Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

התקנת פלזמת לחץ אטמוספרה לחקר היווצרות המינים הריאקטיבי

Published: November 3, 2016 doi: 10.3791/54765
Automatic Translation
1,2, 2, 2, 1
1Department of Chemistry, University of York, 2York Plasma Institute, Department of Physics, University of York

Abstract

פלזמות ללא תרמית בלחץ אטמוספרי ( "קרות") זכו לתשומת לב מוגברת בשנים האחרונות בשל הפוטנציאל ביו המשמעותי שלהם. התגובות של פלזמה קרה עם האווירה שמסביב להניב מגוון של מינים תגובתי, אשר יכולה להגדיר את יעילותו. בעוד פיתוח יעיל של טיפול פלזמה קר מצריך מודלים קינטית, בהשוואות מודל צריכים נתונים אמפיריים. מחקרים ניסיוניים של מקור מינים תגובתי זוהו בתמיסות מימיות חשופות פלזמה עדיין נדירים. פלזמת ביו לעתים קרובות מופעלת עם הוא או גז להאכיל Ar, לבין אינטרס ספציפי טמון החקירה של המינים תגובתי שנוצרו על ידי פלזמה עם מוספי גז שונים (O 2, N 2, אוויר, H 2 O אדי, וכו ') חקירות כאלה הן מורכב מאוד בשל קשיים בשליטה על אווירת הסביבה במגע עם קולחי הפלזמה. בעבודה זו, התייחסו בעיות נפוצות של מתח 'גבוה'תדירות kHz מונעת סילון פלזמת מחקרים ניסיוניים. כור פותחה המאפשר הדרת האווירה הסביבה ממערכת פלזמה נוזלי. המערכת ובכך היוותה את הגז להאכיל עם מוספים ואת מרכיבי המדגם הנוזלי. באווירה מבוקרת זו אפשרה את חקירת מקור מיני חמצן תגובתי המושרית בתמיסות מימיות ידי פלזמה אדי הוא מים. השימוש במי isotopically שכותרתו מותר הבחנה בין המינים שמקורם בשלב הגז ואלה יצרו בנוזל. ציוד הפלזמה כלול בתוך כלוב פאראדיי לחסל השפעה אפשרית של כל שדה חיצוני. ההתקנה היא צדדית והוא יכול לסייע נוסף להבנת כימית אינטראקציות פלזמת נוזל הקרה.

Introduction

פלזמות בלחץ אטמוספרי בעלי טמפרטורה נמוכה (LTPS) משכו תשומת לב מוגברת בשנים האחרונות בשל הפוטנציאל העצום שלהם עבור יישומים ביו 1-3. במגע עם אווירת הסביבה, LTP מגיב עם תוכן מולקולרי של אוויר (N 2, O 2, H 2 O אדי), יצירת מגוון מיני חמצן וחנקן תגובתי (הנוירונים) 2,4. בין אלה יחסית מינים יציבים (כגון מי חמצן, אוזון, ניטריט ואניונים חנקו) ורדיקלים תגובתי (• OH, • אווה / O 2 • -, • H, • NO, וכו '). מינים אלה, בתחילה שנוצרו בשלב הגז, מועברים עוד יותר על ידי הפלזמה למצע הביולוגי 5. הנוירונים אינטראקציה עם מצעים ובכך להגדיר את מיקרוביאלית, אנטי סרטני ואפקטים אנטי-ויראלית של LTP 6-8.

