Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS)

La Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) è una tecnica di analisi dei materiali che si basa sulla definizione della composizione del plasma indotto durante il processo di ablazione laser. Per effetto della versatilità del processo di ablazione, che consente di “vaporizzare” sotto forma di plasma (plasma plume), qualsiasi materiale solido, non è richiesta alcuna preparativa del campione in analisi. Grazie alle dimensioni dello spot del laser incidente (10s-100s μm) è possibile effettuare analisi composizionali con buona risoluzione spaziale sia laterale (x, y) che verticale (z: analisi stratigrafiche).

LIBS@ns LIBS@fs
   

 

Gas-Cromatografia (GC)

La Gas-Cromatografia è una tecnica analitica per separare e quantificare i componenti di una miscela di prodotti organici.  L’identificazione di tale componenti può essere ottenuta per confronto con campioni autentici.
Questa tecnica è usualmente applicata per definire i risultati di una reazione in esame separando e quantificando reagenti da prodotti, in modo da valutare attività e selettività conseguenti ai parametri sperimentali applicati alla reazione. La miscela viene dissolta in un opportuno solvente e iniettata nello strumento. I vari componenti vengono eluiti attraverso la colonna capillare ed escono a tempi diversi nel detector ottenendo un grafico finale che riporta intensità Vs. tempo.
La scelta della colonna capillare e delle condizioni di analisi (i.e.: una programmata T Vs. t) permette la separazione di composti chimici molto simili.

GC Agilent 6850

Electrospray ionisation (ESI)

La tecnica di Elettrospray Ionizaton (ESI) permette di portare in fase gassosa, sotto forma di specie cariche, biomolecole, nanoparticelle e complessi molecolari, senza danneggiarli.
La spettrometria di massa è uno strumento utile per diverse applicazioni analitiche ed è lo strumento ideale per la preparazione di molecole in uno stato di carica e composizione ben definiti. Nei laboratori dell’ISM è in costruzione un apparato sperimentale dove la combinazione di una sorgente ESI e di strumenti spettrometria di massa permette di selezionare ioni selezionati in massa e in carica e di depositarli su superfici.
La sorgente ESI opera a pressione ambiente e gli ioni molecolari prodotti sono trasportati in vuoto attraverso diverse sezioni di pompaggio differenziale. Un sistema di lenti elettrostatiche e un ottupolo rimuovono le specie neutre (principalmente solventi) e trasportano il fascio di ioni in una camera di alto vuoto equipaggiata con uno spettrometro di massa a quadrupolo che realizza la selezione in massa su carica. Un deflettore elettrostatico direziona il fascio di ioni verso una sezione per la caratterizzazione, o verso una camera per la deposizione “soft landing”. Una terza linea per spettroscopia in fase gassosa verrà aggiunta nel prossimo futuro. 

ESI

Analisi elettrochimica

L'analisi elettrochimica si basa sull’utilizzo di sonde o elettrodi conduttivi collegati a dispositivi elettronici in grado di misurare i parametri elettrici generati dalla reazione di ossido-riduzione delle specie in soluzione. Le tecniche elettroanalitiche utilizzano solitamente tre elettrodi, conosciuti come elettrodo di lavoro, elettrodo di riferimento e controelettrodo o elettrodo ausiliario. Questi elettrodi sono collegati ad un potenziostato che controlla il potenziale dell'elettrodo di lavoro e determina la corrente risultante fornendo informazioni sui parametri elettrici dei reagenti in soluzione.  
Ciclovoltammetria   
La ciclovoltammetria (CV) è una tecnica elettrochimica basata sull'applicazione di un potenziale a un elettrodo stazionario immerso in una soluzione non agitata. In un normale esperimento ad un elettrodo di lavoro viene imposta una variazione di potenziale e viene registrata la contestuale variazione di corrente. Il potenziale varia linearmente con una velocità detta velocità di scansione misurata generalmente in volt per secondo (V/s).  La cella di misura ha tipicamente 3 elettrodi immersi nella soluzione del composto elettroattivo. Il potenziale viene misurato tra l'elettrodo di riferimento, a potenziale costante, e l'elettrodo di lavoro, mentre la corrente viene misurata tra l'elettrodo di lavoro e il controelettrodo; la corrente (i) è riportata contro il potenziale applicato (E) per dare il cosiddetto ciclovoltammogramma. Al variare del potenziale per ogni composto che può essere ridotto (o ossidato) vi sarà uno scambio di elettroni con l'elettrodo di lavoro, così da dare una variazione della corrente misurata che produce un picco nel voltammogramma. Se il processo è reversibile all'inversione del potenziale applicato il prodotto formato nella prima parte della scansione si riossiderà (o ridurrà) producendo una corrente di opposta polarità. Il nuovo picco del voltammogramma avrà forma simile al precedente ma con inversa polarità. Da ciò se ne ricava il potenziale ossidoriduttivo e la velocità della reazione elettrochimica avvenuta.  
PalmSens4 Autolab PGStat 204

ESI

Sorgente ESI accoppiata ad un quadrupolo per spettrometria di massa e deposizione ESI

Paola Bolognesi  - paola.bolognesi@ism.cnr.it

Jacopo Chiarinelli  - jacopo.chiarinelli@ism.cnr.it

 

Laboratorio di spettrometria di massa

 

 

In alto, rappresentazione grafica dell’apparato elettrospray. 

Dal capillare di ingresso, gli ioni vengono guidati attraverso uno skimmer, una guida ionica a ottupolo, un filtro di massa a quadrupolo (visibile nel disegno). Un deflettore quadrupolare infine li indirizza verso l’applicazione desiderata.

La sorgente ESI opera a pressione ambiente e gli ioni molecolari prodotti sono trasportati in vuoto attraverso diverse sezioni di pompaggio differenziale. Un sistema di lenti elettrostatiche e un ottupolo rimuovono le specie neutre (principalmente solventi) e trasportano il fascio di ioni in una camera di alto vuoto equipaggiata con uno spettrometro di massa a quadrupolo che realizza la selezione in massa su carica. Un deflettore elettrostatico direziona il fascio di ioni verso una sezione per la caratterizzazione, o verso una camera per la deposizione “soft landing”. Una terza linea per spettroscopia in fase gassosa verrà aggiunta nel prossimo futuro.
 
 

SPECIFICHE TECNICHE

La tecnica ESI richiede basse concentrazioni (10-5 M) di analita in soluzione acquosa con l’aggiunta di solventi organici.

  • Spettrometria di massa.
    Il filtro di massa a quadrupolo (QMS Extrel con barre da 2 cm e radiofrequenza di 440 KHz) copre un range di massa su carica (m/z) da 4 a 4000 e può essere usato sia come filtro in m/z sia come guida ionica, per una completa trasmissione di tutti gli ioni.
  • “Soft lading”.
    La camera di deposizione è equipaggiata con un sistema per una veloce sostituzione/rimozione del campione e con strumenti per l’ottimizzazione delle condizioni di deposito. E’ possibile realizzare deposizioni su tutti i substrati conduttivi.

TECNICHE DISPONIBILI

L’apparato è in fase di costruzione e caratterizzazione.

  • Spettrometria di massa di diversi tipi di composti e complessi.
  • Deposizione per “soft landing” su substrati conduttivi in condizioni di alto vuoto e controllando l’energia cinetica degli ioni che possono essere preventivamente selezionati secondo il rapporto m/z dal quadrupolo.
 

CAMPIONI

La tecnica è utilizzabile per molecole e composti con massa molecolare compresa tra pochi Da e diverse decine di kDa. Le molecole devono essere solubili in soluzioni composte da acqua e solventi organici (etanolo, metanolo o acetonitrile con una concentrazione tipica del 20-50 %).

Specie tipiche da poter studiare sono:

  • Piccole biomolecole (peptidi e basi di DNA)

  • Grandi biomolecole (proteine, filamenti di DNA

  • Nanoparticelle

  • Piccoli polimeri e biopolimeri

Si possono effettuare prove di fattibilità anche per altre sostanze.

UTILIZZATO PER

  • Analisi con spettrometria di massa di composti per studiarne la composizione.
  • Analisi di complessi formati in soluzioni liquide e delle loro proprietà di aggregazione.
  • Deposizione in condizioni di alto vuoto e con controllo dell’ energia cinetica di deposizione di composti “fragili” per l’analisi della loro conformazione. 

  • Deposizioni in condizioni di alto vuoto, con controllo di energia cinetica e con/senza selezione in m/z, per la produzione di dispositivi.
 
 
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