2-propanol açıklandığı gibi iç hava konsantrasyonu (App) modeli uçucu organik Karbonlar aşağılayıcı içinde photocatalysts etkinliğini belirlemek için bir iletişim kuralı.
Yöntem makalesi
2-propanol açıklandığı gibi iç hava konsantrasyonu (App) modeli uçucu organik Karbonlar aşağılayıcı içinde photocatalysts etkinliğini belirlemek için bir iletişim kuralı.
Biz iç hava konsantrasyonu (App) uçucu organik Karbonlar (VOC), onur kırıcı, photocatalysts etkinliğini belirlemek için kullanılması için çok yönlü bir protokol bu titanyum dioksit esaslı katalizör ve VOC 2-propanol gösteren göstermek. İletişim kuralı alan asimetrik iyon hareketlilik spektroskopisi (FAIMS), sürekli olarak tanımlayan ve UOB'ler toplama 2-propanol ve App düzeyinde aseton gibi izleme özelliği olan bir çözümleme aracı yararlanır. FAIMS sürekli doğası detaylı kinetik Analizi ve uzun vadeli tepkiler, gaz kromatografi, geleneksel Hava arıtma karakterizasyonu içinde kullanılan bir toplu işlemi üzerinde önemli bir avantaj sunan sağlar. Fotokatalitik hava arıtma FAIMS kullanımında sadece son ilk kez kullanılan ve aşağıda gösterildiği protokolü ile benzersiz bir alternatif UOB'ler ve photocatalysts karşılaştırılabilir protokolleri kullanarak test edilmesi izin esnekliği sağlar Sistem Fotokatalitik hava arıtma reaksiyonları düşük konsantrasyonlarda aydınlatmak için.
İç hava kalitesini ön plana son zamanlarda geldi. Belki de şaşırtıcı, iç hava uçucu organik Karbonlar (VOC) ve açık hava daha yüksek konsantrasyonlarda daha büyük bir sayı içerir. 1 den fazla konut evler, işyerleri ve araba, tren ve uçak, dahil olmak üzere taşıma gibi yerlerde kapalı, zamanlarının % 80 harcama kişi ile hava kalitesi gerçek bir sorun olabilir. Kapalı havada ortak UOB'ler birçoğu mutajenik veya kanserojen,2,3 ve özellikle 'hasta bina sendromu' olayların kötü sağlık ve zaman işten kayıp üretim yol açabilir gibi bunlar kaldırılması önemli bir öncelik, öyle . 1 Hava arıtma cihazları nerede bir yarı iletken, kaçınılmaz titanyum UV ışık ile aktive dioksit (TiO2), bir fotoğraf-oksidasyon süreci boyunca VOC alçaltır bir photocatalyst dahil edebilirsiniz. Photocatalysis araştırma, su Hidrojen üretimi ve kirletici bozulma4,5,6,7için bölme uygulamalarında ile büyüyen bir alandır; Hava arıtma bu uygulama8ticari canlılık nedeniyle özellikle etkin bir alandır. Ancak, kapalı havada (genellikle App) mevcut olan konsantrasyonlarda UOB'ler algılama meydan okuyor. Fotokatalitik reaksiyon kinetiği ile aşağıdaki Langmuir Hinshelwood kinetik9, yüksek konsantrasyonlarda aşağılayıcı UOB'ler, photocatalyst etkinliği etkinliği düşük konsantrasyonlarda temsilcisi değil. Burada bu dayalı bir TiO2 ile gösteren bir çok yönlü sistem ve UOB'ler alan asimetrik iyon hareketlilik spektroskopisi (FAIMS), kullanarak böyle düşük konsantrasyonlarda aşağılayıcı, photocatalysts etkinliğini belirlemede iletişim kuralı tarif photocatalyst ve modeli VOC 2-propanol.
İyonize gaz akışı, FAIMS ayırır ve kimyasal iyonları onların hareketlilik atmosfer basıncı10,11,12değişen bir elektrik alanı altında temel tanımlar. Molekülleri UOB'ler gibi bir yüksek proton yakınlık ile ayrılmış ve parça başına milyar (App) çözünürlük ve App konsantrasyonları13ile FAIMS tarafından tespit için de uygundur. Sürekli olarak aynı anda birden fazla UOB'ler izleme yeteneğine sahip, Fotokatalitik hava arıtma test, kirletici kullanılan VOC izleme ek olarak olduğu gibi kullanmak için ideal bir analiz olduğunu. FAIMS da algılayabilir ara ürün veya diğer VOC ürünleri ile bir yüksek proton yakınlık Fotokatalitik reaksiyon gelen, önemli bir gereklilik kanıtlayan photocatalyst bozulması eksik ise, olarak etkilidir, bazı üretilen UOB'ler olarak toksik olabilir veya daha fazla toksik bozulmuş VOC daha.