פיתוח טיפולי LTP דורש דוגמנות מורכבת התגובות שלהנוירונים 9. מים הם חלק חיוני של המילייה הביולוגי, והתגובות בשלב המימי להגדיל את המורכבות של המערכת באופן דרמטית. החקירה של הפלזמה פאזיים גז מתבצעת נרחבת בשיטות אנליטיות שונות, כוללים ספקטרוסקופית פליטה אופטית, קרינה הנגרם ליזר, גלאי אינפרא אדומים פסיביים, ספקטרומטריית מסה (MS), וכו '10-12. במקביל, חקירות מפורטות של המינים שזוהו בשלב הנוזל עדיין נדירות. דוחות זמינים לתאר את השימוש בשיטות שונות אנליטי כגון תהודת פאראמגנטיים UV אלקטרוני ספקטרוסקופיה (EPR), cytometry, וכו 'לצורך זיהוי של הנוירונים בתמיסות מימיות 13,14. EPR הוא אחת השיטות הישירות ביותר לגילוי רדיקלי בנוזל. עם זאת, מינים רבים רדיקליים לא יכולים להיות מזוהים על ידי EPR בשל זמן החיים הקצר שלהם. במקרים אלה, השמנת ספין משמשת לעתים קרובות. ספין השמנה טכניקה מעורבת (מלכודת ספין) מתחם ש"שich במהירות ובאופן סלקטיבי מגיב עם הרדיקלי להניב adduct הרדיקלי מתמשך יותר (למשל, DMPO מגיב עם רדיקלי הידרוקסיל, ויצרו adduct DMPO-OH).

האתגרים הנפוצים מחקרי אינטראקצית פלזמה נוזלית הם חוסר היכולת לשלוט על אווירת הסביבה ברחבי שפכי הפלזמה וגורמי מפריעים אחרים (שדות חיצוניים, חלקי אספקת חשמל רגיש לסביבה, וכו '). הנה, אנחנו מדגימים את שימוש התקנה הכולל מקרה רשת מתכת המכיל פלזמה פעלה כור בתוך הבית בנוי סביב נחיר סילון פלזמה. רשת המתכת משמשת כלוב פאראדיי, המאפשר שחזור שיפור משמעותי וכושר תפעולו הכללי של סילון הפלזמה. כור הזכוכית מתמצת הוא סילון פלזמת המדגם הנוזלי, למעט האווירה שמסביב מהמערכת.

שיטה זו יכולה להיות מועסקת על כל מטוס פלזמה בלחץ אטמוספרי במגע עם פתרונות נזילים.לדוגמא, אנו לאחרונה הצגנו חקירה של מקור מיני החמצן תגובתי זוהו מדגם מימי חשופי פלזמה. מים שכותרתו isotopically שמשו להבחין בין המינים נוצרו נוזלי הגז בשלב של פתרון מערכת סילון נוזל פלזמת 15.

Protocol

1. מגן התקנת הפלזמה

  1. מקם כל החלקים של הסביבה החשמלית בתוך הכלוב: אספקת חשמל, מתח / מטר נוכחי, כבל מתח, אלקטרודות פלזמה, סילון פלזמה, וכו '
  2. ודא כי שטח בתוך הכלוב מספיק כך האלקטרודה חי, אלקטרודה הקרקע וכבלים בהתאמה אינם באים במגע אחד עם השני או רשת מתכת.
  3. לצייד את הכלוב עם משתלבים מחוברים אספקת חשמל פלזמה על מנת למנוע הסיכון של התחשמלות האלקטרודה המתח הגבוהה במהלך מבצע הפלזמה.
  4. מניח את שולטת שהמתח ותדר על פני השטח החיצוניים של הכלוב כדי לאפשר שינוי של הפרמטרים, בלי להפריע את פעולת הפלזמה.
  5. קרקע כל המתכת תומכת בתוך כלוב הרשת ואת הכלוב עצם על ידי חיווט אותם תקע מליטת אדמה.

