Полное внутреннее отражение абсорбционная спектроскопия (Тирас) для обнаружения сольватированного электронов в плазме жидкость интерфейс

Общая цель этого эксперимента заключается в непосредственном обнаружении сольватированных электронов на границе раздела плазма-жидкость. Этот метод может помочь ответить на важные вопросы, касающиеся химии свободных радикалов, создаваемой плазмой при контакте с водным раствором. Основное преимущество этой методики заключается в том, что она обеспечивает прямое измерение короткоживущего свободного радикала, сольватированного электрона, при условии поглощения им света.

Применение этого метода распространяется и на медицину, поскольку низкотемпературная плазма в настоящее время тестируется как форма лечения рака. Этот метод также может дать представление о методах химического синтеза, поскольку низкотемпературная плазма используется во многих непослушных процессах. Для этого метода используется специальная плазменная электрохимическая ячейка диаметром два дюйма с двумя оптическими окнами, расположенными под углом примерно 20 градусов вниз от нормальной плоскости.

Используйте хорошо прилегающую крышку ячейки из ПТФЭ с четырьмя портами для электродов и газопроводов. Используйте анод из куска платиновой фольги, прикрепленного к стержню из нержавеющей стали, и катод из заточенного капилляра из нержавеющей стали. В качестве источника света для абсорбционной спектроскопии используйте диодный лазер с длиной 670 нанометров с регулируемой диафрагмой и линзой 50 мм, установленные в 30-миллиметровой оптической клетке, установленной на гониометре для регулировки угла падения.

Используйте в качестве фотодетектора фотодиод большой площади, подключенный к цепи утечки обратного смещения с полосовым фильтром 670 нм перед детектором. Установите фотодетектор на второй угломер. Убедитесь, что гониометры расположены таким образом, чтобы лазер был направлен в одно из оптических окон электрохимической ячейки, а свет отражался через другое оптическое окно на фотодетектор.

Используйте твердотельную релейную схему для модуляции тока плазмы на несущей частоте 20 килогерц, включая синхронный усилитель, для получения достаточно высокого отношения сигнал/шум для обнаружения чрезвычайно малых оптических поглощающих сигналов сольватированных электронов. Наконец, разработайте программу автоматического сбора данных для управления прибором и записи сигналов с синхронного усилителя. Для начала установки поместите в электрохимическую ячейку 60 миллилитров молярного раствора перхлората натрия 0,163 и деионизированной воды.

Вставьте анод из платиновой фольги в крышку электрохимической ячейки и наденьте крышку на ячейку. Вставьте анод из платиновой фольги в крышку электрохимической ячейки. Погрузите анод примерно на один сантиметр ниже поверхности раствора.

Следите за тем, чтобы раствор соприкасался только с платиновой фольгой. Затем подсоедините тупой конец капилляра плазменного электрода из нержавеющей стали к газопроводу с помощью массового расходомера. Вставьте острый конец плазменного капилляра через крышку так, чтобы точка находилась примерно в одном-двух миллиметрах над поверхностью раствора.

Подтвердите расстояние между раствором и кончиком капилляра с помощью камеры. Затем подсоедините узкий шланг к газопроводу с помощью другого массового расходомера. Вставьте шланг через одно из отверстий в крышке электрохимической ячейки, чтобы он служил линией продувки.

Оставьте четвертый порт свободным в качестве вентиляционного отверстия. Следите за тем, чтобы крышка не двигалась во время эксперимента. Затем завершите электрохимическую цепь, подключив капилляр к источнику напряжения, а анод к земле.

Продуйте ячейку аргоном со скоростью 250 кубических сантиметров в минуту не менее чем за пять минут до начала приготовления. Затем установите поток газа аргона через плазменный капилляр примерно на десять кубических сантиметров в минуту. Включите диодный лазер и настройте его так, чтобы он попадал на границу раздела плазменной жидкости, на что указывает свет, рассеиваемый от углубления потоком аргона.

Остановите поток аргона через капилляр и дождитесь, когда лазерное пятно вернется к своему нормальному размеру. Оставьте аргон протекающим по основной линии продувки со скоростью 250 кубических сантиметров в минуту. Выровняйте фотодетектор так, чтобы отражение лазера попадало в центр детектора.

Подключите выход фотоприемника к вольтметру. И измерьте напряжение, производимое поглощающим сигналом лазера. Запишите напряжение, которое будет использоваться позже, чтобы нормализовать данные о поглощении от блокировочного усилителя.

Усилитель блокировки по сути измеряет переменное напряжение от фотодетектора. Это напряжение должно быть нормализовано на абсолютную интенсивность лазера, измеренную как смещение детектора по постоянному току. Затем подключите выход фотодетектора к входу усилителя блокировки.

Подключите транзисторный транзисторный логический выход генератора функций к частотному входу усилителя блокировки. Включите генератор функций, зафиксируйте усилитель и высоковольтный источник питания. Убедитесь, что приборы обмениваются данными с программой сбора данных и что синхронный усилитель заблокирован сигналом на несущей частоте 20 килогерц.

Инициируйте эксперимент и контролируйте систему, пока лазер автоматически включается и плазма воспламеняется. Наблюдайте за записанными сигналами, так как данные в установившемся состоянии записываются как с лазером, так и без него. Мы ожидаем увидеть оптическую поглощающую способность от электронов сольвата только тогда, когда лазер и плазма включены.

Следовательно, сигнал только с лазером и без плазмы, или наоборот, должен быть относительно небольшим по сравнению с ним. После завершения автоматического сбора данных усредните данные, вычтите шум и рассчитайте концентрацию сольватированных электронов в растворе с течением времени. Информация об амплитуде и фазе относительно коммутационной цепи получалась из косинусной и синусоидальной составляющих поглощающего сигнала, или x и y.

Амплитуда сигнала затем может быть использована для оценки концентрации сольватированных электронов и констант скорости реакции различных химических веществ. Амплитуда поглощения составила около 10 частей на миллион, что подчеркивает необходимость достаточно большого соотношения сигнал/шум для успешного эксперимента. Если неизвестный шум существенно влияет на сигнал, лучше всего отбросить данные и повторить эксперимент.

После освоения измерение с помощью этой процедуры должно занимать не более 30 минут. Очень важно обеспечить инертную атмосферу, такую как аргон, и правильно выровнять лазер. Следовые количества кислорода могут быстро погасить любые свободные электроны в плазме и предотвратить их попадание в раствор.

Следует также отметить, что этот метод не измеряет концентрацию сольватированных электронов напрямую. Скорее, он измеряет амплитуду оптического поглощения переменного тока, которая пропорциональна амплитуде переменного тока плазмы с частотой 20 килогерц. После своего развития этот метод позволил получить важные сведения о кинетике быстрых реакций электронов сольвата на границе раздела плазменной жидкости.

В конечном итоге мы хотели бы распространить это понятие на другие свободные радикалы, производимые плазмой при контакте с жидкостями. Наконец, не забывайте, что работа с высоким напряжением может быть опасной. Перед выполнением этой процедуры следует принять меры предосторожности, такие как заземление оптического стола и другого оборудования.