The authors thank Chris Mortimer, Chris Rhodes (Department of Chemistry workshops) and Kari Niemi (York Plasma Institute) for their help with the equipment. The work was supported by the Leverhulme Trust (grant No. RPG-2013-079) and EPSRC (EP/H003797/1 &amp; EP/K018388/1).

1. מגן התקנת הפלזמה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מקם כל החלקים של הסביבה החשמלית בתוך הכלוב: אספקת חשמל, מתח / מטר נוכחי, כבל מתח, אלקטרודות פלזמה, סילון פלזמה, וכו &#39; </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ודא כי שטח בתוך הכלוב מספיק כך האלקטרודה חי, אלקטרודה הקרקע וכבלים בהתאמה אינם באים במגע אחד עם השני או רשת מתכת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לצייד את הכלוב עם משתלבים מחוברים אספקת חשמל פלזמה על מנת למנוע הסיכון של התחשמלות האלקטרודה המתח הגבוהה במהלך מבצע הפלזמה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניח את שולטת שהמתח ותדר על פני השטח החיצוניים של הכלוב כדי לאפשר שינוי של הפרמטרים, בלי להפריע את פעולת הפלזמה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קרקע כל המתכת תומכת בתוך כלוב הרשת ואת הכלוב עצם על ידי חיווט אותם תקע מליטת אדמה. </li></ol> 2. פרמטרים פריקים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מקם את האלקטרודה חיים מתחת o אלקטרודה הקרקעn שפופרת זכוכית (כלומר, קרוב יותר אל זרבובית צינור). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את חללית מתח אספקת חשמל הפלזמה למדוד את מתח ההפעלה, ולהעביר את האלקטרודה הקרקע באמצעות החללית הנוכחית העגולה לפקח זרם בתמורה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את שני את המתח ואת החללית הנוכחית אוסצילוסקופ, ניטור הנוכחי, את המתח ואת תדירות הפעלת פלזמה (שקבע גם את הנוכחי או חללית המתח). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את זרימת הגז דרך שפופרת זכוכית 2 SLM באמצעות בקרי זרימה ההמוניים (MFCs). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להצית את הפלזמה בתוך שפופרת זכוכית עם הליום גלגל הגז עובר אותו על ידי סיבוב על אספקת חשמל הפלזמה. באמצעות הקריאות החלליות, להגדיר את המתח ותדירות של הפריקה ל -18 קילו וולט ו -25 kHz, בהתאמה. הערה: וריאציות פרמטר מתבצעות כדי לקבוע את המתח ותדירות המינימאליים שבו הפריקה מתרחשת עם התוכן המולקולרי הגבוה ביותר של כל הניסויים. thדואר גדל תוכן מולקולרי דורש מתח גבוה עבור הפלזמה להצתה. שים לב מתח גבוה יכול לגרום עלייה בטמפרטורת גז משמעותית של הפלזמה, ובכך מוביל אידוי מוגבר של המדגם הנוזלי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שמור על מתח קבוע בכל הניסויים. </li></ol> 3. היכרות עם מוספים לגז Feed <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את MFC השני אל צינורות גז ההזנה הראשיים באמצעות T-מחבר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי להוסיף את אדי מים לגז להאכיל, לביים זרימת MFC-מוסדרת של הליום דרך בקבוקון Drechsel מלא מים ואת מיקומו מחוץ (על גבי או בצד) כלוב הרשת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השג רמה רצויה של רוויה ידי פיצול זרימת גז ההזנה. 10% ישירים של זרימת הגז (200 SCCM) דרך בקבוק Drechsel עם מים (H 2 O 16) כדי להשיג רווית 10% מגז ההזנה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באמצעות מחבר ה- T, לשלב גז-רווי אדי מים זה באופן מלא עם 90% (1,800 SCCM) שלזרימת גז יבשה. </li></ol> 4. Reactor <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כן כור זכוכית מורכב משני חלקים, עליונים ותחתונים. לצייד את החלק התחתון של עם צינור פליטה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מקם את כור הזכוכית בבית הפייה של סילון הפלזמה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס את נחיר סילון פלזמה לתוך grommet גומי בתוך הפתח בחלק העליון של הכור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן את המכל המורכב ממאגר היטב כמו על גבי דוכן. פוך הוא דוכן הבאר מחומר דיאלקטרי (למשל, זכוכית, זכוכית קוורץ). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את מיכל מדגם בתוך הכור, כך היא חשופה הקולחים פלזמה מלוע של סילון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שם נוזל H 2 O 17 מדגם בתוך המכל המדגם. עבור זיהוי של רדיקלים הידרוקסיל, להשתמש בפתרון של מלכודת ספין 5,5-דימתיל-1-pyrroline- -oxide N (DMPO) (ראה 5.1). הערה: הבחירה של מלכודת הספין כמו גם הבחירה של המדגם הנוזל components תלוי המינים הספציפיים הנחקרים. לדוגמא, המקור הקיצוני OH • נלמד באמצעות H 2 O 16 / H 2 O 17 ו מלכודת ספין DMPO. מקור קיצוני • H מחייב שימוש של H 2 O / D 2 O (גז נוזלי). N -tert-בוטיל-α-phenylnitrone (PBN) אמור לשמש לצורך זיהוי של • H הרדיקלי. במקרה של הוא פלזמה עם אדי H 2 O, הוצג בפני מימן מלכודת בעיקר הרדיקלי, תוך DMPO נוצר בעיקר DMPO-OH adduct 15. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חברו את חלקי הכור שני באמצעות מגע משטחי זכוכית הקרקע. </li></ol> 5. ספין שמנת מינים רדיקליים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן את הפתרונות של מלכודת ספין נבחר עם הריכוז הנדרש. עבור תמיסות מימיות, להשתמש במי דה מיוננים. עבור מלכודות ספין nitrone (כגון DMPO), להשתמש בריכוז 100 מ&quot;מ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טרום לשטוף את הכור עם גז להאכיל (2 SLM) למשך 30 שניות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> IGNITE הפלזמה (ראה 2.5) ולחשוף המדגם לנוזל קולחי הפלזמה לתקופה קצובה של זמן (למשל, 60 שניות). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר זמן החשיפה הנדרש, לכבות את אספקת החשמל פלזמה, לפתוח את הכור. הסר את מיכל מדגם מהכור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אסוף במדגם ולנתח אותו באמצעות ספקטרוסקופיית תהודה מגנטית אלקטרונית (EPR) 15. </li></ol>

