تحليل الصور-أكسدة 2-بروبانول بتركيزات مستوى الهواء في الأماكن المغلقة باستخدام حقل أيون غير المتناظر التنقل قياس الطيف الكتلي

Chemistry
JoVE Journal
Chemistry
AccessviaTrial
 

Summary

بروتوكول لتحديد فعالية فوتوكاتاليستس في اللاإنسانية الهواء تركيز (جزء في البليون) نموذج الكربونات العضوية المتطايرة مثل كما هو موضح 2-بروبانول.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations | Reprints and Permissions

Ireland, C. P., Coto, M., Brown, L., Paris, R., Ducati, C. Analyzing the Photo-oxidation of 2-propanol at Indoor Air Level Concentrations Using Field Asymmetric Ion Mobility Spectrometry. J. Vis. Exp. (136), e54209, doi:10.3791/54209 (2018).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

علينا أن نظهر بروتوكول متعدد الاستخدامات لاستخدامها لتحديد فعالية فوتوكاتاليستس في اللاإنسانية الهواء في الأماكن المغلقة (جزء في البليون) تركيز الكربونات العضوية المتطايرة (VOCs)، التي توضح هذا مع عامل حفاز أكسيد التيتانيوم على أساس، والمركبات العضوية المتطايرة 2-بروبانول. البروتوكول يستفيد من التحليل الطيفي التنقل حقل أيون غير المتناظر (فايمس)، أداة تحليل التي قادرة على مواصلة تحديد ورصد تركيز المركبات العضوية المتطايرة مثل 2-بروبانول والاسيتون على مستوى جزء في البليون. الطبيعة المستمرة فايمس يسمح تحليل مفصل الحركية، وردود الفعل طويلة الأمد، يوفر ميزة كبيرة على مدى الفصل اللوني للغاز، دفعة لعملية تستخدم تقليديا في توصيف تنقية الهواء. واستخدمت استخدام فايمس في تنقية الهواء على بهوتوكاتاليتيك إلا مؤخرا للمرة الأولى، ومع البروتوكول هو موضح هنا، ويوفر المرونة في السماح للمركبات العضوية المتطايرة وفوتوكاتاليستس بديل اختبار باستخدام بروتوكولات قابلة للمقارنة فريدة من نوعها نظام لإلقاء الضوء على بهوتوكاتاليتيك ردود تنقية الهواء بتركيزات منخفضة.

Introduction

جودة الهواء في الأماكن المغلقة قد تأتي في صدارة مؤخرا. ولعل من المستغرب أن الهواء في الأماكن المغلقة تحتوي على عدد أكبر من الكربونات العضوية المتطايرة (VOCs)، وفي تركيزات أعلى منها في الهواء الطلق. 1 مع الناس أنفاق ما يزيد على 80 في المائة وقتهم في الداخل، في أماكن مثل المنازل السكنية وأماكن العمل، والنقل بما في ذلك السيارات والقطارات والطائرات ونوعية الهواء يمكن أن تكون قضية حقيقية. كثير من المركبات العضوية المتطايرة الشائعة في الهواء في الأماكن المغلقة مطفرة أو مسببة للسرطان،2،3 ، وحتى يتم إزالة هذه أولوية رئيسية، لا سيما وأن ظاهرة 'متلازمة بناء المرضى' يمكن أن يؤدي إلى اعتلال الصحة والإنتاج المفقود من خلال وقت التوقف عن العمل . 1 يمكن أن تتضمن أجهزة تنقية الهواء فوتوكاتاليست، حيث يتحلل أشباه الموصلات، دائماً ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO2) وتفعيلها مع الأشعة فوق البنفسجية، المركبات العضوية المتطايرة من خلال عملية أكسدة الضوئية. فوتوكاتاليسيس منطقة متزايد للبحوث، مع تطبيقات في المياه تقسيم لإنتاج الهيدروجين والملوثات تدهور4،5،،من67؛ تنقية الهواء ومنطقة نشطة بوجه خاص نظراً للجدوى التجارية لهذا التطبيق8. ومع ذلك، الكشف عن المركبات العضوية المتطايرة في التركيزات الموجودة في الهواء في الأماكن المغلقة (عادة جزء في البليون) يمثل تحديا. مع الحركية من رد فعل بهوتوكاتاليتيك التالية Hinshelwood لانغموير حركية9، فعالية فوتوكاتاليست في المركبات العضوية المتطايرة مهينة بتركيزات عالية لا تمثل فعاليته بتركيزات منخفضة. هنا يمكننا وصف نظام تنوعاً وبروتوكول لتحديد فعالية فوتوكاتاليستس في اللاإنسانية المركبات العضوية المتطايرة في تركيزات منخفضة مثل استخدام حقل الطيفي التنقل أيون غير المتناظر (فايمس)، التي توضح هذا مع TiO2 على أساس فوتوكاتاليست، والمركبات العضوية المتطايرة النموذجي 2-بروبانول.