2. פרמטרים פריקים

  1. מקם את האלקטרודה חיים מתחת o אלקטרודה הקרקעn שפופרת זכוכית (כלומר, קרוב יותר אל זרבובית צינור).
  2. חבר את חללית מתח אספקת חשמל הפלזמה למדוד את מתח ההפעלה, ולהעביר את האלקטרודה הקרקע באמצעות החללית הנוכחית העגולה לפקח זרם בתמורה.
  3. חבר את שני את המתח ואת החללית הנוכחית אוסצילוסקופ, ניטור הנוכחי, את המתח ואת תדירות הפעלת פלזמה (שקבע גם את הנוכחי או חללית המתח).
  4. הגדר את זרימת הגז דרך שפופרת זכוכית 2 SLM באמצעות בקרי זרימה ההמוניים (MFCs).
  5. להצית את הפלזמה בתוך שפופרת זכוכית עם הליום גלגל הגז עובר אותו על ידי סיבוב על אספקת חשמל הפלזמה. באמצעות הקריאות החלליות, להגדיר את המתח ותדירות של הפריקה ל -18 קילו וולט ו -25 kHz, בהתאמה.
    הערה: וריאציות פרמטר מתבצעות כדי לקבוע את המתח ותדירות המינימאליים שבו הפריקה מתרחשת עם התוכן המולקולרי הגבוה ביותר של כל הניסויים. thדואר גדל תוכן מולקולרי דורש מתח גבוה עבור הפלזמה להצתה. שים לב מתח גבוה יכול לגרום עלייה בטמפרטורת גז משמעותית של הפלזמה, ובכך מוביל אידוי מוגבר של המדגם הנוזלי.
  6. שמור על מתח קבוע בכל הניסויים.

3. היכרות עם מוספים לגז Feed

  1. חבר את MFC השני אל צינורות גז ההזנה הראשיים באמצעות T-מחבר.
  2. כדי להוסיף את אדי מים לגז להאכיל, לביים זרימת MFC-מוסדרת של הליום דרך בקבוקון Drechsel מלא מים ואת מיקומו מחוץ (על גבי או בצד) כלוב הרשת.
  3. השג רמה רצויה של רוויה ידי פיצול זרימת גז ההזנה. 10% ישירים של זרימת הגז (200 SCCM) דרך בקבוק Drechsel עם מים (H 2 O 16) כדי להשיג רווית 10% מגז ההזנה.
  4. באמצעות מחבר ה- T, לשלב גז-רווי אדי מים זה באופן מלא עם 90% (1,800 SCCM) שלזרימת גז יבשה.

4. Reactor

  1. כן כור זכוכית מורכב משני חלקים, עליונים ותחתונים. לצייד את החלק התחתון של עם צינור פליטה.
  2. מקם את כור הזכוכית בבית הפייה של סילון הפלזמה.
  3. הכנס את נחיר סילון פלזמה לתוך grommet גומי בתוך הפתח בחלק העליון של הכור.
  4. הכן את המכל המורכב ממאגר היטב כמו על גבי דוכן. פוך הוא דוכן הבאר מחומר דיאלקטרי (למשל, זכוכית, זכוכית קוורץ).
  5. מניחים את מיכל מדגם בתוך הכור, כך היא חשופה הקולחים פלזמה מלוע של סילון.
  6. שם נוזל H 2 O 17 מדגם בתוך המכל המדגם. עבור זיהוי של רדיקלים הידרוקסיל, להשתמש בפתרון של מלכודת ספין 5,5-דימתיל-1-pyrroline- -oxide N (DMPO) (ראה 5.1).
    הערה: הבחירה של מלכודת הספין כמו גם הבחירה של המדגם הנוזל components תלוי המינים הספציפיים הנחקרים. לדוגמא, המקור הקיצוני OH • נלמד באמצעות H 2 O 16 / H 2 O 17 ו מלכודת ספין DMPO. מקור קיצוני • H מחייב שימוש של H 2 O / D 2 O (גז נוזלי). N -tert-בוטיל-α-phenylnitrone (PBN) אמור לשמש לצורך זיהוי של • H הרדיקלי. במקרה של הוא פלזמה עם אדי H 2 O, הוצג בפני מימן מלכודת בעיקר הרדיקלי, תוך DMPO נוצר בעיקר DMPO-OH adduct 15.
  7. חברו את חלקי הכור שני באמצעות מגע משטחי זכוכית הקרקע.

5. ספין שמנת מינים רדיקליים

  1. הכן את הפתרונות של מלכודת ספין נבחר עם הריכוז הנדרש. עבור תמיסות מימיות, להשתמש במי דה מיוננים. עבור מלכודות ספין nitrone (כגון DMPO), להשתמש בריכוז 100 מ"מ.
  2. טרום לשטוף את הכור עם גז להאכיל (2 SLM) למשך 30 שניות.
  3. IGNITE הפלזמה (ראה 2.5) ולחשוף המדגם לנוזל קולחי הפלזמה לתקופה קצובה של זמן (למשל, 60 שניות).
  4. לאחר זמן החשיפה הנדרש, לכבות את אספקת החשמל פלזמה, לפתוח את הכור. הסר את מיכל מדגם מהכור.
  5. אסוף במדגם ולנתח אותו באמצעות ספקטרוסקופיית תהודה מגנטית אלקטרונית (EPR) 15.

Representative Results

בשיטה והציוד שתואר לעיל, אנו חקרנו את מקורו של מיני החמצן תגובתי במערכת LTP במגע עם מים. תדירות הפעלת הפלזמה והמתח היו 25 קילוהרץ ו -18 קילו וולט (שיא-לשיא), בהתאמה (איור 1).

לדוגמא, המקור הרדיקלי הידרוקסיל נקבע באמצעות המים שכותרתו isotopically. זה אפשר להבחין בין מולקולות מים בתוך הגז להאכיל מאלה במדגם הנוזלי. בשביל זה, H 2 O 16 הוצג בשנת גז ההזנה (כמו אד). מדגם נוזלי של H 2 O 17 עם DMPO מלכודת ספין המומס הוצב מיכל מדגם. הכור מראש סמוק למשך 30 שניות עם הגז להאכיל. חשוב לציין, במקרה זה כבר מראש שטיפת זמן עלולה לגרום כמות משמעותית של H 2 O 16 נמסר נוזל H UB> 2 17 O מדגם. לאחר מכן, הפלזמה הוצתה ואת המדגם נחשף השפכים במשך 60 שניות. הפתרון לאחר החשיפה נותח על ידי EPR. שני adducts הרדיקלי DMPO-OH (DMPO- 17 OH ו DMPO- 16 OH) אותרו (איור 2). היחס בין adducts נוצר נקבע באמצעות ניתוח נוסף של הנתונים EPR. ניתוח MS של רכב השלב הנוזלי הראה היחס של H 2 O 16 (מתפזר לתוך הנוזל משלב הגז) כדי H 2 O 17 (טבלה 1). ההשוואה של שתיים הציעה כי רדיקלים הידרוקסיל זוהו בנוזל היו, למעשה, שמקורם בשלב הגז, ולא בנוזל.

ניתן לבצע מחקרים דומים על ידי שימוש במערכות אחרות, כגון מערכת D 2 O / H 2 O כדי לזהות את מקור H • (• ד) 15 הרדיקלי.

her.within-page = "1"> איור 1
הגדרה באיור 1. המשמשת חקירת המקור של מיני חמצן תגובתי. הפלזמה נוצרה בתוך שפופרת זכוכית קוורץ (4 מ"מ קוטר פנימי, 1 מ"מ עובי דופן) עם הגז להאכיל הליום. את זרימת הגז להאכיל הייתה 2 SLM. גז ההזנה הכלול H 2 O אדי הציג כאמור לעיל. נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 2
איור 2. ספקטרום EPR של תערובת של DMPO-H, DMPO- 16 OH ו -17 DMPO- adducts הרדיקלי OH המושרה הפתרון של DMPO ב H 2 17 O חשוף פלזמה. הניתוח בוצע באמצעות תוכנת סימולצית ספקטרום באמצעות ערכי hyperfine הזמינים בספרות 16. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