FAIMS yakın zamanda Fotokatalitik hava arıtma uygulamaları14ilk kez kullanıldı ve FAIMS gaz kromatografi için üstün olduğunu ima değil rağmen açıkça bir güçlü olma potansiyeline sahip çok yönlü bir alternatif sunuyor Hava arıtma eğitim aracı. Burada 2-propanol titanyum dioksit göre photocatalyst ile fotoğraf oksidasyonunu içeren bir protokol ile bu tekniği göstermektedir. 2-propanol kapalı hava, oluşturmak için kullanılan15seviye konsantrasyonları nüfuz tüpler vardır. Mühürlü ve sürekli bir akış altında her iki ucunda sıkışmasını sıvı VOC içeren bir PTFE tüp oluşan mühürlü PTFE Permeasyon tüp içinde bulunan VOC dışarı için iç hava karşılaştırılabilir konsantrasyonlarda sabit bir hızda dağılır. Bu akışı daha sonra nerede kimlik ve VOC miktar tespit edilebilir keçe içeren bir reaksiyon odası ve sonra FAIMS analyzer içine geçirilir. FAIMS belirlenecek 2-propanol ve spectra kitaplığını yoluyla konsantrasyon sağlar UOB'ler, ek UOB'ler onların spectra kütüphanesi ile karşılaştırılması yoluyla belirlenen aseton gibi fotoğraf reaksiyon sırasında üretilen kimliğini biliyorum. Bu teknik önemli bir avantajı esnekliğidir: sadece Permeasyon tüp veya katalizör değiştirerek, alternatif UOB'ler ve katalizörler sınanabilir.
1. makyaj VOC nüfuz tüpler ve kendi difüzyon hızını belirleme
2. fotoğraf-oksidasyon reaksiyonu
FAIMS gaz analizörü sürekli 2.2, seyreltme odasında iki 2-propanol nüfuz tüpler kullanarak açıklanan fotoğraf oksidasyon reaksiyonu süresince iyon tazminat gerilim geçerli spectra üretir ve titanyum dioksit keçe dayalı photocatalyst reaksiyon odasında. Genellikle keçe karanlıkta ve ne zaman, keçe ışıklı FAIMS Çözümleyicisi tarafından üretilen spectra Şekil 2a gösterilmiştir. Spectra FAIMS aletle elde etmek için RF dalga cihazda maksimum % 64'ü için ayarlanır. Bu RF dalga değerde hidronyum iyonları (su kümeleri), aseton monomerler ve FAIMS enstrüman iyonizasyon sürecinden oluşan 2-propanol monomerleri ayrı tazminat voltaj (cv) adlı FAIMS dedektörü ulaşmak ve çok üzerinde ayrılır spectra. Bireysel gazlar sadece akan FAIMS sistem spectra belirlemek için kullanılabilir ve her için tazminat değerler16gaz. Spektrumda hidronyum iyon, havadaki nem iyonize zaman su küme iyon-2.15 V bir tazminat gerilim doruğunda. -0.14 V cv zirvesinde 2-propanol14ki. Geçerli iyon 2-propanol konsantrasyon ve difüzyon oranı (1.2) kullanarak, 2-propanol FAIMS girme konsantrasyonu tespit edilebilecek doğrudan orantılıdır. Benzer şekilde aseton ile-1.44 V. Şekil 2b gösterir bir cv, iyon geçerli meydana gelen 2-propanol ve spectra aseton ile en fazla, % 64'ü, RF dalga süre boyunca fotoğraf-oksidasyon protokolü bir fonksiyonu olarak tanımlanan belirli doruklarına ölçü vasıl 2.2 bölümünde açıklanan. İnce değişiklikleri akış ve nem olumlu veya olumsuz yönde Ion geçerli tepe cv değeri değişen bir etkisi olabilir, ± 0.2 V CV değeri en yüksek irtifada kullanılır.
2-propanol FAIMS analizörü, zaman içinde karanlık artar tepki odasına girerek miktarı. 2-propanol girerken seyreltme odası, 2-propanol 2-propanol FAIMS giren ilk düşük miktar için hesapları katalizör yüzeyine adsorbe. Gösteren yüksek iyon geçerli kaydedilir zaman devam ederken 2-propanol daha yüksek bir miktarda FAIMS girer. Bu yüzey keçe 2-propanol ile kaplıdır, bu nedenle adsorpsiyon katalizör üzerine azalıyor göstermektedir.
Reaktör odası aydınlatılmış, 2-propanol FAIMS girerek hemen bir artış olur. Bu bir miktar 2-propanol keçe yüzeyinden desorbs ve FAIMS analyzer girer anlamına gelir. Aynı anda, daha önce aseton, keçe aydınlatma altında fotoğraf okside 2-propanol aseton için sahip gösteren olarak tanımlanan Ion geçerli cv-1.44 V, zirve gelen artış vardır. 2-propanol azalır aydınlatma, ilk nokta düzeyinde önemli ölçüde altında bir seviyeye miktarda zaman, devam ediyor ve aseton ile her iki iyon akımlarını bir yaklaşık 3 saat boyunca tutarlı algılanabilmesi devam ediyor gibi. Bu o 2-propanol sürekli aseton veya karbon dioksit ve su okside fotoğraf anlamına gelir. 2-propanol adsorbs üzerine yüzey, fotoğraf okside ve ürün desorb ve aseton kaydedilen nerede FAIMS girin. Işık kapatıldıktan sonra aseton Ion geçerli fotoğraf-oksidasyon kesildiği tarih vardır ima azalır iken 2-propanol Ion geçerli artırır.
2-propanol ve sürekli takip App konsantrasyonları aseton, konsantrasyon temsilcisi sonuçlarıdır. Kararlı duruma 2-propanol akım altında aydınlatma aydınlatma önce FAIMS girdikten 2-propanol geçerli değeriyle karşılaştırarak, katalizör etkinliğini, 2-propanol göstergesidir FAIMS girerek büyük bir azalma ile görülebilir bir üstün photocatalyst. Ek UOB'ler izleme da photocatalyst etkinliğinin daha iyi bir değerlendirme sağlar. Hava arıtma uygulamalarında ideal VOC karbon dioksit ve su için bozulmuş. Ek bileşenleri tespit bir etkisiz katalizör ya da kötü hava arıtma strateji (akış hızı, ışık şiddeti, nem düzeyleri) göstermektedir. FAIMS fotoğraf-reaksiyonu, izleyebilir ve bu yüzden katalizör etkinliğini göstermek ve Hava arıtma Kur.

Şekil 1. Reaktör Kur. Photocatalysis kurulum gösteren diyagram geliştirilen FAIMS gaz analyzer ile kullanmak için (bkz: 2.1). Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Şekil 2. Tipik sonuçları. (a) tipik spectra RF dalga tepkidir keçe içeren karanlıkta (gri hat) ve ışıklı (yeşil hat) olduğunda maksimum % 64'ü olduğunda FAIMS tarafından üretilen. (b) RF dalga biçimi % 64'ü en fazla olduğunda iyon zirveleri üzerinden tazminat gerilim vs Ion geçerli spectra, geçerli gösteren grafik 2-propanol fotoğraf-oksidasyon reaksiyonu sırasında üretilen; 2-propanol (kırmızı çizgi) ve, vurgulanan ışıklı tepki ile gösterilen aseton (mavi çizgi). Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Protokol içinde bir model VOC, 2-propanol UV ışık altında onur kırıcı davranış belirlenerek titanyum oksit esaslı katalizör etkinliğini belirlemede etkili bir şekilde açıklar. FAIMS kullanarak, 2-propanol miktarı ek olarak iç hava için karşılaştırılabilir konsantrasyonlarda reaksiyon üretilen olabilir diğer VOC ürünler tepki boyunca sürekli olarak izlenebilir. Sürekli bu tür gaz kromatografi geleneksel bir toplu işlem kullanır Fotokatalitik iç hava arıtma izlemek için kullanılan, önemli ölçüde farklıdır. Pahalı, hassas bir GC/MS sistem genellikle UOB'ler konsantrasyonu böyle düşük konsantrasyonlarda belirlemek için gereklidir ve detaylı analiz fotoğraf-oksidasyon ürünleri genellikle ayrıntılı fotoğraf-oksidasyon ürünleri, gibi işlemek gerektirir Aktif kömür üzerine ürünler adsorbing ve sonra onları kütle spektrometre desorbing. Kütle spektrometresi tüm ürünleri tespit edebilmektedir iken, bir FAIMS sadece ürünleri yüksek proton benzeşimli algılanabilir kısıtlamasıdır. FAIMS düşük konsantrasyon UOB'ler belirlemede mükemmel, ancak daha yüksek konsantrasyonları doymuş olan iç hava düzey konsantrasyon uygulamaları sisteme sınırlar. Sistem burada gaz kromatografi Fotokatalitik reaksiyonlar anlayışlar ulaşmada sınırlı verebilecek bir etkili, basit aracı açıklanan FAIMS yapar avantajları.
Burada açıklanan FAIMS sistemi ile tıbbi sınıf hava akışı gaz olarak kullanılır. Bu kadar alıngan olma FAIMS sistemi ile bir yüksek kalite derecesi hava fotoğraf-oksidasyon çözümlenmesi izin önemlidir. Bu tespit herhangi bir ürün fotoğraf-oksidasyon işleminden olmasını sağlar. Benzer şekilde, hiçbir sızıntı içine belgili tanımlık sistem sağlamak için önemlidir laboratuvar hava genellikle konsantrasyonları UOB'ler içerdiğinden FAIMS tespit yeteneğine sahiptir. Sistem kurulumu için listelenen sarf malzemeleri güvenilir bir sistem sağlamak ve sürekli bir gün boyunca izlenmesi yok algılanabilir UOB'ler hiçbir katalizör zaman belirtti veya nüfuz tüp mevcuttur.
Sistem basit, aynı zamanda çok esnek - alternatif UOB'ler bu şekilde test edilebilir iken, sadece bir nüfuz küvet yaparak alternatif VOC, etanol, aseton veya Toluen gibi ve iletişim kuralı aşağıdaki içeren. Fotokatalitik reaksiyonlar genellikle nem tarafından etkilenir. Burada geliştirilen sistem düşük nem altında çalışır; test, daha yüksek yürütülen olabilir ancak humidities bir nemlendirici sisteme tanıtılması satın. Kullanılan VOC, bağlı sınırlı FAIMS hassasiyeti neden olabilir, ancak etkili test yapılabilir. 16
Gaz kromatografi, geleneksel olarak arındırıcı havada photocatalyst etkinliğini belirlemek için kullanılan üzerinde bir avantaj FAIMS sürekli doğasını vurgular. 16 , 17 gaz kromatografi toplamak ve hava örnekleri analiz için bir toplu işlem kullanır; FAIMS, sürekli doğası ile toplu gaz kromatografi tekniği ile yorumlamak zor olabilir Fotokatalitik reaksiyon kinetiği daha detaylı bakmak sağlar. FAIMS bir diğer avantajı basitliğidir. Birden çok UOB'ler FAIMS karmaşık analizlerini için yeteneğine sahip olan, gaz Kromatograf pahalı ve ek bir işlem gerektiren bir kütle spektrometre için bağlanması gerekir. Ayrıca, uzun vadeli tepkiler gaz Kromatograf ile gerçekleştirmek için pahalı otomatik bir sistem gerekli mi, yoksa emek yoğun örnekleme olurdu; Bu FAIMS ile durum böyle değil.
FAIMS sürekli doğası bu app konsantrasyonlarda photocatalysis işlemi daha büyük bir anlayış kazanmak için kullanılması gereken gaz kromatografi önemli avantajlar sunmaktadır. Ayrıca, burada resimli basit kurulum alternatif photocatalysts ve UOB'ler Fotokatalitik süreç anlayışı daha da iyileştirilmesi benzer koşullar altında test edilmesi için izin vererek esnektir.
Yazarlar Lauren Brown ve Russell Paris Owlstone nanoteknoloji, bu makalede kullanılan FAIMS analiz aracı üreten şirket, çalışanlardır.
Yazarlar grant altında ERC mali destekten numara 259619 fotoğraf EM ve grant 620298 fotoğraf hava (kavram kanıtı) sayısı için minnettarız.
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| PTFE Boru | Sigma-Aldrich | 58699 SUPELCO | U x OD x Kimlik: 50 ft x 1/8 inç x 0063 inç |
| Sıralı basınç regülatörü | Sigma-Aldrich | 23882 SUPELCO | Yüksek saflıkta versiyon (çıkış basıncı 0-100 psi, 1/8 inç paslanmaz çelik bağlantı parçaları |
| Nem tutucu | Sigma-Aldrich | N9301193 | 70 ml 1/8 bağlantı parçaları |
| Vidalı Kapak HPLC, GL 45 | VWR | 554-3002 | Silikon contalarla tamamlanmış 4 port |
| Duran GL 45 Cam Şişe | Bilimsel Laboratuvar Malzemeleri | BOT5206 | 250 ml&nbk; |
| Duran GL 45 Cam Şişe | Bilimsel Laboratuvar Malzemeleri | BOT5208 | 500 ml |
| Geçirgenlik tüpü yapım kiti | Owlstone Nanoteknoloji | ||
| 2-propanol | Fisher Scientific | 10477070 | İzopropanol, ekstra saf, SLR |
| Quartzel PCO Keçe | Saint Gobain | ||
| UVIlite Lamba | UVItec Limited | LI-208BL | |
| Swage Ek Parçaları | Swagelok | SS-202-1 / SS-200-SET | |
| Lonestar Taşınabilir Analiz Cihazı | Owlstone Nanoteknoloji |