Caractérisation par désorption / ionisation laser couplée à la spectrométrie de masse de particules émises par des véhicules diesel : mise en place d'une méthode impliquant la formation de complexes à transfert de charge

Characterization of diesel particulate matter by laser desorption / ionization coupled to mass spectrometry : establishment of a new methodology involving charge-transfer complex formation

• Auteur / Autrice : Vincent Carré
• Direction : Jean-François Muller
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie - Physique
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Metz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dispositifs antipollution

Moteurs diesel

Moteurs diesel -- Gaz d'échappement

Spectrométrie de masse

Hydrocarbures aromatiques polycycliques

Résumé

Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) étant souvent associés à des matrices complexes telles que les particules émises par les moteurs diesel (PMD), nous avons choisi de les analyser directement par désorption/ionisation laser couplée à la spectrométrie de masse par résonance cyclotronique des ions à transformée de Fourier (LDI-FTICRMS). Nous avons mis en place une méthode d'analyse sélective des HAP adsorbés sur des PMD limitant leur sublimation en cours d'analyse. Il s'agit de former des complexes donneur-accepteur d'électrons p directement sur le filtre de prélèvement des PMD. A courte longueur d'onde (222 nm) et à faible irradiance (51́06 W. Cm-2), l'irradiation laser du filtre ainsi traité permet une augmentation significative de la détection des ions moléculaires M+· des HAP. Cette méthodologie a pour la première fois été appliquée à l'analyse de différents échantillons de particules. Ces derniers, collectés sur un banc moteur standard correspondent aux émissions d'un véhicule diesel suivant différentes parties du nouveau cycle normalisé de conduite Européen (conduite urbaine avec démarrage à froid ou avec moteur à chaud ou encore en conduite périurbaine). L'influence de la température du moteur, des régimes de conduite et de la teneur en HAP et en soufre des carburants sur l'empreinte spectrale des particules a pu être montrée. L'analyse de particules de suies modèles formées dans un tube à choc (collaboration LCSR-Orléans) à partir de précurseurs représentatifs des différentes familles chimiques des essences a montré une forte corrélation entre la réponse spectrale obtenue et les propriétés du précurseur étudié, notamment son caractère aromatique.

Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are often associated to complex matrices, as for example exhaust diesel particulate matter (DPM). We choose to use laser desorption/ionization Fourier transform ion resonance cyclotron mass spectrometry (LDI-FTICRMS). The deposit of complexing agent directly on a sampling filter leads to the formation of charge transfer (C-T) with PAHs absorbed on DPM and limits their sublimation during analysis. The laser irradiation at short wavelength (222 nm) and low laser power density (51́06 W. Cm-2) of these so-prepared samples allows PAH molecular ion production to be dramatically increased. This methodology has been applied for the first time to different kinds of particulate matter. These exhaust particles are collected on a standard chassis dynamometer according to the different parts of the new European driving cycle (NEDC) define for light-duty by the economic commission for Europe (urban driving condition with cold start or warm engine, and extra urban driving conditions). The influence of engine temperature, driving conditions and fuel PAH and sulfur contents on PAHs patterns of DPM has been highlighted. Collaboration with the LCSR laboratory (Orléans) was also conducted to investigated model soot particles produced in a shock tube with various precursors representative to the different chemical compounds present in gasoline. Strong correlation between the nature of precursor and the soot particle fingerprint is observed. Soot particles produced by aromatic precursor (toluene) present a specific PAH pattern, which is characterized by a less detection of heavy compounds.