שולחן 1
ריכוז בטבלה 1. של OH DMPO- 16 ו DMPO- 17 adducts הרדיקלי OH וכמות H 2 O 16 בנוזל H 2 O 17 מדגם לאחר חשיפת הפלזמה. הכמויות המוחלטות של ריכוזי adducts התקבלו באמצעות כיול EPR עם 2 הרדיקליים היציבים,2,6,6-Tetramethylpiperidine 1-oxyl (טמפו). במקרה של לא אדי מים הוסיפו (1 entry), לחות שיורית נכחה גז ההזנה. הכמויות היחסיות של H 2 O 17 ו- H 2 O 16 במדגם הנוזלי נקבעו באמצעות תגובת הידרוליזה של כלוריד cinnamoyl מניבה תערובת 16 O- ו -17 חומצות O-cinnamic על תגובה עם פתרון החשיפה שלאחר הפלזמה. התערובת המתקבלת נותחה על ידי ספקטרומטריית מסה ברזולוציה גבוהה כמתוארת במקום אחר 15.

Discussion

הנה, אנחנו מדגימים את השימוש התקנה פלזמה בתוך הבית שנבנה בלחץ אטמוספרי. כלוב רשת המתכת עוזר להשיג תנאי פלזמה לשחזור עם הפרעה ממוזערת מתחומים חיצוניים, בעת ובעונה האחת להגן על ציוד סמוך רגיש מפני הפרעות אפשריות ו / או ניזק בכל שדות פלזמה מושרה. המיגון (כלובים) של ההתקנה תלוי בסוג של פלזמה מופעלת המאפיינים החשמליים שלה. המטרה היא להבטיח היעדר התערבות חיצונית על מבצע הפלזמה ולהימנע שדות הפלזמה מפריעה שמסביב ציוד. במקרה זה גודל הרשת הוא 22 מ"מ, עם זאת, גודל רשת מופחתת עשוי להידרש פלזמות שונות. הפרמטרים המבצע הפלזמה נשלטו באמצעות מתח בדיקה נוכחית חובר אוסצילוסקופ. המבוא של חללית מתח הגבוהה משנה את הסביבה החשמלית משמעותי, ולכן החללית חייבת להיות חלק של מערכת החשמל ולהיות מניחהioned באותו אופן לאורך כל הניסויים.

שימוש כור הזכוכית encapsulating מדגם סילון הפלזמה מאפשר הרחקה של אטמוספרת הסביבה של רכב לעתים קרובות ידוע ממערכת התגובה. בשנת התוצאות שהוצגו (לעיל vide), זה היה בשימוש כדי לקבוע את מקור מיני חמצן תגובתי נגרם פלזמה במדגם המימי חשופי קולחי הפלזמה. חקירה כזו היא אפשרית אם המולקולות של המים הנוזליים ושל מי הגז להאכיל (אדי) יכולים להיות מובחנות. כדי לקבוע אם רדיקלים הידרוקסיל נוצרו בשלב הגז או מן מולקולות מים הנוזליות, מים שכותרתו isotopically הוצגו: H 2 O 17 כמדיום הנוזלי, H 2 O 16 אדי גז ההזנה. אם ניסוי היפותטי נערך באווירה פתוחה, תוך הבחנה בין שני השלבים היו כבר הקשתה על ידי הנוכחות של אדי המים באוויר שמסביב.שיטה חלופית כדי למזער את ההשפעה של האווירה שמסביב הודגמה בספרות, שבה דיפוזיה של המינים מן האטמוספרה לתוך שפכי הפלזמה נמנעה באמצעות גז מגן 17. גז המיגון (N 2 או O 2) יוצר וילון גז עם רכב ידוע 18. הכור שהוצג בכתב היד הזה הוא דרך פשוטה להסיר את שפעת הרכיבים באוויר הסביבה (כגון אדי מים), וניתן להשתמש בו עם מטוסי פלזמה שונים ללא ההקדמה של זרימת גז הנוספת. בדומה • OH הרדיקלי, המקור • H הרדיקלי יכול להיקבע על ידי העסקת D 2 O / H 2 O מערכת. ה O הזול D 2 יכול גם להיות מוחדר גז העדכון בתור אד כמתואר לעיל.

