Name: an atmospheric pressure plasma setup to investigate the reactive species formation
Uploaded: 2016-11-03T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 36 s
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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. schermi al plasma Setup <ol><li> Posizionare tutte le parti dell&#39;ambiente elettrica all&#39;interno della gabbia: alimentazione, tensione / misuratore di corrente, cavo di alimentazione, gli elettrodi al plasma, getto di plasma, etc. </li><li> Assicurarsi che lo spazio all&#39;interno della gabbia è sufficiente in modo che l&#39;elettrodo vivo, l&#39;elettrodo di massa e relativi cavi non sono in contatto tra di loro o rete metallica. </li><li> Dotare la gabbia con un interblocco collegato al generatore al plasma per evitare il rischio di folgorazione dall&#39;elettrodo alta tensione durante l&#39;operazione di plasma. </li><li> Posizionare i controlli di tensione e frequenza sulla superficie esterna della gabbia per consentire il cambio dei parametri senza interrompere il funzionamento del plasma. </li><li> A terra tutte le supporti metallici all&#39;interno della gabbia della maglia e la stessa gabbia da loro cablaggio ad una presa di terra di legame. </li></ol> 2. Parametri di scarico <ol><li> Posizionare l&#39;elettrodo vive al di sotto l&#39;elettrodo di massa on il tubo di vetro (cioè, più vicino all&#39;ugello tubo). </li><li> Collegare la sonda di tensione al generatore al plasma per misurare la tensione di funzionamento, e passare l&#39;elettrodo di massa attraverso la sonda di corrente circolare per monitorare la corrente di ritorno. </li><li> Collegare sia la tensione e la sonda di corrente ad un oscilloscopio, monitorare la corrente, la tensione e la frequenza di funzionamento del plasma (determinata da una corrente o la sonda di tensione). </li><li> Impostare il flusso di gas attraverso il tubo di vetro di 2 slm usando i controllori di flusso di massa (MFC). </li><li> Accendere il plasma in un tubo di vetro con elio gas di alimentazione che lo attraversa accendendo generatore al plasma. Usando le letture di sonde, impostare la tensione e la frequenza della scarica a 18 kV e 25 kHz, rispettivamente. NOTA: variazioni dei parametri vengono eseguite per determinare la tensione minima e la frequenza alla quale la scarica si verifica con il più alto contenuto molecolare di tutti gli esperimenti. the aumento del contenuto molecolare richiede una maggiore tensione per il plasma per essere incendiato. Si noti che le tensioni elevate possono provocare significativo aumento della temperatura del gas di plasma, determinando in tal modo una maggiore evaporazione del campione liquido. </li><li> Mantenere la tensione costante in tutti gli esperimenti. </li></ol> 3. L&#39;introduzione di Additivi per il gas di alimentazione <ol><li> Collegare il secondo MFC alla principale tubo gas di alimentazione mediante un connettore a T. </li><li> Per aggiungere il vapore acqueo al gas di alimentazione, dirigere un flusso MFC-regolato di elio attraverso un pallone Drechsel riempita con acqua e posizionato all&#39;esterno (in alto o laterale) della gabbia mesh. </li><li> Ottenere un livello desiderato di saturazione dividendo il flusso del gas di alimentazione. Diretto 10% del flusso di gas (200 sccm) attraverso la muffola Drechsel con acqua (H 2 O 16) per ottenere una saturazione del 10% del gas di alimentazione. </li><li> Uso del connettore a T, combinare questo gas completamente vapor saturo d&#39;acqua con il 90% (1.800 sccm) delflusso di gas secco. </li></ol> 4. Il reattore <ol><li> Preparare un reattore di vetro costituito da due parti, superiore ed inferiore. Dotare la parte inferiore del tubo di scarico con una. </li><li> Posizionare il reattore di vetro in corrispondenza dell&#39;ugello del getto di plasma. </li><li> Inserire l&#39;ugello a getto di plasma in un anello di gomma all&#39;interno della apertura nella parte superiore del reattore. </li><li> Preparare il contenitore costituito da un serbatoio bene come contro sopra un supporto. Rendere sia il supporto e il pozzo da un materiale dielettrico (ad esempio, vetro, vetro di quarzo). </li><li> Posizionare il contenitore del campione all&#39;interno del reattore in modo che sia esposto al plasma effluente dall&#39;ugello del getto. </li><li> Mettere un liquido H 2 17 O campione all&#39;interno del contenitore del campione. Per la rilevazione dei radicali idrossilici, utilizzare una soluzione di 5,5-dimetil-1-pyrroline- N -oxide (DMPO) trap centrifuga (vedi 5.1). NOTA: La scelta della trappola rotazione così come la scelta del campione liquido comcomponenti dipende dalla specie specifici indagati. Ad esempio, la fonte del • radicale OH è studiata usando H 2 16 O / H 2 O 17 e DMPO spin trap. La fonte di • H radicale richiede l&#39;uso di un H 2 O / D 2 O (gas e liquidi). N -tert-Butyl-α-phenylnitrone (PBN) dovrebbe essere utilizzato per il rilevamento del • H radicale. Nel caso di He plasma con H 2 O vapore, è stato dimostrato principalmente per intrappolare l&#39;idrogeno radicale, mentre DMPO formata principalmente DMPO-OH addotto 15. </li><li> Collegare le due parti del reattore tramite il contatto di superfici in vetro smerigliato. </li></ol> 5. Spin trapping di specie radicaliche <ol><li> Preparare le soluzioni della trappola rotazione prescelto con la concentrazione desiderata. Per le soluzioni acquose, usare acqua deionizzata. Per trappole nitrone di spin (come DMPO), utilizzare una concentrazione di 100 mm. </li><li> Pre-lavare il reattore con il gas di alimentazione (2 slm) per 30 sec. </li><li> Ignite plasma (vedi 2.5) ed esporre il campione liquido al plasma effluente per un determinato periodo di tempo (ad esempio, 60 sec). </li><li> Dopo un tempo di esposizione necessario, spegnere l&#39;alimentazione al plasma e aprire il reattore. Rimuovere il contenitore del campione dal reattore. </li><li> Raccogliere il campione e analizzarlo utilizzando la spettroscopia di risonanza paramagnetica elettronica (EPR) 15. </li></ol>

