Questo articolo presenta un metodo di riflessione interna totale assorbimento spettroscopia (TIRAS) per la misurazione di breve durata i radicali liberi in un'interfaccia di plasma-liquido. In particolare, TIRAS viene utilizzato per identificare gli elettroni solvatati basati sulla loro capacità di assorbimento ottico della luce rossa vicino a 700 nm.
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Articolo metodologico
Spettroscopia di assorbimento di riflessione interna totale (TIRAS) per la rilevazione degli elettroni solvatati presso un'interfaccia Plasma-liquido
In questo articolo
Sommario
Abstract
Il metodo di spettroscopia (TIRAS) assorbimento di riflessione interna totale presentato in questo articolo utilizza un laser a diodi poco costoso per rilevare elettroni solvatati prodotti da un plasma a bassa temperatura a contatto con una soluzione acquosa. Gli elettroni solvatati sono potenti agenti riducenti, ed è stato postulato che giocano un ruolo importante nella chimica interfaccia tra un plasma gassoso o scarico e un liquido conduttivo. Tuttavia, dovuto le alte concentrazioni locali di specie reattive all'interfaccia, hanno una vita media breve (~ 1 µs), che li rende estremamente difficile da rilevare. La tecnica TIRAS utilizza una geometria unica riflessione interna totale combinata con ampiezza-modulato di lock-in amplificazione per distinguere il segnale di assorbanza degli elettroni solvatati da altre fonti di rumore spurio. Questo consente il rilevamento in situ di breve durate intermedi della regione interfacciale, in contrasto con la misurazione di massa di prodotti stabili nella soluzione. Questo approccio è particolarmente attraente per il campo dell'elettrochimica del plasma, dove gran parte della chimica importante è guidata dai radicali liberi di breve durata. Questo metodo sperimentale è stato utilizzato per analizzare la riduzione del nitrito (NO2–(aq)), nitrato (NO3–(aq)), idrogeno (H2O2(aq)) del perossido e biossido di carbonio disciolto (CO2 ( AQ)) dagli elettroni solvatati del plasma e dedurre costanti di tasso effettivo. Limitazioni del metodo possono insorgere in presenza di reazioni in parallelo non intenzionali, come ad esempio la contaminazione dell'aria nel plasma, e misure di assorbanza possono anche essere ostacolate dalla precipitazione dei prodotti elettrochimici ridotti. Nel complesso, il metodo TIRAS può essere un potente strumento per studiare l'interfaccia plasma-liquido, ma la sua efficacia dipende dal particolare sistema e reazione chimica in fase di studio.
Introduzione
Interazioni del plasma-liquido rappresentano un'area di crescente interesse nella comunità di ingegneria e scienza plasma. L'interfaccia complessa tra plasmi e liquidi, che contiene una varietà di radicali liberi altamente reattivi, ha trovato le applicazioni in molti settori tra cui chimica analitica, medicina al plasma, acqua e trattamento delle acque reflue e nanomateriali sintesi 1,2,3,4,5,6. Mentre ci sono diverse configurazioni che possono essere utilizzate per porta....
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Protocollo
1. costruire la messa a punto sperimentale
Nota: Per eseguire questo esperimento, assemblare un sistema costituito da un reattore al plasma dove la reazione avrà luogo, componenti ottici per misure di assorbanza e il sistema di amplificazione elettronica di lock-in per elaborare il segnale.
-
Costruire la cella elettrochimica del plasma.
- Fabbricazione di una cella di reattore che consiste di un vaso di vetro trasparente, 50,8 mm (2 pollici) di diametro, con due finestre ottiche ad angoli di circa 20° giù dall'aereo normale.
- Costruire un coperchio non permeabile contenente quattro orifizi, che v....
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Risultati
Come accennato nel passaggio 5 della procedura, questo esperimento misura le componenti coseno e seno del segnale di assorbanza, l'angolo di fase tra loro e la grandezza del segnale. Un complotto di portata del segnale e le sue due componenti è illustrato nella Figura 4.
Occasionalmente, ci saranno misure che possono non essere ottimale o addirittura inutilizzabile. Questo potrebbe essere a causa di.......
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Discussione
I risultati mostrano che la misurazione dell'assorbanza della luce all'interfaccia plasma-liquido è un metodo efficace per rilevare e misurare la concentrazione degli elettroni del plasma-solvatati in soluzione acquosa. La valutazione successiva a lunghezze d'onda risultati nella misura dello spettro di assorbimento. Anche se questo esperimento è stato fatto in una soluzione acquosa di4 NaClO, la metodologia dovrebbe essere valida per una grande varietà di altri liquidi, purché gli elettroni possono solvatato .......
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Dichiarazioni
Gli autori non hanno nulla a rivelare.
Ringraziamenti
Questo lavoro è stato supportato da US Army Research Office sotto Premio numeri W911NF-14-1-0241 e W911NF-17-1-0119. DMB è supportato dalla US Dipartimento di energia Office of Science, ufficio di Scienze di energia base sotto Premio numero DE-FC02-04ER1553.
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Generatore di funzioni Protek | B8055 | ||
| Amplificatore lock-in | Stanford Research Systems | SR830 | |
| Alimentatore ad alta tensione | Stanford Research Systems | PS325 | |
| Fotorivelatore | autocostruito | ||
| Key Instruments | 60310 R5 | ||
| Regolatore | di flussoOmega Engineering | FMA 5400A/5500A | |
| Fotocamera | Dino-lite | Dinocapture 2.0 | |
| Voltmetro | Sonda | AM-510 | |
| Sistema di gabbia ottica | Thorlabs | Sistema di gabbia da 30 mm | |
| Goniometri | Thorlabs | RP01 - Ø 2 | diodi a stadio di rotazione manuale |
| Thorlabs | |||
| Cella elettrochimica | Adams & Chittenden Scientific Glass | Prodotto su misura | |
| Capillare in acciaio inox | Restek | 0,007 in. ID | |
| SHV cavo coassiale | SRS | Prodotto | |
| Perclorato di sodio | Sigma-Aldrich | ACS reagente, ≥ 98.0% | |
| Argon | Airgas | AR UHP300 | Ultra-high purity |
| LabVIEW | National Instruments | Software utilizzato per generare il programma interno utilizzato per la raccolta dei dati |
Riferimenti
- Smoluch, M., Mielczarek, P., Silberring, J. Plasma-based ambient ionization mass spectrometry in bioanalytical sciences. Mass Spectrom. Rev. 35 (1), 22-34 (2015).
- Jamroz, P., Greda, K., Pohl, P. Development of direct-current, atmospheric-pressure, glow discharges generated in contact with flowing electrolyte solutions for elemental analysis by optical emissio....
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Ristampe e permessi