הרוויה של הגז עם אדי H 2 O נקבעה על ידי שקילת בקבוק Drechsel לפני ואחרי מבעבע את זרימת גז throuGH זה. הלחות היחסית (כלומר, הרוויה) של הגז מחושבת לפי כמות המים התאדו היקף הגז עבר.

שים לב בניסויים ממושכים, הטמפרטורה של הנוזל בבקבוק Drechsel עשויה לקטון בשל ההתאדות. הלחות היחסית מחושבת עבור לטמפרטורה מסוימת. הערכים חושב מושווים נוספים עם אלה בספרות 19 כדי לקבוע את הלחות היחסית של גז ההזנה. גילינו אמפירי כי זרימה של עד 2 SLM של הוא דרך Drechsel מלא מי בקבוקון מלא מרווה הגז עם אדי מים. עם זאת, ספיקות גבוהות לא יכולות לאפשר זמן מגורים המספק של הגז בנוזל הרוויה מלאה. ייתכן שתידרשנה טכניקות רוויה אחרות.

עוד משימה מאתגרת היא להבטיח כי לא אוויר שמסביב קיים במערכת. הכור הוא מראש סמוק עם הגז להאכיל להסיר באוויר שיורית.הזמן הדרוש-שטיפה מראש יהיה תלוי בהיקף הכור ואת זרימת גז ההזנה. העדר דיפוזיה באוויר הסביבה החיצונית entrainment למערכת כגון מערכת פלזמה גז הליום להאכיל יכול להיבדק באמצעות • אין תגובה השמנה קיצונית. תחמוצת החנקן שנוצר על ידי פלזמה מ N 2 ו- O 2 מולקולות של אוויר יכול להיות מזוהים על ידי EPR בתור adduct הרדיקלי של (MGD) 2 Fe 2+ 20 מורכבים (MGD = N -methyl-D-glucamine dithiocarbamate). במקרה של העדר מוחלט של אוויר, האות EPR של adduct לא הוא ציין. היעדרם של מולקולות מים חיצוניות בכור ניתן להדגים על ידי הניסוי הבא. מדגם נוזלי של D 2 O חשוף פלזמת גז מזון יבשה. ניתוח התמ"ג של המדגם-החשיפה פוסט חושף את הסכום של H 2 O הביא לתוך הנוזל במהלך החשיפה. זה מאפשר לאמוד את הסכום של H 2 O שיורית של טוביןגרם משמש הגז להאכיל 15 בניסוי.

העיצוב מיכל המדגם הוא מכריע העבודה הניסויית. בתחילה, ניסינו באמצעות צינורות פלסטיק וזכוכית microcentrifuge. יחד עם זרימת גז להאכיל פלזמה גבוהה יחסית, הקוטר הקטן של הפתיחה אינו מאפשר את האוויר שמסביב לחדור צינור microcentrifuge. עם זאת, יש לכך חסרונות רבים. הפלזמה הציגה קימור ולהגדיל טמפרטורה גדולה ליד הקצוות של צינור microcentrifuge. המשלוח של המינים משלב הגז לתוך הנוזל היה גם באופן משמעותי פחות יעיל בגלל הדינמיקה בשלב תדלוק השונה ואת השטח הנמוך (ונפח גדול) של המדגם הנוזלי. לכן, שטח הפנים של מדגם הנוזל חיוני עבור המשלוח של מיני תגובתי משלב גז המדגם הנוזלי. זה חשוב במיוחד עבור רדיקלים הקצר המועד. מכולת המדגם הנוזלי ולכן צריכה להיות מתוכננת לאפשר חשוףלנוזל יש שטח פנים גבוה עבור דיפוזיה יעילה. המדגם צריך גם עומק נמוך כדי למזער את המגבלות הקשורות הסעה של המדגם נוזלי. זה חייב להילקח בחשבון כי מוגבה תזרים גז ובמיוחד עם פלזמה מתלקחת ליצור הפרעות משמעותיות על פני השטח של המדגם הנוזל 21. לכן, מכל המדגם יש צורה היטב כמו עם קוטר ועומק הנדרש לצורך הניסוי הספציפי. גובה עמדה אשר הבאר ממוקמת יכול להיות מותאם לצרכים ניסיוניים. Grommet הגומי שדרכו סילון הפלזמה מוכנס לתוך הכור מאפשר לשנות את זווית המגע של הקולחים עם הנוזל.

