HR-ToF-AMS
Spectromètre de masse haute résolution à temps de vol dédié à l'analyse des aérosols atmosphériques

Le HR-ToF-AMS (Aerodyne Research) est un spectromètre de masse permettant l'analyse en ligne des principales composantes chimiques de l'aérosol submicronique.

L'analyse quantitative porte sur les sulfates, nitrates, ammoniums et sur la fraction organique non refractaire. Une analyse statistique plus approfondie des résultats permet de différencier différentes fractions de la matière organique. Classiquement dans les milieux ambiants les fractions HOA (Hydrocarbon like Organique Aerosol), OOA (Oxygenated Organic Aerosol) ou BBOA (Biomass Burning Aerosol) peuvent être quantifiées.Cette analyse renseigne donc sur les sources des particules d'aérosol. L'ensemble de ces fractions quantifiées sont également résolues granulométriquement.

L'analyse par temps de vol haute résolution permet en outre une analyse élémentaire donnant accès au ratios O/C, H/C, N/C ou encore OM/OC.

En fonction des conditions environmentales et des applications recherchées la résolution temporelle de l'AMS est comprise entre 10 sec et 2 min.

Exemples d'applications

Principe de la mesure

Schématiquement, l’AMS se décompose en trois chambres permettant de (1) focaliser les particules, (2) déterminer la distribution granulométrique de l’aérosol et (3) analyser la composition chimique des particules.

L’aérosol est tout d’abord focalisé dans une chambre comprenant 6 lentilles aérodynamiques. En sortie, les particules sont concentrées dans un faisceau inférieur à 1 mm de diamètre. L’efficacité de transmission de ce système de focalisation permet l’analyse quantitative des particules de diamètre compris entre 30 nm et ~1µm .

En sortie de cette première chambre les particules sont accélérées par la détente crée par le gradient de pression régnant dans l’instrument (chaque chambre possède son propre système de pompage). Cette détente procure aux particules des vitesses différentes en fonction de leur taille. La distribution granulométrique des particules est alors obtenue par mesure de leur temps de vol entre un "chopper" (disque tournant présentant 2 fenêtres en vis-à-vis permettant la transmission des particules) et l'analyseur.

Les particules s'impactent ensuite sur une surface  en tungsten chauffée (température ajustable entre 400 et 950°C) et subissent simultanément un bombardement électronique (EI, 70 eV). Les ions positifs formés pénètrent dans un spectromètre de masse où ils sont analysés par temps de vol. Le temps de vol peut soit fonctionner en mode V pour la quantification ou en mode W pour l'analyse élémentaire.

  Pour en savoir plus

Aerodyne Research AMS

Informations about Aerosol Mass Spectrometry

Analyse en continu de "Black Carbon" (MAAP 5012)

Le « black carbon », appelé également carbone suie ou, il y a quelques années, fumées noires, doit cette appellation à sa couleur noire. Cette fraction de l’aérosol peut être également dénommé carbone réfractaire en raison de sa résistance aux hautes températures. Le black carbone est, quasi exclusivement, constitué d’atomes de carbone non fonctionnalisés et hautement polymérisés ; sa structure s’apparentant à du graphite impur. Non volatil, il ne peut être analysé par l’AMS.

Le MAAP (Multi-Angle Absorption Photometer) est un analyseur optique associant transmissométrie et réflectométrie. Plusieurs détecteurs mesurent à la fois le rayonnement transmis et diffusé par l’aérosol collecté sur un filtre déroulant.

Limites de détection :
- moyennage 2 minutes < 100ng.m^-3
- moyennage 10 minutes < 50ng.m^-3
- moyennage 30 minutes < 20ng.m^-3

Pour en savoir plus

Thermo Scientific

Nombre total de particules et granulométrie de l'aérosol (SMPS)

Le SMPS (Scanning Mobility Particle Sizer) permet la mesure du nombre total des particules submicroniques (10<Dp<1000nm) et de leur distribution granulométrique. Il est alors possible de calculer le volume et la surface que ce soit totale ou par classe de taille de l'aérosol (<1 µm).

Le SMPS est un complément essentiel de l'AMS ou du MAAP, puisque qu'il donne des informations en nombre de particules alors que les autres instruments fournissent des informations en masse ; deux notions sensiblement différentes pour ces objets submicroniques. Il est alors possible d'avoir accès à des informations telles que la masse volumique de l'aérosol ou d'observer des évènements de très fines particules qui n'influencent qu'à la marge la masse de l'aérosol.