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The authors have nothing to disclose.

Qui, dimostriamo l&#39;uso di un setup plasma a pressione atmosferica costruito in-house. La gabbia di rete metallica aiuta a raggiungere condizioni di plasma riproducibili con interferenza minimizzata da campi esterni, allo stesso tempo proteggere apparecchiature adiacenti sensibili da possibili interferenze e / o danni da tutti i campi di plasma-indotta. La schermatura (ingabbiamento) della configurazione dipende dal tipo di plasma operato e le sue caratteristiche elettriche. Lo scopo è quello di garantire l&#39;assenza di interferenze esterne sul funzionamento del plasma ed evitare i campi plasma interferire con le apparecchiature circostanti. In questo caso la dimensione delle maglie è 22 mm, tuttavia, ridotta dimensione può essere richiesta per diverse plasmi. I parametri di funzionamento di plasma sono stati controllati mediante una tensione e una sonda di corrente collegato ad un oscilloscopio. L&#39;introduzione della sonda ad alta tensione cambia significativamente l&#39;ambiente elettrico, e quindi la sonda deve diventare parte del sistema elettrico e da porreioned stesso modo durante tutti gli esperimenti. L&#39;uso del reattore di vetro incapsulare il campione ed il getto di plasma consente esclusione dell&#39;atmosfera ambiente spesso sconosciuti composizione dal sistema di reazione. Nei risultati presentati (vedi sopra), è stato utilizzato per determinare l&#39;origine delle specie reattive dell&#39;ossigeno plasma indotta nel campione acquoso esposto al plasma effluente. Tale esame è possibile se le molecole del liquido dell&#39;acqua e l&#39;acqua nel gas di alimentazione (vapore) possono essere differenziati. Per determinare se i radicali idrossilici sono formate in fase gas o dalle molecole di acqua liquida, isotopicamente acqua marcato è stato introdotto: H 2 O 17 come mezzo liquido, H 2 16 O vapore nel gas di alimentazione. Se un ipotetico esperimento è stato condotto in un&#39;atmosfera aperta, distinguendo tra le due fasi sarebbe stata ostacolata dalla presenza del vapore acqueo nell&#39;aria circostante. Unmetodo alternativo per minimizzare l&#39;influenza dell&#39;atmosfera circostante è stata dimostrata in letteratura, in cui la diffusione delle specie dall&#39;atmosfera nel plasma effluente è stato impedito utilizzando un gas di protezione 17. Il gas di protezione (N 2 o O 2) crea una cortina di gas con una composizione nota 18. Il reattore presentata in questo manoscritto è un modo semplice per rimuovere l&#39;influenza delle componenti dell&#39;aria ambiente (come il vapore acqueo), e può essere utilizzato con diversi getti di plasma senza l&#39;introduzione del flusso di gas aggiuntivo. Simile al • radicale OH, la fonte del • H radicale può essere determinata impiegando un D 2 O / H 2 O sistema. Il conveniente D 2 O può anche essere introdotto nel gas di alimentazione come vapore come descritto sopra. La saturazione del gas con H 2 O vapore è stato determinato mediante pesatura del pallone Drechsel prima e dopo gorgogliamento del flusso di gas through esso. L&#39;umidità relativa (cioè, saturazione) del gas viene calcolato dalla quantità di acqua evaporata e il volume di gas attraversato. Si noti che in esperimenti prolungati, la temperatura del liquido nel pallone Drechsel può diminuire a causa dell&#39;evaporazione. L&#39;umidità relativa è calcolato per una temperatura specifica. I valori calcolati sono ulteriormente confrontati con quelli in letteratura 19 per determinare l&#39;umidità relativa del gas di alimentazione. Abbiamo empiricamente scoperto che un flusso fino a 2 slm di He attraverso un Drechsel pieno d&#39;acqua boccetta completamente satura il gas con vapore acqueo. Tuttavia, le portate elevate potrebbero non consentire un tempo di permanenza sufficiente del gas nel liquido per la piena saturazione. possono essere richieste altre tecniche di saturazione. Un altro compito impegnativo è garantire che l&#39;aria circostante è presente nel sistema. Il reattore viene pre-lavata con il gas di alimentazione per rimuovere l&#39;aria residua.Il tempo necessario per pre-lavaggio dipende dal volume del reattore e il flusso del gas di alimentazione. L&#39;assenza di esterna diffusione dell&#39;aria ambiente e trascinamento nel sistema come un sistema di plasma gas di alimentazione elio può essere testato utilizzando un • NO reazione radicalica trapping. L&#39;ossido di azoto generato da plasma di N 2 e O 2 molecole di aria può essere rilevato da EPR come un addotto radicale (MGD) 2 Fe 2+ complesso 20 (MGD = N-metil-D-glucammina ditiocarbammato). In caso di totale assenza di aria, il segnale EPR dell&#39;addotto non viene osservata. L&#39;assenza di molecole di acqua esterni nel reattore può essere dimostrato dalla seguente esperimento. Un campione di liquido D 2 O è esposto a secco plasma gas di alimentazione. L&#39;analisi NMR del campione post-esposizione rivela la quantità di H 2 O portato nel liquido durante l&#39;esposizione. Questo permette di stimare la quantità di H 2 O residua nel tubing utilizzato per il gas di alimentazione 15 nell&#39;esperimento. Il design contenitore del campione è fondamentale nel lavoro sperimentale. Inizialmente, abbiamo cercato usando tubi di plastica e vetro microcentrifuga. Insieme con flusso di gas relativamente elevati avanzamenti plasma, il piccolo diametro dell&#39;apertura non consente l&#39;aria circostante penetrare provetta. Tuttavia, questo ha molti svantaggi. Il plasma esposto arcuata e forte aumento della temperatura in prossimità dei bordi della provetta. La consegna della specie dalla fase gas nel liquido era anche significativamente meno efficiente a causa delle diverse dinamiche in fase gas e la zona bassa di superficie (e grande volume) del campione liquido. Così, l&#39;area superficiale del campione liquido è cruciale per la consegna delle specie reattive dalla fase gassosa al campione liquido. Ciò è particolarmente importante per i radicali di breve durata. Il contenitore del campione di liquido deve essere progettato per consentire l&#39;espostoliquido di avere elevata area superficiale per la diffusione efficiente. Il campione deve anche avere bassa profondità di minimizzare le limitazioni convezione relativi del campione liquido. Si deve considerare che elevati flussi di gas e soprattutto con plasma acceso creare perturbazioni significative sulla superficie del campione liquido 21. Pertanto, il contenitore del campione ha una forma ben omogeneo con diametro e profondità necessaria per l&#39;esperimento specifico. L&#39;altezza del supporto su cui è posizionato il pozzo può essere regolata per esigenze sperimentali. La guaina di gomma attraverso il quale il getto di plasma viene inserito nel reattore permette di modificare l&#39;angolo di contatto dell&#39;effluente con il liquido. Il metodo proposto permette di indagine della fonte delle specie reattive (• OH, • H, etc.) indotta nel liquido da un campo parallelo getto di plasma kHz. Il metodo impiega un reattore di vetro che circonda il getto non è limitata alla desccondizioni ribed, e può essere utilizzato con altri plasma a pressione atmosferica. Il metodo permette introduzione di eventuali additivi per gas di alimentazione: vapore, O 2, N 2, ecc Tra gli altri vantaggi è la possibilità di effettuare misure ottiche al suo interno, anche se in questo vetro di quarzo qualità ottica caso deve essere utilizzato come reattore materiale. Il tubo di scarico nella parte inferiore del reattore permette di utilizzare il getto di plasma in qualsiasi laboratorio: lo scarico può essere collegato tramite tubi di plastica ad una cappa di aspirazione remota. Il concetto reattore è versatile e può essere utilizzato nella ricerca di diversi plasmi dove è richiesta atmosfera controllata. Ad esempio, la polimerizzazione di stirene è inibita dalla specie di ossigeno 22, ma può essere osservato nel reattore quando stirene liquido è esposto al plasma gas di alimentazione elio.

A bassa temperatura plasmi pressione atmosferica (LTPS) hanno attirato maggiore attenzione negli ultimi anni a causa della loro enorme potenziale per applicazioni biomediche 1-3. A contatto con l&#39;atmosfera ambiente, LTP reagisce con contenuto molecolare di aria (N 2, O 2, H 2 O di vapore), generando una varietà di specie di ossigeno e di azoto reattivi (Röns) 2,4. Tra questi sono specie relativamente stabili (come perossido di idrogeno, ozono, nitriti e nitrati anioni) e radicali altamente reattivi (• OH, • OOH / O 2 • -, • H, • NO, etc.). Queste specie, inizialmente generati in fase gassosa, sono ulteriormente consegnati dal plasma al substrato biologico 5. RONS interagisce con i substrati e quindi definire il antimicrobico, antitumorale e effetti antivirali di LTP 6-8. Lo sviluppo di terapie LTP richiede modellazione complessa delle reazioniRONS 9. L&#39;acqua è una parte essenziale del ambiente biologico, e le reazioni in fase acquosa aumenta la complessità del sistema drammaticamente. L&#39;indagine del plasma in fase gas è ampiamente eseguita utilizzando varie tecniche analitiche, tra spettroscopia ottica di emissione, fluorescenza indotta da laser, spettroscopia infrarossa, spettrometria di massa (MS), ecc 10-12. Allo stesso tempo, indagini dettagliate delle specie rilevate nella fase liquida sono ancora scarse. Rapporti disponibili descrivono l&#39;uso di vari metodi analitici come la spettroscopia UV e risonanza paramagnetica elettronica (EPR), citometria, ecc per la rilevazione di RONS in soluzioni acquose 13,14. EPR è uno dei metodi più diretti per il rilevamento radicale nel liquido. Tuttavia, molte specie radicali non possono essere rilevati da EPR causa del loro tempo breve vita. In questi casi, centrifuga trapping viene spesso utilizzato. Spin intrappolando una tecnica che coinvolge un composto (trappola spin) which rapidamente e selettivamente reagisce con il radicale per produrre un addotto radicale più persistente (ad esempio, DMPO reagisce con il radicale ossidrile, formando DMPO-OH addotto). I problemi comuni in studi di interazione plasma-liquido sono l&#39;incapacità di controllare l&#39;atmosfera ambiente attorno al plasma effluente e di altri fattori interferenti (campi esterni, parti di alimentazione-ambientali sensibili, ecc). Qui, dimostriamo l&#39;utilizzo di una configurazione che comprende un caso maglia metallica contenente il plasma gestito e un in-casa costruita reattore intorno al diffusore a getto di plasma. La rete metallica funge da gabbia di Faraday, permettendo migliorato significativamente la riproducibilità e l&#39;operabilità generale del getto di plasma. Il reattore di vetro racchiude sia il getto di plasma ed il campione liquido, escludendo l&#39;atmosfera circostante dal sistema. Questo metodo può essere impiegato per qualsiasi getto di plasma a pressione atmosferica in contatto con soluzioni liquide.Ad esempio, abbiamo recentemente presentato una ricerca della fonte delle specie reattive dell&#39;ossigeno identificati in un campione acquoso esposta a plasma. Isotopicamente acqua marcato è stato utilizzato per distinguere tra le specie formate nel liquido e in fase gas del plasma soluzione sistema jet-liquido 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

Pressione atmosferica ( &#39;freddo&#39;) plasmi non termici hanno ricevuto maggiore attenzione negli ultimi anni, a causa del loro significativo potenziale biomedico. Le reazioni di plasma freddo con l&#39;atmosfera circostante producono una varietà di specie reattive, che possono definire la sua efficacia. Mentre lo sviluppo efficace della terapia plasma freddo richiede modelli cinetici, modello di benchmarking ha bisogno di dati empirici. Studi sperimentali della fonte di specie reattive identificati in soluzioni acquose esposti al plasma sono ancora scarse. Plasma Biomedical è spesso gestita con Lui o gas di alimentazione Ar, e un interesse specifico risiede nella ricerca delle specie reattive generati da plasma con vari additivi gas (O 2, N 2, aria, H 2 O vapore, ecc) Tali indagini sono molto complessa a causa di difficoltà nel controllare l&#39;atmosfera ambiente in contatto con il plasma effluente. In questo lavoro, abbiamo affrontato i problemi più comuni di tensione &#39;alta&#39;kHz guidato getto di plasma studi sperimentali. Un reattore è stato sviluppato consente l&#39;esclusione di atmosfera ambiente dal sistema plasma-liquido. Il sistema così compreso il gas di alimentazione con additivi e le componenti del campione liquido. Questa atmosfera controllata ha permesso la ricerca della fonte delle specie reattive dell&#39;ossigeno indotte in soluzioni acquose da plasma vapor He-acqua. L&#39;uso di acqua marcati con isotopi permesso distinguere tra le specie originarie in fase gas e quelli formati nel liquido. L&#39;apparecchiatura plasma era contenuto all&#39;interno di una gabbia di Faraday per eliminare possibile influenza di qualsiasi campo esterno. La configurazione è versatile e può aiutare a comprendere ulteriormente il freddo al plasma-liquido interazioni chimica.