השיטה המוצגת מאפשרת חקירה של מקור המינים תגובתי (• OH, • H, וכו ') הנגרם בנוזל על ידי סילון פלזמת שדה מקביל תדירות kHz. שיטת העסקת כור זכוכית סביב הסילון אינה מוגבלת אל described תנאים, וניתן להשתמש בו עם פלזמות בלחץ אטמוספרי אחרות. השיטה מאפשרת הכנסה כל מוספים לגז ההזנה: אדי, O 2, N 2, וכו 'בין שאר היתרונות שלה היא האפשרות לקיים מדידות אופטיות בתוכו, אם כי זכוכית קוורץ באיכות אופטית במקרה זה חייב לשמש כור חוֹמֶר. צינור הפליטה בחלק התחתון של הכור מאפשר באמצעות סילון הפלזמה כמעט בכל מעבדה: המפלט יכול להיות מחובר דרך צינורות פלסטיק כדי ברדס חילוץ מרחוק. מושג הכור הוא תכליתי ויכול לשמש במחקר של פלזמות שונות שבם באווירה מבוקרת נדרשת. לדוגמא, פילמור של סטירן מעוכב על ידי מיני חמצן 22, אבל ניתן לראות את הכור כאשר סטירן הנוזלי חשופת פלזמת גז הליום ההזנה.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Plasma Resonant and Dielectric Barrier Corona Driver power supply  Information Unlimited PVM500 
Mass flow controller (MFC) Brooks Instruments  2 slm (He calib.)
MFC Brooks Instruments  5 slm (He calib.)
Microcomputer controller for MFCs Brooks Instruments  0254
H217O Icon Isotopes IO 6245
5,5-dimethyl-1-pyrroline N-oxide Dojindo Molecular Technologies, Inc.  D048-10 ≥99%
2,2,6,6-tetramethylpiperidine 1-oxyl  Sigma-Aldrich 214000 98%
Helium BOC UK 110745-V 99.996%
High voltage probe Tektronix  P6015A
Current probe Ion Physics Corporation  CM-100-L
Oscilloscope Teledyne LeCroy WaveJet 354A 