<ol>
	<li>Boxhammer, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bactericidal+action+of+cold+atmospheric+plasma+in+solution.">Bactericidal action of cold atmospheric plasma in solution.</a> New J. Phys. 14, 113042 (2012).</li><li>Graves, D. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+emerging+role+of+reactive+oxygen+and+nitrogen+species+in+redox+biology+and+some+implications+for+plasma+applications+to+medicine+and+biology.">The emerging role of reactive oxygen and nitrogen species in redox biology and some implications for plasma applications to medicine and biology.</a> J. Phys. D: Appl. Phys. 45, 263001 (2012).</li><li>von Woedtke, T., Reuter, S., Masur, K., Weltmann, K. -. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plasmas+for+medicine.">Plasmas for medicine.</a> Phys. Rep. 530, 291-320 (2013).</li><li>Machala, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Formation+of+ROS+and+RNS+in+Water+Electro-Sprayed+through+Transient+Spark+Discharge+in+Air+and+their+Bactericidal+Effects.">Formation of ROS and RNS in Water Electro-Sprayed through Transient Spark Discharge in Air and their Bactericidal Effects.</a> Plasma Proc. Polym. 10, 649-659 (2013).</li><li>Lu, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reactive+species+in+non-equilibrium+atmospheric-pressure+plasmas:+Generation,+transport,+and+biological+effects.">Reactive species in non-equilibrium atmospheric-pressure plasmas: Generation, transport, and biological effects.</a> Phys. Rep. 630, 1-84 (2016).</li><li>Takamatsu, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microbial+Inactivation+in+the+Liquid+Phase+Induced+by+Multigas+Plasma+Jet.">Microbial Inactivation in the Liquid Phase Induced by Multigas Plasma Jet.</a> PLoS One. 10, 0132381 (2015).</li><li>Ahlfeld, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inactivation+of+a+Foodborne+Norovirus+Outbreak+Strain+with+Nonthermal+Atmospheric+Pressure+Plasma.">Inactivation of a Foodborne Norovirus Outbreak Strain with Nonthermal Atmospheric Pressure Plasma.</a> mBio. 6, 02300 (2015).</li><li>Hirst, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Low-temperature+plasma+treatment+induces+DNA+damage+leading+to+necrotic+cell+death+in+primary+prostate+epithelial+cells.">Low-temperature plasma treatment induces DNA damage leading to necrotic cell death in primary prostate epithelial cells.</a> Brit. J. Cancer. 112, 1536-1545 (2015).</li><li>Norberg, S. A., Tian, W., Johnsen, E., Kushner, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Atmospheric+pressure+plasma+jets+interacting+with+liquid+covered+tissue:+touching+and+not-touching+the+liquid.">Atmospheric pressure plasma jets interacting with liquid covered tissue: touching and not-touching the liquid.</a> J. Phys. D: Appl. Phys. 47, 475203 (2014).</li><li>Greb, A., Niemi, K., O'Connell, D., Gans, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Energy+resolved+actinometry+for+simultaneous+measurement+of+atomic+oxygen+densities+and+local+mean+electron+energies+in+radio-frequency+driven+plasmas.">Energy resolved actinometry for simultaneous measurement of atomic oxygen densities and local mean electron energies in radio-frequency driven plasmas.</a> Appl. Phys. Lett. 23, 234105 (2014).</li><li>Wagenaars, E., Gans, T., O'Connell, D., Niemi, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Two-photon+absorption+laser-induced+fluorescence+measurements+of+atomic+nitrogen+in+a+radio-frequency+atmospheric-pressure+plasma+jet.">Two-photon absorption laser-induced fluorescence measurements of atomic nitrogen in a radio-frequency atmospheric-pressure plasma jet.</a> Plasma Sources Sci. Technol. 21, 042002 (2012).</li><li>Abd-Allah, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mass+spectrometric+observations+of+the+ionic+species+in+a+double+dielectric+barrier+discharge+operating+in+nitrogen.">Mass spectrometric observations of the ionic species in a double dielectric barrier discharge operating in nitrogen.</a> J. Phys. D: Appl. Phys. 48, 085202 (2015).</li><li>Takamatsu, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Investigation+of+reactive+species+using+various+gas+plasmas.">Investigation of reactive species using various gas plasmas.</a> RSC Adv. 4, 39901-39905 (2014).</li><li>Uchiyama, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=EPR-Spin+Trapping+and+Flow+Cytometric+Studies+of+Free+Radicals+Generated+Using+Cold+Atmospheric+Argon+Plasma+and+X-Ray+Irradiation+in+Aqueous+Solutions+and+Intracellular+Milieu.">EPR-Spin Trapping and Flow Cytometric Studies of Free Radicals Generated Using Cold Atmospheric Argon Plasma and X-Ray Irradiation in Aqueous Solutions and Intracellular Milieu.</a> PloS One. 10, e0136956 (2015).</li><li>Gorbanev, Y., O'Connell, D., Chechik, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Non-thermal+plasma+in+contact+with+water:+The+origin+of+species.">Non-thermal plasma in contact with water: The origin of species.</a> Chem. Eur. J. 22, 3496-3505 (2016).</li><li>Schmidt-Bleker, A., Winter, J., Iseni, S., Rueter, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reactive+species+output+of+a+plasma+jet+with+a+shielding+gas+device+-+Combination+of+FTIR+absorption+spectroscopy+and+gas+phase+modelling.">Reactive species output of a plasma jet with a shielding gas device - Combination of FTIR absorption spectroscopy and gas phase modelling.</a> J. Phys. D: Appl. Phys. 47, 145201 (2014).</li><li>Schmidt-Bleker, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+plasma+chemistry+of+a+cold+atmospheric+argon+plasma+jet+with+shielding+gas+device.">On the plasma chemistry of a cold atmospheric argon plasma jet with shielding gas device.</a> Plasma Sources Sci. Technol. 25, 015005 (2015).</li><li>Lide, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> CRC Handbook of Chemistry and Physics. , (1992).</li><li>Tsuchiya, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nitric+oxide-forming+reactions+of+the+water-soluble+nitric+oxide+spin-trapping+agent,+MGD.">Nitric oxide-forming reactions of the water-soluble nitric oxide spin-trapping agent, MGD.</a> Free Radic. Biol. Med. 27, 347-355 (1999).</li><li>Robert, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rare+gas+flow+structuration+in+plasma+jet+experiments.">Rare gas flow structuration in plasma jet experiments.</a> Plasma Sources Sci. Technol. 23, 012003 (2014).</li><li>Allen, T. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oxygen+inhibition+of+the+polymerization+of+styrene.">Oxygen inhibition of the polymerization of styrene.</a> J. Appl. Chem. 4, 289-290 (1954).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

הנה, אנחנו מדגימים את השימוש התקנה פלזמה בתוך הבית שנבנה בלחץ אטמוספרי. כלוב רשת המתכת עוזר להשיג תנאי פלזמה לשחזור עם הפרעה ממוזערת מתחומים חיצוניים, בעת ובעונה האחת להגן על ציוד סמוך רגיש מפני הפרעות אפשריות ו / או ניזק בכל שדות פלזמה מושרה. המיגון (כלובים) של ההתקנה תלוי בסוג של פלזמה מופעלת המאפיינים החשמליים שלה. המטרה היא להבטיח היעדר התערבות חיצונית על מבצע הפלזמה ולהימנע שדות הפלזמה מפריעה שמסביב ציוד. במקרה זה גודל הרשת הוא 22 מ&quot;מ, עם זאת, גודל רשת מופחתת עשוי להידרש פלזמות שונות. הפרמטרים המבצע הפלזמה נשלטו באמצעות מתח בדיקה נוכחית חובר אוסצילוסקופ. המבוא של חללית מתח הגבוהה משנה את הסביבה החשמלית משמעותי, ולכן החללית חייבת להיות חלק של מערכת החשמל ולהיות מניחהioned באותו אופן לאורך כל הניסויים. שימוש כור הזכוכית encapsulating מדגם סילון הפלזמה מאפשר הרחקה של אטמוספרת הסביבה של רכב לעתים קרובות ידוע ממערכת התגובה. בשנת התוצאות שהוצגו (לעיל vide), זה היה בשימוש כדי לקבוע את מקור מיני חמצן תגובתי נגרם פלזמה במדגם המימי חשופי קולחי הפלזמה. חקירה כזו היא אפשרית אם המולקולות של המים הנוזליים ושל מי הגז להאכיל (אדי) יכולים להיות מובחנות. כדי לקבוע אם רדיקלים הידרוקסיל נוצרו בשלב הגז או מן מולקולות מים הנוזליות, מים שכותרתו isotopically הוצגו: H 2 O 17 כמדיום הנוזלי, H 2 O 16 אדי גז ההזנה. אם ניסוי היפותטי נערך באווירה פתוחה, תוך הבחנה בין שני השלבים היו כבר הקשתה על ידי הנוכחות של אדי המים באוויר שמסביב.שיטה חלופית כדי למזער את ההשפעה של האווירה שמסביב הודגמה בספרות, שבה דיפוזיה של המינים מן האטמוספרה לתוך שפכי הפלזמה נמנעה באמצעות גז מגן 17. גז המיגון (N 2 או O 2) יוצר וילון גז עם רכב ידוע 18. הכור שהוצג בכתב היד הזה הוא דרך פשוטה להסיר את שפעת הרכיבים באוויר הסביבה (כגון אדי מים), וניתן להשתמש בו עם מטוסי פלזמה שונים ללא ההקדמה של זרימת גז הנוספת. בדומה • OH הרדיקלי, המקור • H הרדיקלי יכול להיקבע על ידי העסקת D 2 O / H 2 O מערכת. ה O הזול D 2 יכול גם להיות מוחדר גז העדכון בתור אד כמתואר לעיל. הרוויה של הגז עם אדי H 2 O נקבעה על ידי שקילת בקבוק Drechsel לפני ואחרי מבעבע את זרימת גז throuGH זה. הלחות היחסית (כלומר, הרוויה) של הגז מחושבת לפי כמות המים התאדו היקף הגז עבר. שים לב בניסויים ממושכים, הטמפרטורה של הנוזל בבקבוק Drechsel עשויה לקטון בשל ההתאדות. הלחות היחסית מחושבת עבור לטמפרטורה מסוימת. הערכים חושב מושווים נוספים עם אלה בספרות 19 כדי לקבוע את הלחות היחסית של גז ההזנה. גילינו אמפירי כי זרימה של עד 2 SLM של הוא דרך Drechsel מלא מי בקבוקון מלא מרווה הגז עם אדי מים. עם זאת, ספיקות גבוהות לא יכולות לאפשר זמן מגורים המספק של הגז בנוזל הרוויה מלאה. ייתכן שתידרשנה טכניקות רוויה אחרות. עוד משימה מאתגרת היא להבטיח כי לא אוויר שמסביב קיים במערכת. הכור הוא מראש סמוק עם הגז להאכיל להסיר באוויר שיורית.הזמן הדרוש-שטיפה מראש יהיה תלוי בהיקף הכור ואת זרימת גז ההזנה. העדר דיפוזיה באוויר הסביבה החיצונית entrainment למערכת כגון מערכת פלזמה גז הליום להאכיל יכול להיבדק באמצעות • אין תגובה השמנה קיצונית. תחמוצת החנקן שנוצר על ידי פלזמה מ N 2 ו- O 2 מולקולות של אוויר יכול להיות מזוהים על ידי EPR בתור adduct הרדיקלי של (MGD) 2 Fe 2+ 20 מורכבים (MGD = N -methyl-D-glucamine dithiocarbamate). במקרה של העדר מוחלט של אוויר, האות EPR של adduct לא הוא ציין. היעדרם של מולקולות מים חיצוניות בכור ניתן להדגים על ידי הניסוי הבא. מדגם נוזלי של D 2 O חשוף פלזמת גז מזון יבשה. ניתוח התמ&quot;ג של המדגם-החשיפה פוסט חושף את הסכום של H 2 O הביא לתוך הנוזל במהלך החשיפה. זה מאפשר לאמוד את הסכום של H 2 O שיורית של טוביןגרם משמש הגז להאכיל 15 בניסוי. העיצוב מיכל המדגם הוא מכריע העבודה הניסויית. בתחילה, ניסינו באמצעות צינורות פלסטיק וזכוכית microcentrifuge. יחד עם זרימת גז להאכיל פלזמה גבוהה יחסית, הקוטר הקטן של הפתיחה אינו מאפשר את האוויר שמסביב לחדור צינור microcentrifuge. עם זאת, יש לכך חסרונות רבים. הפלזמה הציגה קימור ולהגדיל טמפרטורה גדולה ליד הקצוות של צינור microcentrifuge. המשלוח של המינים משלב הגז לתוך הנוזל היה גם באופן משמעותי פחות יעיל בגלל הדינמיקה בשלב תדלוק השונה ואת השטח הנמוך (ונפח גדול) של המדגם הנוזלי. לכן, שטח הפנים של מדגם הנוזל חיוני עבור המשלוח של מיני תגובתי משלב גז המדגם הנוזלי. זה חשוב במיוחד עבור רדיקלים הקצר המועד. מכולת המדגם הנוזלי ולכן צריכה להיות מתוכננת לאפשר חשוףלנוזל יש שטח פנים גבוה עבור דיפוזיה יעילה. המדגם צריך גם עומק נמוך כדי למזער את המגבלות הקשורות הסעה של המדגם נוזלי. זה חייב להילקח בחשבון כי מוגבה תזרים גז ובמיוחד עם פלזמה מתלקחת ליצור הפרעות משמעותיות על פני השטח של המדגם הנוזל 21. לכן, מכל המדגם יש צורה היטב כמו עם קוטר ועומק הנדרש לצורך הניסוי הספציפי. גובה עמדה אשר הבאר ממוקמת יכול להיות מותאם לצרכים ניסיוניים. Grommet הגומי שדרכו סילון הפלזמה מוכנס לתוך הכור מאפשר לשנות את זווית המגע של הקולחים עם הנוזל. השיטה המוצגת מאפשרת חקירה של מקור המינים תגובתי (• OH, • H, וכו &#39;) הנגרם בנוזל על ידי סילון פלזמת שדה מקביל תדירות kHz. שיטת העסקת כור זכוכית סביב הסילון אינה מוגבלת אל described תנאים, וניתן להשתמש בו עם פלזמות בלחץ אטמוספרי אחרות. השיטה מאפשרת הכנסה כל מוספים לגז ההזנה: אדי, O 2, N 2, וכו &#39;בין שאר היתרונות שלה היא האפשרות לקיים מדידות אופטיות בתוכו, אם כי זכוכית קוורץ באיכות אופטית במקרה זה חייב לשמש כור חוֹמֶר. צינור הפליטה בחלק התחתון של הכור מאפשר באמצעות סילון הפלזמה כמעט בכל מעבדה: המפלט יכול להיות מחובר דרך צינורות פלסטיק כדי ברדס חילוץ מרחוק. מושג הכור הוא תכליתי ויכול לשמש במחקר של פלזמות שונות שבם באווירה מבוקרת נדרשת. לדוגמא, פילמור של סטירן מעוכב על ידי מיני חמצן 22, אבל ניתן לראות את הכור כאשר סטירן הנוזלי חשופת פלזמת גז הליום ההזנה.

פלזמות בלחץ אטמוספרי בעלי טמפרטורה נמוכה (LTPS) משכו תשומת לב מוגברת בשנים האחרונות בשל הפוטנציאל העצום שלהם עבור יישומים ביו 1-3. במגע עם אווירת הסביבה, LTP מגיב עם תוכן מולקולרי של אוויר (N 2, O 2, H 2 O אדי), יצירת מגוון מיני חמצן וחנקן תגובתי (הנוירונים) 2,4. בין אלה יחסית מינים יציבים (כגון מי חמצן, אוזון, ניטריט ואניונים חנקו) ורדיקלים תגובתי (• OH, • אווה / O 2 • -, • H, • NO, וכו &#39;). מינים אלה, בתחילה שנוצרו בשלב הגז, מועברים עוד יותר על ידי הפלזמה למצע הביולוגי 5. הנוירונים אינטראקציה עם מצעים ובכך להגדיר את מיקרוביאלית, אנטי סרטני ואפקטים אנטי-ויראלית של LTP 6-8. פיתוח טיפולי LTP דורש דוגמנות מורכבת התגובות שלהנוירונים 9. מים הם חלק חיוני של המילייה הביולוגי, והתגובות בשלב המימי להגדיל את המורכבות של המערכת באופן דרמטית. החקירה של הפלזמה פאזיים גז מתבצעת נרחבת בשיטות אנליטיות שונות, כוללים ספקטרוסקופית פליטה אופטית, קרינה הנגרם ליזר, גלאי אינפרא אדומים פסיביים, ספקטרומטריית מסה (MS), וכו &#39;10-12. במקביל, חקירות מפורטות של המינים שזוהו בשלב הנוזל עדיין נדירות. דוחות זמינים לתאר את השימוש בשיטות שונות אנליטי כגון תהודת פאראמגנטיים UV אלקטרוני ספקטרוסקופיה (EPR), cytometry, וכו &#39;לצורך זיהוי של הנוירונים בתמיסות מימיות 13,14. EPR הוא אחת השיטות הישירות ביותר לגילוי רדיקלי בנוזל. עם זאת, מינים רבים רדיקליים לא יכולים להיות מזוהים על ידי EPR בשל זמן החיים הקצר שלהם. במקרים אלה, השמנת ספין משמשת לעתים קרובות. ספין השמנה טכניקה מעורבת (מלכודת ספין) מתחם ש&quot;שich במהירות ובאופן סלקטיבי מגיב עם הרדיקלי להניב adduct הרדיקלי מתמשך יותר (למשל, DMPO מגיב עם רדיקלי הידרוקסיל, ויצרו adduct DMPO-OH). האתגרים הנפוצים מחקרי אינטראקצית פלזמה נוזלית הם חוסר היכולת לשלוט על אווירת הסביבה ברחבי שפכי הפלזמה וגורמי מפריעים אחרים (שדות חיצוניים, חלקי אספקת חשמל רגיש לסביבה, וכו &#39;). הנה, אנחנו מדגימים את שימוש התקנה הכולל מקרה רשת מתכת המכיל פלזמה פעלה כור בתוך הבית בנוי סביב נחיר סילון פלזמה. רשת המתכת משמשת כלוב פאראדיי, המאפשר שחזור שיפור משמעותי וכושר תפעולו הכללי של סילון הפלזמה. כור הזכוכית מתמצת הוא סילון פלזמת המדגם הנוזלי, למעט האווירה שמסביב מהמערכת. שיטה זו יכולה להיות מועסקת על כל מטוס פלזמה בלחץ אטמוספרי במגע עם פתרונות נזילים.לדוגמא, אנו לאחרונה הצגנו חקירה של מקור מיני החמצן תגובתי זוהו מדגם מימי חשופי פלזמה. מים שכותרתו isotopically שמשו להבחין בין המינים נוצרו נוזלי הגז בשלב של פתרון מערכת סילון נוזל פלזמת 15.

<table><tbody><tr><td>Plasma Resonant and Dielectric Barrier Corona Driver power supply&amp;nbsp;</td><td>Information Unlimited</td><td></td><td>PVM500&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Mass flow controller (MFC)</td><td>Brooks Instruments&amp;nbsp;</td><td></td><td>2 slm (He calib.)</td></tr><tr><td>MFC</td><td>Brooks Instruments&amp;nbsp;</td><td></td><td>5 slm (He calib.)</td></tr><tr><td>Microcomputer controller for MFCs</td><td>Brooks Instruments&amp;nbsp;</td><td></td><td>0254</td></tr><tr><td>H&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;&lt;sup&gt;17&lt;/sup&gt;O</td><td>Icon Isotopes</td><td>IO 6245</td><td></td></tr><tr><td>5,5-dimethyl-1-pyrroline &lt;em&gt;N&lt;/em&gt;-oxide</td><td>Dojindo Molecular Technologies, Inc.&amp;nbsp;</td><td>D048-10</td><td>&amp;ge;99%</td></tr><tr><td>2,2,6,6-tetramethylpiperidine 1-oxyl&amp;nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>214000</td><td>98%</td></tr><tr><td>Helium</td><td>BOC UK</td><td>110745-V</td><td>99.996%</td></tr><tr><td>High voltage probe</td><td>Tektronix&amp;nbsp;</td><td></td><td>P6015A</td></tr><tr><td>Current probe</td><td>Ion Physics Corporation&amp;nbsp;</td><td></td><td>CM-100-L</td></tr><tr><td>Oscilloscope</td><td>Teledyne LeCroy</td><td></td><td>WaveJet 354A&amp;nbsp;</td></tr></tbody></table>

an atmospheric pressure plasma setup to investigate the reactive species formation

