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L’attività di ricerca riguarda l’applicazione e lo sviluppo di tecniche ottiche/spettroscopiche per la caratterizzazione chimica e strutturale di nanoparticelle sospese in aerosoli.
In particolare vengono correntemente utilizzate le seguenti tecniche:

  • Incandescenza Indotta da laser (LII)
  • Spettroscopia da Breakdown Indotto (LIBS)

La tecnica LII è ampiamente utilizzata per misure di concentrazione e dimensione di particelle di natura carboniosa.

La tecnica presenta i seguenti vantaggi. Innanzitutto è selettiva della specie e con ciò si intende che è sensibile essenzialmente a particelle di natura carboniosa. Permette una elevata risoluzione temperale e spaziale essenziali per il monitoraggio on-line. Inoltre presenta una elevata sensibilità ed un ampio range dinamico (20 ng/m3 – 20 g/m3). La tecnica è correntemente impiegata per lo studio di particelle carboniose prodotte da sistemi di combustione, in campo ambientale e per la caratterizzazione di nano particelle di varia natura (i.e. ossidi) per diverse applicazioni tecnologiche.

  • Foto strumento LII
  • Schema strumento LII
  • Strumento LII in campagna di misure

Recentemente presso il nostro laboratorio è stato progettato e realizzato un prototipo di strumento portatile (brevetto ITRM20090617) ad elevata sensibilità basato sulla tecnica LII per lo studio del particolato carbonioso in ambiente. Tale strumento viene ampiamente utilizzato in campagne di misura per il monitoraggio ambientale e allo scarico di sistemi di combustione (i.e. stufe a legna/pellet).

La LIBS è una tecnica di spettroscopia atomica molto potente che consente di realizzare analisi elementali qualitative e quantitative di campioni solidi, liquidi e gassosi. Solo recentemente la tecnica viene utilizzata per l’analisi di aerosoli.

La tecnica utilizza un microplasma indotto da laser per decomporre ed eccitare le specie presenti nel volume di misura. La radiazione che ne consegue è caratterizzata da uno spettro continuo con sovrapposte linee di emissioni atomiche caratteristiche delle specie stesse, che quindi danno una indicazione sulla composizione chimica delle particelle nel volume di misura.
Presso il nostro laboratorio la tecnica LIBS viene principalmente impiegata per l’analisi di micro-inquinanti di diversa natura allo scarico di sistemi di combustione ed in ambiente.
Anche la tecnica LIBS fornisce informazioni in tempo reale e non necessita di campionamento su filtro, lavorando direttamente in-situ. Questo rende la tecnica particolarmente interessante per lo studio delle proprietà chimiche e fisiche di nanoparticelle in diverse applicazioni (elettronica, edilizia, biologia).

La caratterizzazione morfologica delle nanoparticelle è inoltre eseguita tramite analisi microscopica sia a scansione (SEM) che a trasmissione (TEM/STEM).


Set-up misure LIBS

Immagine STEM di nanoparticelle di carbonio
  • KEYWORDS:
    tecniche ottiche spettroscopia particolato carbonioso nanoparticelle micro-inquinanti composizione elementale

  • PUBBLICAZIONI RECENTI:
    • N. Palazzo, F. Migliorini, R. Dondè, S. Maffi, S. De Iuliis
      Influence of oxygen addition to the carrier gas on Laser-Induced Breakdown Spectroscopy measurements
      Spectrochimica Acta Part B:Atomic Spectroscopy (2015), doi: 10.1016/j.sab.2015.10.012.
    • F. Migliorini, S. De Iuliis, S. Maffi, G. Zizak
      Saturation curves of two-color laser induced incandescence measurements for the investigation of soot optical properties
      Appl. Phys. B 120, 417–427 (2015).
    • F. Migliorini, S. De Iuliis, S. Maffi, G. Zizak
      Environmental application of pulsed laser-induced incandescence
      Appl. Phys. B (2013) 112(3) pp. 433-440.
    • S. De Iuliis, F. Cignoli, S. Maffi, G. Zizak
      Influence of the cumulative effects of multiple laser pulses on laser-incandescence signals from soot
      Applied Physcis B (2011) 104: 321-330.
    • S. Maffi, S. De Iuliis, F. Cignoli, G. Zizak
      Investigation on thermal accommodation coefficient and soot absorption function with two-color Tire-LII technique in rich premixed flames
      Applied Physics B (2011) 104, 357-366.

  • PROGETTI CORRELATI:
    • Progetto “Miglioramento dell’efficienza energetica dei sistemi di conversione locale di energia” - Accordo di programma CNR-MSE, finanziato dal Fondo Ricerca per il Sistema Elettrico (2014-2016).
    • Progetto Territoriale Fondazione Cariplo Black Carbon Tool (2015-2017).
    • Progetto INTEGRATE: Innovazioni Tecnologiche per una gestione razionale del tessuto edilizio (Accordo Quadro di collaborazione Regione Lombardia – CNR) (2013-2015)

  • PRINCIPALI COLLABORAZIONI:
    • Istituti CNR: IRC, IM, ISAC, ITC
    • Politecnico di Milano
    • Università degli Studi di Milano
    • NRC-CNRC Ottawa – Canada