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Boxhammer, V., et al. Bactericidal action of cold atmospheric plasma in solution. New J. Phys. 14, 113042 (2012).
  2. Graves, D. B. The emerging role of reactive oxygen and nitrogen species in redox biology and some implications for plasma applications to medicine and biology. J. Phys. D: Appl. Phys. 45, 263001 (2012).
  3. von Woedtke, T., Reuter, S., Masur, K., Weltmann, K. -D. Plasmas for medicine. Phys. Rep. 530, 291-320 (2013).
  4. Machala, Z., et al. Formation of ROS and RNS in Water Electro-Sprayed through Transient Spark Discharge in Air and their Bactericidal Effects. Plasma Proc. Polym. 10, 649-659 (2013).
  5. Lu, X., et al. Reactive species in non-equilibrium atmospheric-pressure plasmas: Generation, transport, and biological effects. Phys. Rep. 630, 1-84 (2016).
  6. Takamatsu, T., et al. Microbial Inactivation in the Liquid Phase Induced by Multigas Plasma Jet. PLoS One. 10, 0132381 (2015).
  7. Ahlfeld, B., et al. Inactivation of a Foodborne Norovirus Outbreak Strain with Nonthermal Atmospheric Pressure Plasma. mBio. 6, 02300 (2015).
  8. Hirst, A., et al. Low-temperature plasma treatment induces DNA damage leading to necrotic cell death in primary prostate epithelial cells. Brit. J. Cancer. 112, 1536-1545 (2015).
  9. Norberg, S. A., Tian, W., Johnsen, E., Kushner, M. J. Atmospheric pressure plasma jets interacting with liquid covered tissue: touching and not-touching the liquid. J. Phys. D: Appl. Phys. 47, 475203 (2014).
  10. Greb, A., Niemi, K., O'Connell, D., Gans, T. Energy resolved actinometry for simultaneous measurement of atomic oxygen densities and local mean electron energies in radio-frequency driven plasmas. Appl. Phys. Lett. 23, 234105 (2014).
  11. Wagenaars, E., Gans, T., O'Connell, D., Niemi, K. Two-photon absorption laser-induced fluorescence measurements of atomic nitrogen in a radio-frequency atmospheric-pressure plasma jet. Plasma Sources Sci. Technol. 21, 042002 (2012).
  12. Abd-Allah, Z., et al. Mass spectrometric observations of the ionic species in a double dielectric barrier discharge operating in nitrogen. J. Phys. D: Appl. Phys. 48, 085202 (2015).
  13. Takamatsu, T., et al. Investigation of reactive species using various gas plasmas. RSC Adv. 4, 39901-39905 (2014).
  14. Uchiyama, H., et al. EPR-Spin Trapping and Flow Cytometric Studies of Free Radicals Generated Using Cold Atmospheric Argon Plasma and X-Ray Irradiation in Aqueous Solutions and Intracellular Milieu. PloS One. 10, e0136956 (2015).
  15. Gorbanev, Y., O'Connell, D., Chechik, V. Non-thermal plasma in contact with water: The origin of species. Chem. Eur. J. 22, 3496-3505 (2016).
  16. Spin Trap Database, National Institute of Environmental Health Sciences. , Available from: http://tools.niehs.nih.gov/stdb/ (2016).
  17. Schmidt-Bleker, A., Winter, J., Iseni, S., Rueter, S. Reactive species output of a plasma jet with a shielding gas device - Combination of FTIR absorption spectroscopy and gas phase modelling. J. Phys. D: Appl. Phys. 47, 145201 (2014).
  18. Schmidt-Bleker, A., et al. On the plasma chemistry of a cold atmospheric argon plasma jet with shielding gas device. Plasma Sources Sci. Technol. 25, 015005 (2015).
  19. CRC Handbook of Chemistry and Physics. Lide, D. R. , CRC Press. Boca Raton, Florida, USA. (1992).
  20. Tsuchiya, K., et al. Nitric oxide-forming reactions of the water-soluble nitric oxide spin-trapping agent, MGD. Free Radic. Biol. Med. 27, 347-355 (1999).
  21. Robert, E., et al. Rare gas flow structuration in plasma jet experiments. Plasma Sources Sci. Technol. 23, 012003 (2014).
  22. Allen, T. L. Oxygen inhibition of the polymerization of styrene. J. Appl. Chem. 4, 289-290 (1954).

Tags

הנדסה גיליון 117 פלזמה קרה סילון פלזמה בלחץ אטמוספרי מינים תגובתי כור באווירה מבוקר שפכי פלזמה כלוב פאראדיי השמנת ספין רדיקלית מים שכותרתו isotopically פיסיקה
התקנת פלזמת לחץ אטמוספרה לחקר היווצרות המינים הריאקטיבי
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Gorbanev, Y., Soriano, R.,… More

Gorbanev, Y., Soriano, R., O'Connell, D., Chechik, V. An Atmospheric Pressure Plasma Setup to Investigate the Reactive Species Formation. J. Vis. Exp. (117), e54765, doi:10.3791/54765 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter