Spectroscopie d’Absorption de réflexion totale interne (TIRAS) pour la détection des électrons solvatés à une Interface de Plasma-liquide

Summary

Cet article présente une méthode de spectroscopie (TIRAS) réflexion interne totale d’absorption pour la mesure des radicaux libres de courte durée à une interface de plasma-liquide. En particulier, TIRAS sert à identifier les électrons solvatés basés sur leur absorption optique de la lumière rouge près de 700 nm.

Abstract

La méthode de spectroscopie (TIRAS) absorption réflexion totale interne présentée dans cet article utilise un laser à diode peu coûteux pour détecter les électrons solvatés produites par un plasma à basse température en contact avec une solution aqueuse. Électrons solvatés sont de puissants agents réducteurs, et il a été postulé qu’ils jouent un rôle important dans la chimie interfaciale entre un plasma gazeux ou de décharge et d’un liquide conducteur. Toutefois, en raison des hautes concentrations locales d’espèces réactives à l’interface, ils ont une durée de vie moyenne courte (~ 1 µs), ce qui les rend extrêmement difficiles à détecter. La technique TIRAS utilise une géométrie unique réflexion interne totale combinée avec l’amplification de blocage modulés en amplitude à distinguer le signal d’absorption des électrons solvatés provenant d’autres sources d’émissions parasites. Cela permet la détection in situ des intermédiaires de courte durée dans la région interfaciale, par opposition à la mesure en vrac de produits stables dans la solution. Cette approche est particulièrement intéressante pour le domaine de l’électrochimie de plasma, où une grande partie de la chimie importante est entraînée par l’éphémère des radicaux libres. Cette méthode expérimentale a été utilisée pour analyser la réduction des nitrites (NO₂^–_(aq)), nitrates (pas₃^–_(aq)), l’hydrogène peroxyde (H₂O_2(aq)) et dissous le dioxyde de carbone (CO_{2 () AQ)}) par des électrons solvatés-plasma et déduire les constantes de vitesse apparente. Limitations de la méthode peuvent survenir en présence de réactions parallèles inattendues, comme la contamination de l’air dans le plasma, et les mesures d’absorbance peuvent également être entravés par la précipitation des produits électrochimiques réduits. Dans l’ensemble, la méthode TIRAS peut être un outil puissant pour l’étude de l’interface liquide-plasma, mais son efficacité dépend de la chimie particulière de système et de la réaction étudiée.

Introduction

Les interactions plasma-liquide représentent un domaine d’intérêt croissant dans le plasma science et de la communauté des ingénieurs. L’interface complexe entre le plasma et les liquides, qui contient une variété des radicaux libres hautement réactifs, a trouvé des applications dans de nombreux domaines, y compris la chimie analytique, médecine de plasma, l’eau et traitement des eaux usées et synthèse de nanomatériaux ^1,2,3,4,5,6. Bien qu’il existe différentes configurati....

Protocol

1. construire le montage expérimental

Remarque : Pour exécuter cette expérience, assembler un système constitué d’un réacteur plasma où la réaction aura lieu, les composants optiques pour mesures d’absorbance et le système d’amplification électronique verrouillage pour traiter le signal.

1. Construire la cellule électrochimique de plasma.
   1. Fabriquer une cellule réacteur consistant en un récipient en verre transparent, 50,8 mm (2 po) de diamètre, avec deux fenêtres optiques avec des angles d’environ 20° vers le bas avec le plan normal.
   2. Construire un couvercle non perméable contenant quatre orifice....

Results

Tel que mentionné à l’étape 5 de la procédure, cette expérience mesure les composantes cosinus et sinus du signal de l’absorbance, le déphasage entre eux et l’amplitude du signal. Une parcelle de l’amplitude du signal et de ses deux composantes est illustrée à la Figure 4.

Parfois, il y aura des mesures qui peuvent être pas optimale ou même inutilisable. Cela peut être dû à un mauvais alignement du .......

Discussion

Les résultats montrent que la mesure de l’absorbance de la lumière à l’interface plasma-liquide est une méthode efficace pour détecter et mesurer la concentration des électrons du plasma-solvatés dans une solution aqueuse. La mesure des résultats de différentes longueurs d’onde dans la mesure du spectre d’absorption. Bien que cette expérience a été faite dans une solution aqueuse de₄ NaClO, la méthodologie doit être valable pour une grande variété d’autres liquides, pourvu que les électrons peuvent solvate dan.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Fonction Générateur	Protek	B8055
Amplificateur à verrouillage	Stanford Research Systems	SR830
Alimentation haute tension	Stanford Research Systems	PS325
Photodétecteur	auto-construit
	Key Instruments	60310 R5
Régulateur	de débitOmega Engineering	FMA 5400A/5500A
Caméra	Dino-lite	Dinocapture 2.0
Voltmètre	Amprobe	AM-510
Système de cage optique	Thorlabs		30 mm Système de cage
Goniomètres	Thorlabs	RP01 - & Oslash ; 2	à platine de rotation manuelle
	Thorlabs
Cellule électrochimique	Adams & Chittenden Scientific Glass	Produit sur
Capillaire en acier inoxydable	Restek		0.007 in. ID
SHV Câble coaxial	SRS	Produit
Perchlorate de sodium	Sigma-Aldrich		Réactif ACS, &ge ; 98.0 %
Argon	Airgas	AR UHP300	Logiciel
LabVIEW	National Instruments		utilisé pour générer un programme interne utilisé pour collecter des données