Utilizzando il metodo e apparecchiatura sopra descritta, abbiamo investigato l&#39;origine delle specie reattive dell&#39;ossigeno nel sistema LTP in contatto con l&#39;acqua. La frequenza operativa plasma e tensione erano 25 kHz e 18 kV (picco-picco), rispettivamente (Figura 1). Ad esempio, la fonte del radicale idrossile è stata determinata utilizzando l&#39;acqua marcati con isotopi. Ciò ha permesso distinguere tra le molecole d&#39;acqua nel gas di alimentazione da quelli del campione liquido. Per questo, H 2 O 16 è stato introdotto nel gas di alimentazione (come vapore). Un campione di liquido di H 2 O 17 con il disciolto spin trap DMPO è stata posizionata in un portacampioni. Il reattore è stato pre-lavata per 30 sec con il gas di alimentazione. È importante sottolineare che, in questo caso più pre-lavaggio tempo può causare una rilevante quantità di H 2 O 16 consegnato al liquido H <sub&gt; 2 17 O campione. Poi, il plasma è stato acceso e il campione è stato esposto al effluente per 60 sec. La soluzione post-esposizione è stata analizzata mediante EPR. Due DMPO-OH addotti radicali (DMPO- 17 OH e DMPO- 16 OH) sono stati rilevati (Figura 2). Il rapporto degli addotti formati stata determinata tramite un&#39;ulteriore analisi dei dati EPR. L&#39;analisi MS della composizione in fase liquida ha mostrato il rapporto H 2 O 16 (diffusa nel liquido dalla fase gassosa) per H 2 O 17 (Tabella 1). Il confronto dei due suggerito che i radicali idrossilici rilevati nel liquido erano, infatti, originari in fase gassosa, e non nel liquido. Studi simili possono essere eseguite utilizzando altri sistemi, ad esempio un sistema D 2 O / H 2 O per rilevare la fonte del • H (• D) radicale 15. Figura 1. Configurazione utilizzato per la ricerca della fonte di specie reattive dell&#39;ossigeno. Il plasma è stato generato in un tubo di vetro di quarzo (diametro interno 4 mm, 1 mm Spessore parete) con gas di alimentazione di elio. Il flusso di gas di alimentazione era 2 slm. L&#39;alimentazione del gas H 2 O contenute vapore introdotto come sopra indicato. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54765/54765fig1large.jpg" target="_blank">Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="figura 2" src="/files/ftp_upload/54765/54765fig2.jpg" /> Figura 2. Un spettro EPR della miscela di DMPO-H, DMPO- 16 OH e DMPO- 17 OH addotti radicali indotta nella soluzione di DMPO in H 2 17 </sup&gt; O esposta al plasma. L&#39;analisi è stata effettuata utilizzando il software di simulazione spettri utilizzando i valori iperfini disponibili in letteratura 16. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54765/54765fig2large.jpg" target="_blank">Si prega di cliccare qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Tabella 1" src="/files/ftp_upload/54765/54765tbl1.jpg" /> Tabella 1. Concentrazione del DMPO- 16 OH e DMPO- 17 OH addotti radicali e la quantità di H 2 O 16 nel liquido H 2 17 O campione dopo l&#39;esposizione al plasma. Le quantità assolute di concentrazioni addotti sono stati ottenuti utilizzando la taratura EPR con la scuderia radicale 2,2,6,6-tetrametilpiperidina 1-oxyl (TEMPO). In caso di mancata vapore acqueo aggiunto (voce 1), una umidità residua era presente nel gas di alimentazione. Le quantità relative di H 2 17 O e H 2 O 16 nel campione liquido sono stati determinati utilizzando una reazione di idrolisi del cloruro cinnamoil ottenendo una miscela di 16 e 17 O- acidi O-cinnamico per reazione con la soluzione di esposizione post-plasma. Il miscuglio risultante è stato analizzato mediante spettrometria di massa ad alta risoluzione come descritto altrove 15.

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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.

Una configurazione plasma a pressione atmosferica per Indagare sulla formazione reattiva Specie

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

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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. 

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Encapsulation and Permeability Characteristics of Plasma Polymerized Hollow Particles

In this protocol, core-shell nanostructures are synthesized by plasma enhanced chemical vapor deposition. We produce an amorphous barrier by plasma polymerization of isopropanol on various solid substrates, including silica and potassium chloride. This versatile technique is used to treat nanoparticles and nanopowders with sizes ranging from 37 nm to 1 micron, by depositing films whose thickness can be anywhere from 1 nm to upwards of 100 nm. Dissolution of the core allows us to study the rate of permeation through the film. In these experiments, we determine the diffusion coefficient of KCl through the barrier film by coating KCL nanocrystals and subsequently monitoring the ionic conductivity of the coated particles suspended in water. The primary interest in this process is the encapsulation and delayed release of solutes. The thickness of the shell is one of the independent variables by which we control the rate of release. It has a strong effect on the rate of release, which increases from a six-hour release (shell thickness is 20 nm) to a long-term release over 30 days (shell thickness is 95 nm). The release profile shows a characteristic behavior: a fast release (35% of the final materials) during the first five minutes after the beginning of the dissolution, and a slower release till all of the core materials come out.

We have used plasma enhanced chemical vapor deposition to deposit thin films ranging from a few nm to several 100 nm on nano-sized particles of various materials. We subsequently etch the core material to produce hollow nanoshells whose permeability is controlled by the thickness of the shell. We characterize the permeability of these coatings to small solutes and demonstrate that these barriers can provide sustained release of the core material over several days.

Caratteristiche di incapsulamento e di permeabilità di plasma particelle polimerizzate Hollow

In this protocol, core-shell nanostructures are synthesized by plasma enhanced chemical vapor deposition. We produce an amorphous barrier by plasma ...

Ricerca

Ingegneria

Synthesis and Microdiffraction at Extreme Pressures and Temperatures

High pressure compounds and polymorphs are investigated for a broad range of purposes such as determine structures and processes of deep planetary interiors, design materials with novel properties, understand the mechanical behavior of materials exposed to very high stresses as in explosions or impacts. Synthesis and structural analysis of materials at extreme conditions of pressure and temperature entails remarkable technical challenges. In the laser heated diamond anvil cell (LH-DAC), very high pressure is generated between the tips of two opposing diamond anvils forced against each other; focused infrared laser beams, shined through the diamonds, allow to reach very high temperatures on samples absorbing the laser radiation. When the LH-DAC is installed in a synchrotron beamline that provides extremely brilliant x-ray radiation, the structure of materials under extreme conditions can be probed in situ. LH-DAC samples, although very small, can show highly variable grain size, phase and chemical composition. In order to obtain the high resolution structural analysis and the most comprehensive characterization of a sample, we collect diffraction data in 2D grids and combine powder, single crystal and multigrain diffraction techniques. Representative results obtained in the synthesis of a new iron oxide, Fe4O5 1 will be shown.

The laser heated diamond anvil cell combined with synchrotron micro-diffraction techniques allows researchers to explore the nature and properties of new phases of matter at extreme pressure and temperature (PT) conditions. Heterogeneous samples can be characterized in situ under high pressure by 2D mapping and combined powder, single-crystal and multigrain diffraction approaches.

Sintesi e microdiffrazione a pressioni e temperature estreme

High pressure compounds and polymorphs are investigated for a broad range of purposes such as determine structures and processes of deep planetary ...

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.

Come Ignite una Pressione atmosferica Microonde torcia al plasma senza alcuna accenditori supplementari

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.

Ricerca di base in medicina al Plasma - un approccio di Throughput da liquidi a celle

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

Ambiente

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.

Metodi sperimentali di polvere carica e mobilitazione sulle superfici con l'esposizione a radiazione ultravioletta o plasmi

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.

Emissione spettroscopica Boundary Investigation strato durante ablativo 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 ...

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.

Plasma microonde non equilibrato per una chimica ad alta temperatura efficiente

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

Chimica

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.

Spettroscopia di assorbimento di riflessione interna totale (TIRAS) per la rilevazione degli elettroni solvatati presso un'interfaccia Plasma-liquido

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

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.

Trattamento di superfici con plasma a pressione atmosferica fredda utilizzando il COST-Jet

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.

Costruzione di sonde Langmuir e sonde emissive per la misura del potenziale di plasma in plasmi a bassa pressione e bassa temperatura

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