Este artigo apresenta um método de espectroscopia (TIRAS) de absorção de reflexão interna total de medição de curta duração os radicais livres em uma interface plasma-líquido. Em particular, TIRAS é usado para identificar solvated elétrons baseados sua absorvância óptica da luz vermelha perto de 700 nm.
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Artigo de método
Espectroscopia de absorção de reflexão interna total (TIRAS) para a detecção de Solvated elétrons em uma Interface Plasma-líquido
Neste artigo
Resumo
Resumo
O método de espectroscopia (TIRAS) de absorção de reflexão interna total apresentado neste artigo usa um laser de diodo barato para detectar solvated elétrons produzidos por uma TV de plasma de baixa temperatura em contato com uma solução aquosa. Solvated elétrons são poderosos agentes redutores, e foi postulado que desempenham um papel importante na química interfacial entre um plasma gasoso ou descarga e um líquido condutor. No entanto, devido as altas concentrações locais de espécies reactivas na interface, eles têm um curto tempo de vida médio (~ 1 µs), que os torna extremamente difícil de detectar. A técnica TIRAS usa uma geometria única reflexão interna total combinada com amplitude modulada baseadas na amplificação para distinguir o sinal de absorbância dos solvated elétrons de outras fontes de ruído espúrio. Isto permite a detecção em situ de curta duração intermediários na região interfacial, em oposição a medição do volume de produtos estáveis na solução. Essa abordagem é especialmente atraente para o campo da eletroquímica de plasma, onde grande parte a química importante é dirigida pela curta duração dos radicais livres. Esse método experimental tem sido usado para analisar a redução de nitrito (há2–(aq)), nitrato (há3–(aq)), hidrogênio (H2O.2(aq)) do peróxido e dissolvido dióxido de carbono (CO2 ( AQ)) por plasma-solvated elétrons e deduzir constantes de taxa efetiva. Limitações do método podem surgir na presença de reações paralelas não intencionais, como a contaminação do ar no plasma, e medidas de absorvância também podem ser prejudicadas pela precipitação de redução eletroquímicas produtos. No geral, o método TIRAS pode ser uma poderosa ferramenta para estudar a interface plasma-líquido, mas sua eficácia depende da particular sistema e reação química sob estudo.
Introdução
Interações de plasma-líquido representam uma área de interesse crescente na Comunidade de engenharia e ciência de plasma. A complexa interface entre plasmas e líquidos, que contém uma variedade de radicais livres altamente reativos, tem encontrado aplicações em muitas áreas, incluindo a química analítica, medicina de plasma, água e tratamento de águas residuais e síntese de nanomateriais 1,2,3,4,5,6. Embora existam várias configurações que podem ser usadas para trazer uma ....
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Protocolo
1. construir a instalação Experimental
Nota: Para executar este experimento, monte um sistema que consiste em um reator de plasma onde a reação terá lugar, componentes ópticos para medidas de absorvância e o sistema electrónico baseadas na amplificação para processar o sinal.
-
Construa a célula eletroquímica do plasma.
- Fabricar uma célula de reator, constituído por um recipiente de vidro transparente, 50,8 mm (2 pol.) de diâmetro, com duas janelas ópticas em ângulos de aproximadamente 20° para baixo do avião normal.
- Construa uma tampa não-permeável contendo quatro orifícios, que serão usados p....
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Resultados
Como mencionado na etapa 5 do procedimento, este experimento mede os componentes cosseno e seno do sinal de absorbância, o ângulo de fase entre eles e a magnitude do sinal. Um enredo a amplitude do sinal e seus dois componentes é mostrado na Figura 4.
Ocasionalmente, haverá medidas que podem não ser ideal, ou mesmo inutilizável. Isto pode ser devido um desalinhamento do laser com o feixe de plasma o.......
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Discussão
Os resultados mostram que a medição da absorvância da luz na interface plasma-líquido é um método eficaz para detectar e medir a concentração de plasma-solvated elétrons em solução aquosa. A medição subsequente em comprimentos de onda diferentes resultados na medição do espectro de absorção. Embora esta experiência foi feita em uma solução aquosa de4 NaClO, a metodologia deve ser válida para uma grande variedade de outros líquidos, desde que os elétrons podem solvatar no líquido.
Um.......
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Divulgações
Os autores não têm nada para divulgar.
Agradecimentos
Este trabalho foi financiado pelo Instituto de pesquisa dos EUA exército sob números de prêmio W911NF-14-1-0241 e W911NF-17-1-0119. DMB é suportado pelos E.U. departamento de energia escritório de ciência, escritório de energia ciências básicas sob prêmio DE número-FC02-04ER1553.
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Materiais
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Gerador de Função | Protek | B8055 | |
| Amplificador de Bloqueio | Stanford Research Systems | SR830 | |
| Fonte de Alimentação de Alta Tensão | Stanford Research Systems | PS325 | |
| Fotodetector | de Vazão Autoconstruído | ||
| Instrumentos-chave | 60310 R5 | ||
| Controlador | de fluxoCâmera Omega Engineering | FMA 5400A/5500A | |
| Dino-lite | Dinocapture 2.0 | ||
| Voltímetro | Amprobe | AM-510 | |
| Thorlabs | Sistema de gaiola de 30 mm | ||
| Goniômetros | Thorlabs | RP01 - Ø 2 | Estágios de rotação manual |
| Lasers de diodo | Thorlabs | ||
| Célula eletroquímica | Adams & Chittenden Scientific Glass | feito sob medida | |
| Capilar de aço inoxidável | Restek | 0.007 in. | |
| Cabo Coaxial ID SHV | SRS | Produto | |
| Perclorato de Sódio | Sigma-Aldrich | ACS reagente, ≥ 98,0% | |
| Argon | Airgas | AR UHP300 | Ultra-alta pureza |
| LabVIEW | National Instruments | Software usado para gerar programa interno usado para coletar dados |
Referências
- 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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Reimpressões e permissões
