Thèse, PhLAM UMR 8523, Lille

Titre de la thèse : Identification des sources de particules d’aérosol mélangées par micro-spectrométrie de masse et micro-spectroscopies vibrationnelles co-localisées

Directeur de thèse : Michael Ziskind

Co-encadrants : Yvain Carpentier

Laboratoire d’accueil : PhLAM UMR 8523, Lille, France

Equipe : PMI – ANATRAC

Résumé du projet de thèse :

L’analyse précise de la composition chimique d’aérosol est un défi actuel au regard d’un côté des faibles quantités d’analytes collectés et d’effets de mélanges, mais également du fait de leurs effets potentiellement néfastes dans différents domaines, notamment la santé humaine ou l’environnement. Les échantillons collectés dans des environnements urbains, péri-urbains ou extra-urbains sont potentiellement représentatifs de particules d’aérosol d’origines diverses qu’il peut être difficile d’identifier.

Différentes techniques complémentaires ultra-sensibles peuvent être mises en œuvre pour accéder à la nature chimique d’aérosol déposé. Au sein du groupe ANATRAC du laboratoire PhLAM, ces analyses sont réalisées par spectrométrie de masse couplée à des étapes de désorption et d’ionisation laser (L2MS), micro-spectroscopies Raman et Infrarouge par Transformée de Fourier (FTIR). Ces techniques complémentaires permettent d’accéder respectivement à la composition chimique (espèces individuelles), aux groupes fonctionnels et à la nanostructure, ainsi qu’à la composition élémentaire des échantillons.

L’objectif du projet de thèse repose sur le couplage des trois diagnostics instrumentaux, de leur capacité de cartographie à l’échelle du micromètre, d’un outil de positionnement commun sur l’échantillon (nano-GPS) et d’outils d’analyses statistiques pour désimbriquer les signatures des particules d’aérosol présentes à l’état de mélange sur un même substrat. Dans le cadre de la thèse, la capacité de positionnement commun pour les trois techniques d’analyse sera testée sur un objet micro-structuré. Un protocole mis au point à partir d’aérosols modèles et d’échantillons de mélanges sera testé puis mis à l’épreuve sur des dépôts complexes (particules d’aérosol urbain, marin, ou de freinage).

PhD title: Identification of mixed aerosol particle sources using colocalized analyses: micro-mass spectrometry and vibrational micro-spectroscopies

PhD Supervisor: Michael Ziskind

Co-supervisor: Yvain Carpentier

Laboratory: PhLAM (UMR 8523), Lille, France

Research group: PMI – ANATRAC

PhD project summary:

Analyzing the precise chemical composition of aerosols presents a current challenge due to the small quantities of collected analytes, mixing effects, and their potentially harmful impacts in various domains, including human health and the environment. Samples collected from urban, peri-urban, or rural environments may represent aerosols from diverse origins, which can be difficult to identify.

Various complementary ultra-sensitive techniques can be used to determine the chemical nature of deposited aerosols. Within the ANATRAC group at the PhLAM laboratory, these analyses are carried out using mass spectrometry coupled with laser desorption and ionization (L2MS), Raman micro-spectroscopy, and Fourier Transform Infrared (FTIR) micro-spectroscopy. These complementary techniques provide access to the chemical composition (individual species), functional groups, nanostructures, and elemental composition of the samples.

The objective of this PhD project is to couple these three instrumental diagnostics, leverage their micrometer-scale mapping capabilities, integrate a shared sample positioning tool (nano-GPS), and use statistical analysis tools to disentangle the signatures of mixed aerosol particles present in a single sample. As part of the thesis, the common positioning capability for the three analytical techniques will be tested on a micro-structured object. A protocol developed using model aerosols and mixture samples will be tested and then applied to complex deposits (urban, marine, or brake wear aerosol particles).

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Yvain Carpentier
Maître de conférences
Laboratoire PhLAM

yvain.carpentier@univ-lille.fr | www.univ-lille.fr
Cité scientifique / bât. CERLA – bureau R03 – 59655 Villeneuve d’Ascq
T. +33 (0)3 20 33 64 64