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New method of adsorption energy determination of aromatic species to carbonaceous aerosols

D. DUCA (1), M. VOJKOVIC (1), Y. CARPENTIER (1), A. FACCINETTO (2), M. ZISKIND (1), C. PIRIM (1), C. FOCSA (1)

1. Université de Lille, CNRS, UMR 8523 - PhLAM - Physique des Lasers, Atomes et Molécules, Lille F-59000, France
2. Université de Lille, CNRS, UMR 8522 – PC2A - Physicochimie des Processus de Combustion et de l’Atmosphère, Lille F-59000, France

[2020]

Résumé

L'émission mondiale de particules fines et ultrafines à base de carbone présente un risque pour la santé et a un impact négatif sur l'environnement. La toxicité et la réactivité des particules carbonées, en particulier de la suie, sont principalement déterminées par leur composition chimique de surface. Il est donc important d'étudier l'interaction (physisorption, chemisorption) des adsorbats avec la surface des particules et d'estimer leur énergie d'adsorption. Parmi les différentes molécules identifiées sur la surface des particules de suie, les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) sont très importants. Ils jouent un rôle important dans le mécanisme de formation des suies et ont une toxicité élevée. Dans cette étude, nous proposons une nouvelle méthode de mesure de l'énergie d'adsorption des HAP sur un substrat de carbone. Cette méthode utilise le signal d'un spectromètre de masse à temps de vol après désorption et ionisation laser des adsorbats (Two-step Laser Mass Spectrometry, L2MS). Les premiers résultats obtenus avec plusieurs espèces aromatiques montrent un bon accord avec les valeurs rapportées dans la littérature.


Mots clés

énergie d'adsorption, aérosols carbonés, spectrométrie de masse

Abstract

Extensive global emission of fine and ultra-fine carbon-based particulates presents a well-known health risk and raises significant environmental concern. The toxicity and reactivity of carbonaceous particles, soot in particular, is mainly determined by their surface composition. It is thus important to have information on the actual interaction (physisorption, chemisorption) of adsorbates with the particle surface, and to have an estimate of the adsorption energy. Among the variety of molecules which can be encountered on a soot particle surface, Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAH) are of great importance, both for fundamental mechanisms (crucial role in soot nucleation and growth) and for toxicology issues (proven carcinogenic effect). In this study, we propose an original method for measuring the adsorption energy of PAHs to a carbon substrates. This method is using a pulse-to-pulse signal of a two-step laser mass spectrometer (L2MS). First results obtained with several aromatic species show good agreement with the values reported in the literature.


Keywords

adsorption energy, carbonaceous aerosols, mass spectrometry

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