反応種の形成を調査するための大気圧プラズマのセットアップ

ここでは、自社で構築された大気圧プラズマセットアップの使用を示します。金属メッシュケージは、干渉の可能性および/または任意のプラズマ誘導フィールドによる損傷から近くの敏感な機器を保護すると同時に、外部のフィールドからの最小化干渉の再現可能なプラズマ条件を達成するのに役立ちます。セットアップのシールド（ケージング）が運営プラズマとその電気的特性のタイプによって異なります。その目的は、プラズマ処理に外部干渉が存在しないことを確実にし、周辺機器との干渉プラズマフィールドを回避することです。この場合、メッシュサイズは、しかし、減少メッシュサイズが異なるプラズマのために必要とされる5月22 mmです。プラズマ動作パラメータは、電圧およびオシロスコープに接続された電流プローブを用いて制御しました。高電圧プローブの導入はかなり電気環境が変化し、したがって、プローブは、電気システムの一部にならなければならないと断定します全ての実験を通して同じようにioned。

サンプルおよびプラズマジェットをカプセル化するガラス反応器の使用は、反応系からしばしば未知の組成の雰囲気の排除を可能にします。提示された結果（上記参照）には、プラズマ排出物に曝露された水性サンプル中のプラズマ誘導反応性酸素種の供給源を決定しました。供給ガス（蒸気）で液体の水と水の分子を区別することができる場合、このような調査が可能です。ヒドロキシルラジカルが同位体標識水が導入された、気相または液体の水の分子から形成されたかどうかを判断するには：H ₂ ¹⁷ O液体媒体として、供給ガス中のH ₂ ¹⁶ O蒸気を。仮想的な実験はオープン雰囲気中で行った場合は、二相間の区別は、周囲の空気中の水蒸気の存在によって妨げられてきただろう。アン周囲の雰囲気の影響を最小化する別の方法は、プラズマ排出物に大気からの種の拡散は、シールドガス^17を用いて防止された文献で実証されました。シールドガス（N ₂またはO _2）は、既知の組成¹⁸とガスカーテンを作成します。本稿で提示リアクターは、（水蒸気として）大気成分の影響を除去するための簡単な方法で、追加のガス流を導入することなく、異なるプラズマジェットで使用することができます。 •OHラジカルと同様に、基•H源は、D ₂ O / H ₂ O系を用いることによって決定することができます。上記のように、安価なD ₂ Oはまた、蒸気として供給ガス中に導入することができます。

H ₂ O蒸気とガスの飽和前Drechselフラスコを秤量することにより、ガス流throuバブリング後に測定しましたそれをGH。気体の相対湿度（ すなわち 、飽和）を蒸発させ、気体の体積が通過する水の量によって算出されます。

長時間の実験で、Drechselフラスコ内の液体の温度が蒸発により減少する可能性があることに注意してください。相対湿度は、特定の温度について計算されます。計算された値は、さらに、供給ガスの相対湿度を決定するために、文献¹⁹のものと比較されます。我々は、経験的に水で満たされたDrechselフラスコを介して彼の最大2 SLMの流れが完全に水蒸気とガスを飽和することを発見しました。しかし、上昇流量は完全に飽和するため、液体中のガスの十分な滞留時間を許可しない場合があります。他の飽和の技術が必要とされ得ます。

もう一つの困難な課題には、周囲の空気がシステム内に存在しないことを確実にすることです。反応器は、残留空気を除去するために、供給ガスで予めフラッシュされます。予備洗浄に要する時間は、反応器の容積及び供給ガスの流れに依存するであろう。ヘリウム供給ガスプラズマシステムなどのシステムへの外部周囲空気拡散および同伴の不在は•NOラジカル捕捉反応を使用していない試験することができます。空気の窒素N ₂のプラズマによって生成された酸化物とO ₂分子が_（MGD）2のFe ²⁺錯体^20（MGD = Nメチル-D-グルカミンジチオカルバミン酸）のラジカル付加物としてEPRにより検出することができます。空気が完全に存在しない場合には、付加体のEPRシグナルが観測されません。反応器外部の水分子が存在しないことは、以下の実験によって実証することができます。 D ₂ Oの液体試料は、乾燥供給ガスのプラズマに曝されます。露光後の試料のNMR分析は、露光中に液体にさH ₂ Oの量を明らかにする。これはtubin中の残留H ₂ Oの量を推定することができますグラムは、実験で供給ガス¹⁵に使用されます。

試料容器のデザインは、実験作業において非常に重要です。当初、私たちは、プラスチックやガラスのマイクロチューブを使用しようとしました。一緒に比較的高いプラズマ供給ガス流と、開口部の小径は、周囲の空気がマイクロチューブを貫通することはできません。しかし、これは多くの欠点を有します。プラズマは、アーチやマイクロチューブの端部近傍に大きな温度上昇を示しました。液体中へのガス相からの化学種の送達は、異なる気相動態および液体試料の低表面積（及び大容量）にも有意に低い効率でした。したがって、液体試料の表面積は、液体試料の気相からの反応性種の送達のために重要です。これは、短寿命のラジカルのために特に重要です。液体試料容器は、したがって、露出を可能にするように設計されなければなりません液体は、効率的な拡散のための高表面積を有することができます。サンプルはまた、液体試料の対流関連の制限を最小限に抑えるために、低深さを持っている必要があります。これは、ガス流を上昇し、特に点火プラズマで液体試料²¹の表面に著しい障害を作成考慮に入れなければなりません。したがって、試料容器は、特定の実験に必要な直径と深さの井戸状の形状を有しています。ウェルが配置されたスタンドの高さは、実験的なニーズに調整することができます。プラズマジェットは、反応器内に挿入されるゴム製のグロメットは、液体を流出物の接触角を変化させることができます。

提示された方法は、kHzの周波数並列場プラズマジェットによって液体に誘導される反応種（OH•、•H など ）の供給源の調査を可能にします。ジェットを取り囲むガラス反応器を用いる方法は、降順に限定されるものではありません条件ribed、および他の大気圧プラズマで使用することができます。この方法は、供給ガスの任意の混合物を導入することができる：この場合、光学的品質の石英ガラス反応器として使用しなければならないが、その他の利点の中等蒸気、O _{2、N 2は} 、その内部に光学測定を実施する可能性であります材料。反応器の下部の排気管は、実質的に任意の実験室でプラズマジェットを使用できます排気リモート抽出フードにプラスチックチューブを介して接続することができます。反応器の概念は、汎用性がありかつ制御された雰囲気が必要とされる別のプラズマの研究に使用することができます。例えば、スチレンの重合は酸素種²²によって阻害されるが、液体スチレンはヘリウム供給ガスプラズマに曝されたとき、反応器で観察することができます。