2018년 1월 24일
이 문서는 플라즈마 액체 인터페이스에서 짧은 자유 래 디 칼을 측정 하기 위한 총 내부 반사 흡수 분광학 (TIRAS) 메서드를 제공 합니다. 특히, TIRAS solvated 전자 700 근처 붉은 빛의 그들의 광학 흡 광도에 따라 식별 하는 데 사용은 nm.
이 실험의 전반적인 목표는 플라즈마-액체 계면에서 용매화된 전자를 직접 검출하는 것입니다. 이 방법은 수용액과 접촉하는 플라즈마에 의해 생성되는 자유 라디칼 화학과 관련된 중요한 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 가장 큰 장점은 빛의 흡수에도 불구하고 수명이 짧은 자유 라디칼, 즉 용매 전자를 직접 측정할 수 있다는 것입니다.
이 기술의 의미는 저온 혈장이 현재 암 치료의 한 형태로 테스트되고 있기 때문에 의학으로 확장됩니다. 이 방법은 또한 저온 플라즈마가 많은 불순한 공정에 사용되기 때문에 화학 합성 기술에 대한 통찰력을 제공할 수 있습니다. 이 방법의 경우, 지름이 2인치이고 두 개의 광학 창이 있는 맞춤형 플라즈마 전기화학 셀을 법선에서 약 20도 각도로 사용합니다.
전극과 가스 라인용 4개의 포트가 있는 잘 맞는 PTFE 셀 뚜껑을 사용합니다. 스테인리스 스틸 막대에 부착된 백금 호일 조각과 날카로운 스테인리스 스틸 모세관으로 만든 음극으로 만든 양극을 사용합니다. 조절 가능한 조리개 및 50mm 렌즈와 일치하는 670 나노미터 다이오드 레이저를 흡수 분광학 광원으로 사용하며, 모두 각도계에 장착된 30mm 광학 케이지 시스템에 장착되어 입사각을 조정할 수 있습니다.
검출기 앞에 670나노미터 대역통과 필터가 있는 역 바이어스 누설 회로에 배선된 대면적 포토다이오드를 광검출기로 사용합니다. 두 번째 측각계에 광 검출기를 장착합니다. 레이저가 전기화학 전지의 광학 창 중 하나로 향하고 빛이 다른 광학 창을 통해 광 검출기로 반사되도록 각도계가 배치되었는지 확인합니다.
솔리드 스테이트 릴레이 회로를 사용하여 20kHz 반송파 주파수에서 플라즈마 전류를 변조하고, 잠금 증폭기를 포함하여 용매 전자의 매우 작은 광학 흡수 신호를 감지할 수 있을 만큼 충분히 높은 신호 대 잡음비를 얻을 수 있습니다. 마지막으로, 기기를 제어하고 잠금 증폭기의 신호를 기록하기 위한 자동화된 데이터 수집 프로그램을 설계합니다. 설정을 시작하려면 전기화학 셀에 과염소산나트륨과 탈이온수 60몰 용액 0.163ml를 넣습니다.
백금 호일 양극을 전기화학 전지 뚜껑에 삽입하고 전지에 뚜껑을 놓습니다. 백금 호일 양극을 전기화학 전지 뚜껑에 삽입합니다. 용액 표면 아래 약 1cm에 양극을 담그십시오.
백금 호일만 용액과 접촉하는지 확인하십시오. 그런 다음 질량 유량계를 통해 스테인리스강 플라즈마 전극 모세관의 뭉툭한 끝을 아르곤 가스 라인에 연결합니다. 플라즈마 모세관의 날카로운 끝을 뚜껑을 통해 삽입하여 점이 용액 표면에서 약 1-2mm 위에 오도록 합니다.
카메라로 용액과 모세관 팁 사이의 거리를 확인합니다. 그런 다음 다른 질량 유량계를 통해 좁은 호스를 아르곤 가스 라인에 연결합니다. 퍼지 라인 역할을 하는 전기화학 셀 뚜껑의 포트 중 하나를 통해 호스를 삽입합니다.
네 번째 포트는 통풍구로 막히지 않도록 두십시오. 실험 중에 뚜껑이 움직이지 않는지 확인하십시오. 그런 다음 모세관을 전압 소스에 연결하고 양극을 접지에 연결하여 전기화학 회로를 완성합니다.
아르곤으로 셀을 분당 250입방센티미터로 퍼지하기 전에 최소 5분 동안 퍼지합니다. 그런 다음 플라즈마 모세관을 통한 아르곤 가스 흐름을 분당 약 10입방센티미터로 설정합니다. 다이오드 레이저를 켜고 레이저를 정렬하여 아르곤 흐름에 의해 딤플에서 산란되는 빛으로 표시된 대로 플라즈마 액체 계면에 부딪
히도록 합니다.모세관을 통한 아르곤의 흐름을 멈추고 레이저 스폿이 정상 크기로 돌아올 때까지 기다립니다. 아르곤이 주 퍼지 라인을 통해 분당 250입방센티미터로 흐르도록 둡니다. 레이저 반사가 감지기의 중앙에 닿도록 광 감지기를 정렬합니다.
광 검출기 출력을 전압계에 연결합니다. 그리고 레이저에 의한 흡수 신호에 의해 생성된 전압을 측정합니다. 나중에 lock in 증폭기의 흡광도 데이터를 정규화하는 데 사용할 전압을 기록합니다.
잠금 증폭기는 기본적으로 광 검출기에서 AC 전압을 측정합니다. 이 전압은 검출기의 DC 오프셋으로 측정된 레이저의 절대 강도로 정규화되어야 합니다. 그런 다음 광 검출기 출력을 잠금 증폭기 입력에 연결합니다.
함수 발생기의 트랜지스터 트랜지스터 로직 출력을 lock in 증폭기의 주파수 입력에 연결합니다. 함수 발생기를 켜고, 증폭기를 잠그고, 고전압 전원 공급 장치를 켭니다. 기기가 데이터 수집 프로그램과 통신하고 있고 잠금 증폭기가 20kHz 반송파 주파수의 신호로 잠겨 있는지 확인하십시오.
실험을 시작하고 레이저가 자동으로 켜지고 플라즈마가 점화될 때 시스템을 모니터링합니다. 정상 상태 데이터는 레이저를 사용하거나 사용하지 않고 기록되므로 기록된 신호를 관찰합니다. 우리는 레이저와 플라즈마가 모두 켜져 있을 때만 용매 전자의 광학 흡수성을 볼 수 있을 것으로 기대합니다.
따라서 레이저만 있고 플라즈마가 없는 신호 또는 그 반대의 신호는 상대적으로 작아야 합니다. 자동화된 데이터 수집이 완료되면 데이터의 평균을 구하고, 노이즈를 빼고, 시간 경과에 따른 용액의 용매화된 전자 농도를 계산합니다. 스위칭 회로에 대한 진폭 및 위상에 대한 정보는 흡수 신호의 코사인 및 사인 성분 또는 x 및 y에서 얻었습니다.
그런 다음 신호 진폭을 사용하여 다양한 화학 종의 용매 전자의 농도와 반응 속도 상수를 추정할 수 있습니다. 흡광도의 진폭은 약 10ppm이었으며, 이는 성공적인 실험을 위해 충분히 큰 신호 대 잡음비의 필요성을 강조합니다. 알 수 없는 잡음이 신호에 큰 영향을 미치는 경우 데이터를 버리고 실험을 반복하는 것이 가장 좋습니다.
일단 숙달되면 이 절차를 통한 측정은 30분 이상 걸리지 않습니다. 아르곤과 같은 불활성 분위기를 제공하고 레이저를 적절하게 정렬하는 것이 중요합니다. 미량의 산소는 플라즈마의 모든 자유 전자를 빠르게 냉각시키고 용액으로 들어가는 것을 방지할 수 있습니다.
또한 이 방법은 용매화된 전자의 농도를 직접 측정하지 않는다는 점에 유의해야 합니다. 오히려, 20kHz 플라즈마 전류의 AC 진폭에 비례하는 광학 흡광도의 AC 진폭을 측정합니다. 개발 후 이 기술은 플라즈마 액체 계면에서 용매 전자의 빠른 반응 역학에 대한 중요한 통찰력을 제공했습니다.
우리는 궁극적으로 이것을 액체와 접촉하는 플라즈마에 의해 생성되는 다른 자유 라디칼로 확장하고자 합니다. 마지막으로, 고전압으로 작업하는 것은 위험할 수 있다는 것을 잊지 마십시오. 이 절차를 수행하기 전에 광학 테이블 및 기타 장비 접지와 같은 예방 조치를 취해야 합니다.
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이 기사는 총 내부 반사 흡수 분광법(TIRAS)을 사용하여 플라즈마-액체 경계면에서 용매화된 전자를 직접 검출하는 방법을 제시합니다. 이 기술은 단기간 존재하는 자유 라디칼의 측정을 가능하게 하여 암 치료 및 화학 합성과 같은 분야에서 의미를 가집니다.
Detecting short-lived solvated electrons at plasma-liquid interfaces enables mechanistic de-risking in early-stage therapeutic development involving plasma-based modalities. This method supports target validation by providing quantitative, real-time readouts of reactive species critical to oxidative stress pathways in disease models. It enhances predictive confidence in preclinical screening by linking plasma-generated radical flux to downstream biochemical outcomes.
The TIRAS method fits within early discovery to preclinical workflows where plasma-liquid interactions modulate target engagement or biomarker release, particularly in plasma-activated liquid (PAL) therapeutic platforms.