser-induced plasma. It has been shown that the presence of NPs during LA lowers the ablation threshold, enhances the signal and changes the properties of aerosol particles. The applications on Nanoparticle Enhanced LIBS (NELIBS) have found a place, where conventional LIBS have some difficulties, e.g., analysis of samples where damages are undesirable, analysis of solution at sub ppm level by employing micro-liter volumes etc. This thesis completely describes the phenomena behind nanoparticle enhanced LA, based on comprehensive experimental work and physical theory. Further, with the understanding of the fundamental principles, two new applications were developed. Firstly, NELIBS is used as an advance technique for metallic ions detection in amyloid fibrils, an advanced bio-material suitable for water purification. Secondly, NELIBS is introduced as a new method for nanoparticle protein corona sensing extending the classical use of NELIBS from the elemental analysis to the use as a sensing tool.
Analytical techniques based on Laser ablation (LA), such as LIBS and LA-ICP-MS, are capable of rapid chemical analysis directly on the sample surface. Recently, the coupling between nanoparticles and light has been considered as a way to improve these techniques' performance. Nanoparticles coupling with laser can strongly enhance the near-field around them. When the nanoparticles are deposited on the surface to be analyzed by methods based on LA, the strong field created by the coupling between nanoparticles and laser may change the LA processes influencing the properties of laser-induced plasma. It has been shown that the presence of NPs during LA lowers the ablation threshold, enhances the signal and changes the properties of aerosol particles. The applications on Nanoparticle Enhanced LIBS (NELIBS) have found a place, where conventional LIBS have some difficulties, e.g., analysis of samples where damages are undesirable, analysis of solution at sub ppm level by employing micro-liter volumes etc. This thesis completely describes the phenomena behind nanoparticle enhanced LA, based on comprehensive experimental work and physical theory. Further, with the understanding of the fundamental principles, two new applications were developed. Firstly, NELIBS is used as an advance technique for metallic ions detection in amyloid fibrils, an advanced bio-material suitable for water purification. Secondly, NELIBS is introduced as a new method for nanoparticle protein corona sensing extending the classical use of NELIBS from the elemental analysis to the use as a sensing tool.
Description
Citation
SALAJKOVÁ, Z. Zesílení signálu laserem buzeného plazmatu využitím nanočástic [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. CEITEC VUT. 2021.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
Pokročilé nanotechnologie a mikrotechnologie
Comittee
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (předseda)
prof. Ing. Radimír Vrba, CSc. (místopředseda)
Prof. Gábor Galbács (člen)
Prof. Annarosa Mangone (člen)
Mgr. Michaela Kuchynka, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2021-02-15
Defence
Dizertační práce Ing. Salajkové byla zpracována na dvou institucích na základě cotutelle smlouvy mezi CEITEC VUT a University of Bari Aldo Moro v Itálii. Dizertace se zabývá vysvětlením a využitím jevu, při kterém dochází za použití nanočástic k zesílení analytického signálu u metod založených na laserové ablaci. Práce je nejprve zaměřena na vysvětlení fyzikální podstaty nanočásticemi zesílené laserové ablace pro metody LIBS a LA-ICP-MS. K pochopení této problematiky vypracovala studentka systematický popis jednotlivých fází laserové ablace a doprovázejících jevů, který je založen na výsledcích získaných převážně v průběhu jejího doktorského studia. Práce je velice aktuální a přináší vědecký význam a originalitu. Cíle stanovené v dizertaci byly splněny. K řešení tématu i k práci v laboratoři studentka přistoupila velmi svědomitě. Struktura práce je systematická a přehledná. Práce má vysokou formální i stylistickou úroveň. V rámci doktorského studia se studentka stala spoluautorkou osmi článků v impaktovaných časopisech, zahrnujících dva prvoautorské články. Své výsledky doktorandka prezentovala na řadě mezinárodních konferencí.
Dosažené výsledky prezentovala studentka v angličtině a na dotazy oponentů a členů komise odpověděla výborně a tím prokázala výbornou orientaci ve zkoumané problematice.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení