Totale interne reflectie Absorptie spectroscopie (TIRAS) voor het opsporen van Solvated elektronen op een Plasma-vloeistof-Interface

Summary

Dit artikel presenteert een totale interne reflectie Absorptie spectroscopie (TIRAS) methode voor het meten van kortstondige vrije radicalen op het raakvlak van een plasma-vloeistof. In het bijzonder, TIRAS wordt gebruikt ter identificatie van de solvated elektronen op basis van hun optische absorptie van rood licht in de buurt van 700 nm.

Abstract

De totale interne reflectie Absorptie spectroscopie (TIRAS) methode gepresenteerd in dit artikel maakt gebruik van een goedkope diodelaser te detecteren solvated elektronen geproduceerd door een lage-temperatuur plasma in contact met een waterige oplossing. Solvated elektronen zijn krachtige reductoren, en het heeft is gepostuleerd dat zij een belangrijke rol in de Interfaciale chemie tussen een gasvormige plasma of geen kwijting en een geleidende vloeistof spelen. Echter, vanwege de hoge lokale concentraties van reactieve soorten op het grensvlak, ze hebben een korte gemiddelde levensduur (~ 1 µs), waardoor ze zeer moeilijk op te sporen. De TIRAS-techniek maakt gebruik van een unieke totale interne reflectie geometrie gecombineerd met amplitude-gemoduleerd lock-in versterking te onderscheiden solvated elektronen signaal van de absorptie van andere valse lawaaibronnen. Hierdoor kan de detectie in situ van kortstondige tussenproducten in de Interfaciale regio, in tegenstelling tot de meting van de bulk van stabiele producten in de oplossing. Deze aanpak is vooral aantrekkelijk voor het gebied van plasma elektrochemie, waar veel van de belangrijke chemie wordt gedreven door kortstondige vrije radicalen. Deze experimentele methode is gebruikt voor het analyseren van de vermindering van nitriet (geen₂^-_(aq)), nitraat (geen₃^-_(aq)), waterstof peroxide (H₂O_2(aq)) en opgelost koolstofdioxide (CO_{2 () AQ)}) door plasma-solvated elektronen en effectieve snelheidsconstanten afleiden. Beperkingen van de methode voordoen in het bijzijn van onbedoelde parallelle reacties, zoals luchtverontreiniging in het plasma, en absorptie metingen kunnen ook worden belemmerd door de neerslag van verminderde elektrochemische producten. Over het geheel genomen kan de TIRAS-methode een krachtig hulpmiddel voor het bestuderen van de plasma-vloeistof-interface, maar de effectiviteit ervan hangt af van de specifieke systeem en reactie chemie bestudeerd.

Introduction

Plasma-liquid interacties vertegenwoordig een gebied van groeiende interesse in het plasma science and engineering Gemeenschap. De complexe interface tussen plasma's en vloeistoffen, waarin een aantal zeer reactieve vrije radicalen, heeft toepassingen gevonden in veel gebieden, met inbegrip van de analytische chemie, plasma geneeskunde, water en behandeling van afvalwater en nanomateriaal synthese ^1,2,3,4,5,6. Hoewel er verschillende configuraties die kunnen worden gebruik....

Protocol

1. bouw van de experimentele opstelling

Opmerking: Voor het uitvoeren van dit experiment, monteren een systeem dat bestaat uit een plasma reactor waar de reactie vindt plaats, optische componenten voor extinctie metingen en het systeem van de elektronische slot-binnen versterking voor het verwerken van het signaal.

1. Construeer de plasma elektrochemische cel.
   1. Vervaardiging van een cel van de reactor die bestaat uit een transparant glas vaartuig, 50,8 mm (2 inch) in diameter, met twee optische Vensters in een hoek van ongeveer 20° naar beneden uit het normale vliegtuig.
   2. Het bouwen van een niet-d....

Results

Zoals vermeld in stap 5 van de procedure, meet dit experiment de cosinus en sinus componenten van het signaal van de absorptie, de fasehoek tussen hen, en de omvang van het signaal. Een plot van de omvang van het signaal en de twee componenten wordt weergegeven in Figuur 4.

Soms zal er metingen die niet optimaal of zelfs onbruikbaar wellicht. Dit kan worden veroorzaakt door een afwijking van de lase.......

Discussion

Uit de resultaten blijkt dat de meting van de absorptie van licht op het raakvlak van plasma-vloeistof is een effectieve methode om te detecteren en meten van de concentratie van plasma-solvated elektronen in een waterige oplossing. De daaropvolgende meting bij verschillende golflengtes resultaten in de meting van het absorptiespectrum. Hoewel dit experiment werd gedaan in een waterige oplossing van NaClO₄ , laten de methode gelden voor een groot aantal andere vloeistoffen, mits elektronen solvate in de vloeis.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Function Generator	Protek	B8055
Lock-in Amplifier	Stanford Research Systems	SR830
High-Voltage Power Supply	Stanford Research Systems	PS325
Photodetector	Self-built
Flowmeter	Key Instruments	60310 R5
Flow controller	Omega Engineering	FMA 5400A/5500A
Camera	Dino-lite	Dinocapture 2.0
Voltmeter	Amprobe	AM-510
Optical Cage System	Thorlabs		30 mm cage system
Goniometers	Thorlabs	RP01 - Ø2	Manual rotation stage
Diode lasers	Thorlabs
Electrochemical cell	Adams & Chittenden Scientific Glass	Custom-made product
Stainless steel capillary	Restek		0.007 in. ID
SHV Coax Cable	SRS	Custom-made product
Sodium Perchlorate	Sigma-Aldrich		ACS reagent, ≥98.0%
Argon	Airgas	AR UHP300	Ultra-high purity
LabVIEW	National Instruments		Software used to generate in-house program used to collect data