פלזמות ללא תרמית בלחץ אטמוספרי ( &quot;קרות&quot;) זכו לתשומת לב מוגברת בשנים האחרונות בשל הפוטנציאל ביו המשמעותי שלהם. התגובות של פלזמה קרה עם האווירה שמסביב להניב מגוון של מינים תגובתי, אשר יכולה להגדיר את יעילותו. בעוד פיתוח יעיל של טיפול פלזמה קר מצריך מודלים קינטית, בהשוואות מודל צריכים נתונים אמפיריים. מחקרים ניסיוניים של מקור מינים תגובתי זוהו בתמיסות מימיות חשופות פלזמה עדיין נדירים. פלזמת ביו לעתים קרובות מופעלת עם הוא או גז להאכיל Ar, לבין אינטרס ספציפי טמון החקירה של המינים תגובתי שנוצרו על ידי פלזמה עם מוספי גז שונים (O 2, N 2, אוויר, H 2 O אדי, וכו &#39;) חקירות כאלה הן מורכב מאוד בשל קשיים בשליטה על אווירת הסביבה במגע עם קולחי הפלזמה. בעבודה זו, התייחסו בעיות נפוצות של מתח &#39;גבוה&#39;תדירות kHz מונעת סילון פלזמת מחקרים ניסיוניים. כור פותחה המאפשר הדרת האווירה הסביבה ממערכת פלזמה נוזלי. המערכת ובכך היוותה את הגז להאכיל עם מוספים ואת מרכיבי המדגם הנוזלי. באווירה מבוקרת זו אפשרה את חקירת מקור מיני חמצן תגובתי המושרית בתמיסות מימיות ידי פלזמה אדי הוא מים. השימוש במי isotopically שכותרתו מותר הבחנה בין המינים שמקורם בשלב הגז ואלה יצרו בנוזל. ציוד הפלזמה כלול בתוך כלוב פאראדיי לחסל השפעה אפשרית של כל שדה חיצוני. ההתקנה היא צדדית והוא יכול לסייע נוסף להבנת כימית אינטראקציות פלזמת נוזל הקרה.

בשיטה והציוד שתואר לעיל, אנו חקרנו את מקורו של מיני החמצן תגובתי במערכת LTP במגע עם מים. תדירות הפעלת הפלזמה והמתח היו 25 קילוהרץ ו -18 קילו וולט (שיא-לשיא), בהתאמה (איור 1). לדוגמא, המקור הרדיקלי הידרוקסיל נקבע באמצעות המים שכותרתו isotopically. זה אפשר להבחין בין מולקולות מים בתוך הגז להאכיל מאלה במדגם הנוזלי. בשביל זה, H 2 O 16 הוצג בשנת גז ההזנה (כמו אד). מדגם נוזלי של H 2 O 17 עם DMPO מלכודת ספין המומס הוצב מיכל מדגם. הכור מראש סמוק למשך 30 שניות עם הגז להאכיל. חשוב לציין, במקרה זה כבר מראש שטיפת זמן עלולה לגרום כמות משמעותית של H 2 O 16 נמסר נוזל H <s<html> UB&gt; 2 17 O מדגם. לאחר מכן, הפלזמה הוצתה ואת המדגם נחשף השפכים במשך 60 שניות. הפתרון לאחר החשיפה נותח על ידי EPR. שני adducts הרדיקלי DMPO-OH (DMPO- 17 OH ו DMPO- 16 OH) אותרו (איור 2). היחס בין adducts נוצר נקבע באמצעות ניתוח נוסף של הנתונים EPR. ניתוח MS של רכב השלב הנוזלי הראה היחס של H 2 O 16 (מתפזר לתוך הנוזל משלב הגז) כדי H 2 O 17 (טבלה 1). ההשוואה של שתיים הציעה כי רדיקלים הידרוקסיל זוהו בנוזל היו, למעשה, שמקורם בשלב הגז, ולא בנוזל. ניתן לבצע מחקרים דומים על ידי שימוש במערכות אחרות, כגון מערכת D 2 O / H 2 O כדי לזהות את מקור H • (• ד) 15 הרדיקלי. her.within-page = &quot;1&quot;&gt; <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/54765/54765fig1.jpg" /> הגדרה באיור 1. המשמשת חקירת המקור של מיני חמצן תגובתי. הפלזמה נוצרה בתוך שפופרת זכוכית קוורץ (4 מ&quot;מ קוטר פנימי, 1 מ&quot;מ עובי דופן) עם הגז להאכיל הליום. את זרימת הגז להאכיל הייתה 2 SLM. גז ההזנה הכלול H 2 O אדי הציג כאמור לעיל. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54765/54765fig1large.jpg" target="_blank">נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/54765/54765fig2.jpg" /> איור 2. ספקטרום EPR של תערובת של DMPO-H, DMPO- 16 OH ו -17 DMPO- adducts הרדיקלי OH המושרה הפתרון של DMPO ב H 2 17 </sup&gt; O חשוף פלזמה. הניתוח בוצע באמצעות תוכנת סימולצית ספקטרום באמצעות ערכי hyperfine הזמינים בספרות 16. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54765/54765fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="שולחן 1" src="/files/ftp_upload/54765/54765tbl1.jpg" /> ריכוז בטבלה 1. של OH DMPO- 16 ו DMPO- 17 adducts הרדיקלי OH וכמות H 2 O 16 בנוזל H 2 O 17 מדגם לאחר חשיפת הפלזמה. הכמויות המוחלטות של ריכוזי adducts התקבלו באמצעות כיול EPR עם 2 הרדיקליים היציבים,2,6,6-Tetramethylpiperidine 1-oxyl (טמפו). במקרה של לא אדי מים הוסיפו (1 entry), לחות שיורית נכחה גז ההזנה. הכמויות היחסיות של H 2 O 17 ו- H 2 O 16 במדגם הנוזלי נקבעו באמצעות תגובת הידרוליזה של כלוריד cinnamoyl מניבה תערובת 16 O- ו -17 חומצות O-cinnamic על תגובה עם פתרון החשיפה שלאחר הפלזמה. התערובת המתקבלת נותחה על ידי ספקטרומטריית מסה ברזולוציה גבוהה כמתוארת במקום אחר 15.

Watch this Scientific Journal Video about An Atmospheric Pressure Plasma Setup to Investigate the Reactive Species Formation at JoVE.com

An Atmospheric Pressure Plasma Setup to Investigate the Reactive Species Formation

An experimental setup was created for the helium-operated kHz frequency plasma jet. The setup includes a cage for the plasma power supply and jet and an in-house built reactor to monitor plasma-induced reactive species without the interference of the ambient atmosphere.

התקנת פלזמת לחץ אטמוספרה לחקר היווצרות המינים הריאקטיבי

Non-thermal atmospheric pressure (&#39;cold&#39;) plasmas have received increased attention in recent years due to their significant biomedical potential. ...

an-atmospheric-pressure-plasma-setup-to-investigate-reactive-species

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Organic Chemistry

Engineering

Unit 1

Radical Chemistry

SCIENTISTS IN ACTION

9.8K Views.  University of York. An experimental setup was created for the helium-operated kHz frequency plasma jet. The setup includes a cage for the plasma power supply and jet and an in-house built reactor to monitor plasma-induced reactive species without the interference of the ambient atmosphere. 

Video: An Atmospheric Pressure Plasma Setup to Investigate the Reactive Species Formation

Investigation of Early Plasma Evolution Induced by Ultrashort Laser Pulses

Early plasma is generated owing to high intensity laser irradiation of target and the subsequent target material ionization. Its dynamics plays a significant role in laser-material interaction, especially in the air environment1-11.
Early plasma evolution has been captured through pump-probe shadowgraphy1-3 and interferometry1,4-7. However, the studied time frames and applied laser parameter ranges are limited. For example, direct examinations of plasma front locations and electron number densities within a delay time of 100 picosecond (ps) with respect to the laser pulse peak are still very few, especially for the ultrashort pulse of a duration around 100 femtosecond (fs) and a low power density around 1014 W/cm2. Early plasma generated under these conditions has only been captured recently with high temporal and spatial resolutions12. The detailed setup strategy and procedures of this high precision measurement will be illustrated in this paper. The rationale of the measurement is optical pump-probe shadowgraphy: one ultrashort laser pulse is split to a pump pulse and a probe pulse, while the delay time between them can be adjusted by changing their beam path lengths. The pump pulse ablates the target and generates the early plasma, and the probe pulse propagates through the plasma region and detects the non-uniformity of electron number density. In addition, animations are generated using the calculated results from the simulation model of Ref. 12 to illustrate the plasma formation and evolution with a very high resolution (0.04 ~ 1 ps).
Both the experimental method and the simulation method can be applied to a broad range of time frames and laser parameters. These methods can be used to examine the early plasma generated not only from metals, but also from semiconductors and insulators.

An experimental method to examine the early plasma evolution induced by ultrashort laser pulses is described. Using this method, high quality images of early plasma are obtained with high temporal and spatial resolutions. A novel integrated atomistic model is used to simulate and explain the mechanisms of early plasma.

חקירת Evolution פלזמה מוקדם בהשפעת לייזר UltraShort קטניות

Early plasma is generated owing to high intensity laser irradiation of target and the subsequent target material ionization. Its dynamics plays a ...

How to Ignite an Atmospheric Pressure Microwave Plasma Torch without Any Additional Igniters

This movie shows how an atmospheric pressure plasma torch can be ignited by microwave power with no additional igniters. After ignition of the plasma, a stable and continuous operation of the plasma is possible and the plasma torch can be used for many different applications. On one hand, the hot (3,600 K gas temperature) plasma can be used for chemical processes and on the other hand the cold afterglow (temperatures down to almost RT) can be applied for surface processes. For example chemical syntheses are interesting volume processes. Here the microwave plasma torch can be used for the decomposition of waste gases which are harmful and contribute to the global warming but are needed as etching gases in growing industry sectors like the semiconductor branch. Another application is the dissociation of CO2. Surplus electrical energy from renewable energy sources can be used to dissociate CO2 to CO and O2. The CO can be further processed to gaseous or liquid higher hydrocarbons thereby providing chemical storage of the energy, synthetic fuels or platform chemicals for the chemical industry. Applications of the afterglow of the plasma torch are the treatment of surfaces to increase the adhesion of lacquer, glue or paint, and the sterilization or decontamination of different kind of surfaces. The movie will explain how to ignite the plasma solely by microwave power without any additional igniters, e.g., electric sparks. The microwave plasma torch is based on a combination of two resonators &#8212; a coaxial one which provides the ignition of the plasma and a cylindrical one which guarantees a continuous and stable operation of the plasma after ignition. The plasma can be operated in a long microwave transparent tube for volume processes or shaped by orifices for surface treatment purposes.

This movie shows how an atmospheric plasma torch can be ignited by microwaves with no additional igniters and provides a stable and continuous plasma operation suitable for plenty of applications.

כיצד להצית לחץ האטמוספרה מיקרוגל פלזמה לפיד ללא כל igniters נוסף

This movie shows how an atmospheric pressure plasma torch can be ignited by microwave power with no additional igniters. After ignition of the plasma, a ...

Basic Research in Plasma Medicine - A Throughput Approach from Liquids to Cells

In plasma medicine, ionized gases with temperatures close to that of vertebrate systems are applied to cells and tissues. Cold plasmas generate reactive species known to redox regulate biological processes in health and disease. Pre-clinical and clinical evidence points to beneficial effects of plasma treatment in the healing of chronic ulcer of the skin. Other emerging topics, such as plasma cancer treatment, are receiving increasing attention. Plasma medical research requires interdisciplinary expertise in physics, chemistry, and biomedicine. One goal of plasma research is to characterize plasma-treated cells in a variety of specific applications. This includes, for example, cell count and viability, cellular oxidation, mitochondrial activity, cytotoxicity and mode of cell death, cell cycle analysis, cell surface marker expression, and cytokine release. This study describes the essential equipment and workflows required for such research in plasma biomedicine. It describes the proper operation of an atmospheric pressure argon plasma jet, specifically monitoring its basic emission spectra and feed gas settings to modulate reactive species output. Using a high-precision xyz-table and computer software, the jet is hovered in millisecond-precision over the cavities of 96-well plates in micrometer-precision for maximal reproducibility. Downstream assays for liquid analysis of redox-active molecules are shown, and target cells are plasma-treated. Specifically, melanoma cells are analyzed in an efficient sequence of different consecutive assays but using the same cells: measurement of metabolic activity, total cell area, and surface marker expression of calreticulin, a molecule important for the immunogenic cell death of cancer cells. These assays retrieve content-rich biological information about plasma effects from a single plate. Altogether, this study describes the essential steps and protocols for plasma medical research.

A high-throughput cold physical plasma treatment protocol of liquids and cells is shown. It involves setting up different feed gas compositions for plasma ignition, measuring the plasma&#39;s emission spectra, and the subsequent analysis of liquids and cellular activity after plasma treatment.

מחקר בסיסי ברפואה פלזמה - הגישה של תפוקה של נוזלים תאים

In plasma medicine, ionized gases with temperatures close to that of vertebrate systems are applied to cells and tissues. Cold plasmas generate reactive ...

Environment

Experimental Methods of Dust Charging and Mobilization on Surfaces with Exposure to Ultraviolet Radiation or Plasmas

Electrostatic dust transport has been hypothesized to explain a number of observations of unusual planetary phenomena. Here, it is demonstrated using three recently developed experiments in which dust particles are exposed to thermal plasma with beam electrons, beam electrons only, or ultraviolet (UV) radiation only. The UV light source has a narrow bandwidth in wavelength centered at 172 nm. The beam electrons with the energy of 120 eV are created with a negatively biased hot filament. When the vacuum chamber is filled with the argon gas, a thermal plasma is created in addition to the electron beam. Insulating dust particles of a few tens of microns in diameter are used in the experiments. Dust particles are recorded to be lofted to a height up to a few centimeters with a launch speed up to 1 m/s. These experiments demonstrate that photo and/or secondary electron emission from a dusty surface changes the charging mechanism of dust particles. According to the recently developed &#34;patched charge model&#34;, the emitted electrons can be re-absorbed inside microcavities between neighboring dust particles below the surface, causing the accumulation of enhanced negative charges on the surrounding dust particles. The repulsive forces between these negatively charged particles may be large enough to mobilize and lift them off the surface. These experiments present the advanced understanding of dust charging and transport on dusty surfaces, and laid a foundation for future investigations of its role in the surface evolution of airless planetary bodies.

Dust charging and mobilization is demonstrated in three experiments with exposure to thermal plasma with beam electrons, beam electrons only, or ultraviolet (UV) radiation only. These experiments present the advanced understanding of electrostatic dust transport and its role in shaping the surfaces of airless planetary bodies.

שיטות נסיוניות של אבק טעינה והתגייסות על משטחים עם חשיפה לקרינה אולטרה סגולה או פלזמות

Electrostatic dust transport has been hypothesized to explain a number of observations of unusual planetary phenomena. Here, it is demonstrated using ...

Emission Spectroscopic Boundary Layer Investigation during Ablative Material Testing in Plasmatron

Ablative Thermal Protection Systems (TPS) allowed the first humans to safely return to Earth from the moon and are still considered as the only solution for future high-speed reentry missions. But despite the advancements made since Apollo, heat flux prediction remains an imperfect science and engineers resort to safety factors to determine the TPS thickness. This goes at the expense of embarked payload, hampering, for example, sample return missions. 
Ground testing in plasma wind-tunnels is currently the only affordable possibility for both material qualification and validation of material response codes. The subsonic 1.2MW Inductively Coupled Plasmatron facility at the von Karman Institute for Fluid Dynamics is able to reproduce a wide range of reentry environments. This protocol describes a procedure for the study of the gas/surface interaction on ablative materials in high enthalpy flows and presents sample results of a non-pyrolyzing, ablating carbon fiber precursor. With this publication, the authors envisage the definition of a standard procedure, facilitating comparison with other laboratories and contributing to ongoing efforts to improve heat shield reliability and reduce design uncertainties.
The described core techniques are non-intrusive methods to track the material recession with a high-speed camera along with the chemistry in the reactive boundary layer, probed by emission spectroscopy. Although optical emission spectroscopy is limited to line-of-sight measurements and is further constrained to electronically excited atoms and molecules, its simplicity and broad applicability still make it the technique of choice for analysis of the reactive boundary layer. Recession of the ablating sample further requires that the distance of the measurement location with respect to the surface is known at all times during the experiment. Calibration of the optical system of the applied three spectrometers allowed quantitative comparison. At the fiber scale, results from a post-test microscopy analysis are presented.

Development of new ablative materials and their numerical modeling requires extensive experimental investigation. This protocol describes procedures for material response characterization in plasma flows with the core techniques being non-intrusive methods to track the material recession along with the chemistry in the reactive boundary layer by emission spectroscopy.

חקירת Layer פליטה ספקטרליים Boundary במהלך פולשני חומר בדיקה ב Plasmatron

Ablative Thermal Protection Systems (TPS) allowed the first humans to safely return to Earth from the moon and are still considered as the only solution ...

Non-equilibrium Microwave Plasma for Efficient High Temperature Chemistry

A flowing microwave plasma based methodology for converting electric energy into internal and/or translational modes of stable molecules with the purpose of efficiently driving non-equilibrium chemistry is discussed. The advantage of a flowing plasma reactor is that continuous chemical processes can be driven with the flexibility of startup times in the seconds timescale. The plasma approach is generically suitable for conversion/activation of stable molecules such as CO2, N2 and CH4. Here the reduction of CO2 to CO is used as a model system: the complementary diagnostics illustrate how a baseline thermodynamic equilibrium conversion can be exceeded by the intrinsic non-equilibrium from high vibrational excitation. Laser (Rayleigh) scattering is used to measure the reactor temperature and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) to characterize in situ internal (vibrational) excitation as well as the effluent composition to monitor conversion and selectivity.

This article describes a flowing microwave reactor that is used to drive efficient non-equilibrium chemistry for the application of conversion/activation of stable molecules such as CO2, N2 and CH4. The goal of the procedure described here is to measure the in situ gas temperature and gas conversion.

פלזמה מיקרוגל לא שיווי משקל עבור כימיה יעילה טמפרטורה גבוהה

A flowing microwave plasma based methodology for converting electric energy into internal and/or translational modes of stable molecules with the purpose ...

Chemistry

Total Internal Reflection Absorption Spectroscopy (TIRAS) for the Detection of Solvated Electrons at a Plasma-liquid Interface

The total internal reflection absorption spectroscopy (TIRAS) method presented in this article uses an inexpensive diode laser to detect solvated electrons produced by a low-temperature plasma in contact with an aqueous solution. Solvated electrons are powerful reducing agents, and it has been postulated that they play an important role in the interfacial chemistry between a gaseous plasma or discharge and a conductive liquid. However, due to the high local concentrations of reactive species at the interface, they have a short average lifetime (~1 &#181;s), which makes them extremely difficult to detect. The TIRAS technique uses a unique total internal reflection geometry combined with amplitude-modulated lock-in amplification to distinguish solvated electrons&#39; absorbance signal from other spurious noise sources. This enables the in situ detection of short-lived intermediates in the interfacial region, as opposed to the bulk measurement of stable products in the solution. This approach is especially attractive for the field of plasma electrochemistry, where much of the important chemistry is driven by short-lived free radicals. This experimental method has been used to analyze the reduction of nitrite (NO2-(aq)), nitrate (NO3-(aq)), hydrogen peroxide (H2O2(aq)), and dissolved carbon dioxide (CO2(aq)) by plasma-solvated electrons and deduce effective rate constants. Limitations of the method may arise in the presence of unintended parallel reactions, such as air contamination in the plasma, and absorbance measurements may also be hindered by the precipitation of reduced electrochemical products. Overall, the TIRAS method can be a powerful tool for studying the plasma-liquid interface, but its effectiveness depends on the particular system and reaction chemistry under study.

Total Internal Reflection Absorption Spectroscopy TIRAS for the Detection of Solvated Electrons at a Plasma-liquid Interface

This article presents a total internal reflection absorption spectroscopy (TIRAS) method for measuring short-lived free radicals at a plasma-liquid interface. In particular, TIRAS is used to identify solvated electrons based on their optical absorbance of red light near 700 nm.

ספקטרוסקופיית בליעה גמורה (TIRAS) עבור זיהוי Solvated אלקטרונים על ממשק פלזמה-נוזל

The total internal reflection absorption spectroscopy (TIRAS) method presented in this article uses an inexpensive diode laser to detect solvated ...

Combustion Chemistry of Fuels: Quantitative Speciation Data Obtained from an Atmospheric High-temperature Flow Reactor with Coupled Molecular-beam Mass Spectrometer

This manuscript describes a high-temperature flow reactor experiment coupled to the powerful molecular beam mass spectrometry (MBMS) technique. This flexible tool offers a detailed observation of chemical gas-phase kinetics in reacting flows under well-controlled conditions. The vast range of operating conditions available in a laminar flow reactor enables access to extraordinary combustion applications that are typically not achievable by flame experiments. These include rich conditions at high temperatures relevant for gasification processes, the peroxy chemistry governing the low temperature oxidation regime or investigations of complex technical fuels. The presented setup allows measurements of quantitative speciation data for reaction model validation of combustion, gasification and pyrolysis processes, while enabling a systematic general understanding of the reaction chemistry. Validation of kinetic reaction models is generally performed by investigating combustion processes of pure compounds. The flow reactor has been enhanced to be suitable for technical fuels (e.g. multi-component mixtures like Jet A-1) to allow for phenomenological analysis of occurring combustion intermediates like soot precursors or pollutants. The controlled and comparable boundary conditions provided by the experimental design allow for predictions of pollutant formation tendencies. Cold reactants are fed premixed into the reactor that are highly diluted (in around 99 vol% in Ar) in order to suppress self-sustaining combustion reactions. The laminar flowing reactant mixture passes through a known temperature field, while the gas composition is determined at the reactors exhaust as a function of the oven temperature. The flow reactor is operated at atmospheric pressures with temperatures up to 1,800 K. The measurements themselves are performed by decreasing the temperature monotonically at a rate of -200 K/h. With the sensitive MBMS technique, detailed speciation data is acquired and quantified for almost all chemical species in the reactive process, including radical species.

An investigation of the oxidative combustion chemistry of novel biofuels, fuel components, or jet fuels by comparison of quantitative speciation data is presented. The data can be used for kinetic model validation and enables fuel assessment strategies.This manuscript describes the atmospheric high-temperature flow reactor and demonstrates its capabilities.

כימיה בעירה של דלקים: נתונים כמותיים היווצרות המינים המתקבל של הכור אטמוספרי בטמפרטורות גבוהות לזרום עם מצמידים ספקטרומטר מסה מולקולרית-קרן אור

This manuscript describes a high-temperature flow reactor experiment coupled to the powerful molecular beam mass spectrometry (MBMS) technique. This ...

Treating Surfaces with a Cold Atmospheric Pressure Plasma using the COST-Jet

In recent years, non-thermal atmospheric pressure plasmas have been used extensively for surface treatments, in particular, due to their potential in biological applications. However, the scientific results often suffer from reproducibility problems due to unreliable plasma conditions as well as complex treatment procedures. To address this issue and provide a stable and reproducible plasma source, the COST-Jet reference source was developed.
In this work, we propose a detailed protocol to perform reliable and reproducible surface treatments using the COST reference microplasma jet (COST-Jet). Common issues and pitfalls are discussed, as well as the peculiarities of the COST-Jet compared to other devices and its advantageous remote character. A detailed description of both solid and liquid surface treatment is provided. The described methods are versatile and can be adapted for other types of atmospheric pressure plasma devices.

This protocol is presented to characterize the setup, handling, and application of the COST-Jet for the treatment of diverse surfaces such as solids and liquids.

טיפול במשטחים עם פלזמת לחץ אטמוספרי קר באמצעות עלות סילון

In recent years, non-thermal atmospheric pressure plasmas have been used extensively for surface treatments, in particular, due to their potential in ...

Building Langmuir Probes and Emissive Probes for Plasma Potential Measurements in Low Pressure, Low Temperature Plasmas

Langmuir probes have long been used in experimental plasma physics research as the primary diagnostic for particle fluxes (i.e., electron and ion fluxes) and their local spatial concentrations, for electron temperatures, and for electrostatic plasma potential measurements, since its invention by Langmuir in the early 1920s. Emissive probes are used for measuring plasma potentials. The protocols exhibited in this work serve to demonstrate how these probes may be built for use in a vacuum chamber in which a plasma discharge may be confined and sustained. This involves vacuum techniques for building what is essentially an electrical feedthrough, one that is rotatable and translatable. Certainly, complete Langmuir probe systems may be purchased, but they can also be built by the user at considerable cost savings, and at the same time be more directly adapted to their use in a particular experiment. We describe the use of Langmuir probes and emissive probes in mapping the electrostatic plasma potential from the body of the plasma up to the sheath region of a plasma boundary, which in these experiments&#160;is created by a negatively biased electrode immersed within the plasma, in order to compare the two diagnostic techniques and assess their relative advantages and weaknesses. Although Langmuir probes have the advantage of measuring the plasma density and electron temperature most accurately, emissive probes can measure electrostatic plasma potentials more accurately throughout the plasma, up to and including the sheath region.

The main goal of this work is to make it easier for research groups unfamiliar with Langmuir probes and emissive probes to use them as plasma diagnostics, especially near plasma boundaries. We do this by demonstrating how to build the probes from readily available materials and supplies.

בניית גשושיות Langmuir ו- Emissive Probes למדידות פוטנציאליות פלזמה בפלזמה בלחץ נמוך, פלזמה בטמפרטורה נמוכה

Langmuir probes have long been used in experimental plasma physics research as the primary diagnostic for particle fluxes (i.e., electron and ion fluxes) ...