الإشعاعات المؤينة على تدفق غاز، فايمس يفصل ويحدد الأيونات الكيميائية استناداً إلى قدرتها على الحركة تحت حقل كهربائي متفاوتة في الضغط الجوي10،،من1112. جزيئات مع تقارب بروتون عالية، مثل المركبات العضوية المتطايرة مناسبة تماما لفصلها والكشف عنها بواسطة فايمس، مع أجزاء كل بليون (ppb) القرار، وفي جزء في البليون تركيزات13. قادر على رصد باستمرار المتطايرة متعددة في وقت واحد، تحليل مثالية لاستخدامها في تنقية الهواء بهوتوكاتاليتيك الاختبار، كما هو الحال، بالإضافة إلى رصد المركبات العضوية المتطايرة المستخدمة الملوثات. فايمس يمكن أيضا الكشف عن وسيطة أو منتجات المركبات العضوية المتطايرة الأخرى مع تقارب بروتون عالية من رد الفعل بهوتوكاتاليتيك، مطلب أساسي في إثبات أن فوتوكاتاليست فعالة، كحالة التدهور غير كاملة، قد تكون بعض المركبات العضوية المتطايرة المنتجة سمية أو أكثر سمية من المركبات العضوية المتطايرة تتعرض للتدهور.

واستخدمت فايمس إلا مؤخرا لأول مرة في تطبيقات تنقية الهواء في بهوتوكاتاليتيك14، وعلى الرغم من عدم اقتراح فايمس أعلى من الفصل اللوني للغاز، ووضوح يوفر بديلاً تنوعاً، مما يحتمل أن يكون قوية أداة في دراسة لتنقية الهواء. نحن هنا لتوضيح هذا الأسلوب مع بروتوكول التي تنطوي على الصور-أكسدة 2-بروبانول مع فوتوكاتاليست ثاني أكسيد التيتانيوم على أساس. لتوليد 2-بروبانول في الهواء في الأماكن المغلقة هي مستوى تركيزات تخلل أنابيب تستخدم15. تتألف من أنبوب PTFE تحتوي على سائل المركبات العضوية المتطايرة، التي هي مختومة ومجعد في كلا طرفي، ظل تدفق مستمر، ينشر المركبات العضوية المتطايرة الواردة داخل الأنبوب تخلل PTFE مختومة بمعدل ثابت، بتركيزات مماثلة للهواء في الأماكن المغلقة. هذا التدفق ثم يتم تمرير إلى دائرة رد فعل الذي يحتوي على شعر، ومن ثم إلى محلل فايمس، حيث يمكن تحديد هوية والتحديد الكمي للمركبات العضوية المتطايرة. فايمس يسمح تركيز 2-بروبانول تحديد، ومن خلال مكتبة من الأطياف من معرفة المركبات العضوية المتطايرة، هوية إضافية من المركبات العضوية المتطايرة المنتجة أثناء عملية التفاعل الصور مثل الأسيتون تحدد من خلال المقارنة بين هذه الأطياف مع المكتبة. مزايا رئيسية لهذا الأسلوب هي المرونة: يمكن أن يكون ببساطة تغيير الأنبوب تخلل أو محفز، اختبار بديلة من المركبات العضوية المتطايرة والمواد الحفازة.

Protocol

1-ماكياج أنابيب تخلل المركبات العضوية المتطايرة، وتحديد معدل انتشار

  1. ماكياج أنابيب تخلل 2-بروبانول
    ملاحظة: لتجنب التلوث، ارتداء قفازات أثناء هذه العملية.
    تنبيه: 2-بروبانول هي قابلة للاشتعال ومصدر إزعاج. القيام بهذا الإجراء بعيداً عن أي اللهب المكشوف. ارتداء القفازات عند التعامل مع 2-بروبانول. استشارة العظمية من 2-بروبانول للحصول على مزيد من المعلومات.
    1. قياس وقطع بطول 14 سم PTFE أنابيب.
    2. ختم وتجعيد واحدة من نهاية الأنبوب عن طريق إدراج بطول 2 سم من PTFE رود في نهاية الأنبوب PTFE، وتغطي ثم مع تجعيد معدنية 2 سم
    3. ضع الأنبوب PTFE، رود وتجعيد في العقص أداة، وثم ضع هذا إلى نائب. بدوره نائب، تشديد قدر الإمكان لإغلاق الأنبوب PTFE مع تجعيد.
    4. "الماصة؛" إلى نهاية الأنبوب PTFE مبلغاً قدرة 2-بروبانول، مثل أن الأنبوب PTFE حوالي 1/3 كامل (حوالي 3-4 مل).
    5. كرر 1.1.2-1-1-3 الختم وتجعيد نهاية فتح الأنبوب تخلل؛ ثم مصدر تخلل كاملة.
  2. تحديد معدل انتشار للمركبات العضوية المتطايرة في أنبوب تخلل
    1. وزن الأنبوبة تخلل، استخدام معايرة توازن، إلى مالا يقل عن 4 منازل عشرية، مشيراً إلى كل من الوزن والوقت.
    2. من هواء المضغوط توصيل إمدادات الهواء المضغوط الصف مثاليا طبية (أو ما يعادلها)، أنابيب (PTFE أنابيب قطرها 1/8 في قطرها الداخلي في 0.063) إلى بند في منظم للضغط. من الجهة المنظمة، الاتصال، باستخدام أنابيب PTFE القطر نفسه، إلى أحد المنافذ لموصل منفذ GL45 4، مشدود إلى زجاجة زجاج 250 مل GL45. إغلاق اثنين من الموانئ، والاتصال بطول الأنابيب PTFE المنفذ النهائي ودليل هذا منفذاً لغطاء دخان.
    3. ضع الأنبوب تخلل في زجاجة GL45، وضمان وجود بخار مستمر من الهواء المضغوط بمعدل تدفق دقيقة 2.5 لتر-1. بدلاً من ذلك، ضع الأنبوبة في قاعة إضعاف النظام كما هو مبين في الشكل 1، والمبين في الفرع 2-1.
    4. في فترات زمنية محددة (على سبيل المثال-اليومية) كرر قياس الوزن (1.2.1) ومكان العودة إلى النظام (1.2.2). إذا كان الانخفاض في الوزن لا يمكن الكشف عنها باستخدام الرصيد، زيادة الفاصل الزمني بين وزن الأنبوبة تخلل (على سبيل المثال-أسبوعية، نصف شهرية). لاحظ أن هذه عملية المعايرة، تبعاً لمعدل الانتشار، يمكن أن يستغرق فترة زمنية لبضعة أشهر.
    5. الرسم البياني بمعدل نشر مع الوقت بالدقائق على المحور x وفقدان الكتلة في نانوجرام (الحرس الوطني) على المحور ص. رسم خط مستقيم بين النقاط؛ باستخدام معادلة الخط المستقيم (y = mx + ج)، تحديد انحدار الخط (م). وهذا هو معدل تخلل في الحرس الوطني مين-1.

2-الأكسدة الضوئية رد فعل

  1. تركيب معدات لاستخدامها في رد الفعل فارغة والأكسدة الضوئية (الشكل 1)
    1. توصيل أنابيب (PTFE أنابيب قطرها 1/8 في قطرها الداخلي في 0.063) من هواء المضغوط الإمداد بخط في منظم للضغط. من ذلك، قم بتوصيل فخ رطوبة، لضمان مستوى منخفض متسقة من الرطوبة يدخل برنامج الإعداد. من هنا، قم بتوصيل أنابيب PTFE الغسيل لتنظيف الهواء المضغوط كذلك.
    2. من فخ الرطوبة أو الغسيل، الاتصال، باستخدام أنابيب PTFE القطر نفسه، باستخدام زجاجة من زجاج، التي سوف تكون الدائرة تمييع التي سيتم استخدامها لعقد الأنابيب تخلل (GL45، 500 مل). لضمان اتصال ضيق غاز، استخدم سداده ملولبة [هبلك]، موصل منفذ GL45 4، كاملة مع سيليكون الأختام: إغلاق اثنين من الموانئ، وتوصيل الأنابيب من الغسيل أو فخ مويستير إلى أحد المنافذ اثنين آخرين، ضمان الاتصال ضيق. المسمار [هبلك] GL 45 ملولبة على زجاجة 500 مل.
    3. قم بتوصيل أنابيب PTFE المنفذ النهائي أو ملولبة GL45 البترول، وقم بتوصيل هذا موصل منفذ [هبلك] 4 GL45 ثانية. كما هو الحال مع 2.1.2، إغلاق اثنين من المنافذ. المسمار هذا FG45 [هبلك] سداده ملولبة إلى زجاجة زجاج (جي ال 45، 250 مل)، التي سوف تستخدم كقاعة رد فعل.
    4. توصيل أنابيب PTFE إلى المنفذ النهائي على GL45 [هبلك] سداده ملولبة، ومن هذا، ربط الأنابيب لمحلل الغاز فايمس، واستخدام سواجيلوك 1/8 الغاز تجهيزات ضيق. ضمان الاسترشاد المنفذ الخارجي من محلل الغاز إلى غطاء دخان لضمان لا تلوث يدخل مجال عمل المختبر.
    5. ضع دائرة رد الفعل بحيث مركز الدائرة 15 سم من مصباح الأشعة فوق البنفسجية (على سبيل المثال-مصباح الأشعة فوق البنفسجية، تتكون من 2 × 8 ث أنبوب مصابيح، مع موجه ذروة انبعاث فوتون من 356 شمال البحر الأبيض المتوسط).
      تنبيه: الأشعة فوق البنفسجية يشكل خطرا على عيون؛ ضمان مصباح ومفاعل محاط بدرع معدني لتجنب التعرض للضوء.
  2. صور--أكسدة 2-بروبانول
    1. ضع اثنين 2-بروبانول تخلل أنابيب تجميعها مسبقاً (1.1) في قاعة تمييع للإعداد المذكورة أعلاه. ضع حافزا (مثلاً.، رأي ثاني أكسيد التيتانيوم على أساس أبعاد 55 مم × 25 مم × 1 مم) في رد فعل للدائرة، وضمان حافزا يواجه مصباح الأشعة فوق البنفسجية. تحويل تدفق الهواء المضغوط، وضبط حتى التدفق 2.5 لتر دقيقة-1، والضغط 1 بار.
    2. قم بتشغيل الأداة فايمس، وإعداد الصك حتى يمكن رؤية الحالي أيون من 2-بروبانول. باستخدام برنامج تم تكوينه للجهاز فايمس، زيادة الموجي الترددات اللاسلكية، بحيث يمكن رؤية قمم أيون متميزة على الطيف التي تنتجها الصك فايمس.
    3. استخدام برنامج تكوين الجهاز فايمس، رصد وتسجيل أيون الحالية التي هي النابعة من قمم أيون متميزة رأيت في الطيف التي تنتجها فايمس لفترة من الوقت، والعامل الحفاز في الظلام. القمم وسوف تكون 2-بروبانول، والمياه. نقطة مجموعة (على سبيل المثال. بعد أن ترك بين عشية وضحاها) وقم بتشغيل مصباح الأشعة فوق البنفسجية، ورصد الطيف فايمس التيارات أيون 2-بروبانول والمياه، بالإضافة إلى إشارات إضافية من المركبات العضوية المتطايرة المتوسطة مثل الأسيتون. باستخدام برمجيات النظام، زيادة أو نقصان الموجي الترددات اللاسلكية لتحديد الإشارات الجديدة المنبثقة من الأيونات المتوسطة.
      تنبيه: ضمان كل ضوء الأشعة فوق البنفسجية، ومفاعل مغطاة بدرع معدني قبل مضاءة المصباح، وأن الدرع حاليا في جميع أنحاء كامل الأشعة فوق البنفسجية ضوء رد فعل.
    4. نقطة مجموعة (على سبيل المثال-بعد 4 ساعات) وإيقاف تشغيل مصباح الأشعة فوق البنفسجية، ومواصلة رصد الطيف فايمس لقمم 2-بروبانول وإضافية.

Representative Results

محلل الغاز فايمس تنتج باستمرار أطياف أيون الحالية مقابل تعويض الجهد أثناء تفاعل الأكسدة الصورة الموصوفة في 2.2، الاستفادة من أنبوبين تخلل 2-بروبانول في قاعة تمييع، وثاني أكسيد التيتانيوم أساس رأي فوتوكاتاليست في دائرة رد الفعل. الأطياف التي تنتجها عادة محلل فايمس عندما شعر في الظلام، وعندما شعر مضاءة موضحة في الشكل 2a. للحصول على الأطياف مع الصك فايمس، يتم تعيين الموجي الترددات اللاسلكية في الصك إلى 64 في المائة من الحد الأقصى. في هذه القيمة الموجي RF، أيونات هيدرونيوم (تجمعات المياه) والاسيتون مونومرات مونومرات 2-بروبانول التي يمكن أن تتكون من عملية التأين صك فايمس التوصل إلى الكاشف في فايمس في الفولتية التعويض متميزة (cv)، وحتى يتم فصل على الأطياف. تتدفق الغازات الفردية حصرا عن طريق فايمس يمكن استخدام نظام لتحديد الأطياف وقيم التعويض لكل غاز16. في الطيف، هو الذروة في جهد تعويض من-2.15 V أيون هيدرونيوم، أيون كتلة المائية شكلت عندما هو المتأينة الرطوبة في الهواء. الذروة في السيرة تيه-0.14 الخامس هو 2-بروبانول14. أيون الحالية متناسب مباشرة إلى أن تركيز 2-بروبانول، وذلك باستخدام معدل انتشار (1.2)، يمكن تحديد تركيز 2-بروبانول الدخول فايمس. وبالمثل مع الأسيتون، التي تحدث في السيرة تيه-1.44 ف. يظهر الشكل 2b أيون الحالية تقاس في قمم معينة اعتبرت 2-بروبانول والاسيتون في الأطياف مع الموجي الترددات اللاسلكية في 64 في المائة من الحد الأقصى، كدالة للزمن في جميع أنحاء البروتوكول التأكسد ووصف في القسم 2-2. بعض التغييرات الطفيفة في تدفق والرطوبة يمكن أن يكون لها تأثير لتحويل قيمة cv ذروة الحالي أيون سلبا أو إيجاباً، يستخدم ذروة الارتفاع في قيمة السيرة ذاتية من ± 0.2 الخامس.

مقدار 2-بروبانول دخول محلل فايمس، مع رد فعل الدائرة في الظلام يزيد على مر الزمن. 2-بروبانول مع دخول قاعة تمييع، 2-بروبانول هي تمتز فوق سطح المحفز، التي تستأثر بمقدار 2-بروبانول الدخول فايمس الأولية منخفضة. وقت لا تزال تسجل أيون أعلى الحالية، مشيراً إلى أن يدخل قدرا أعلى من 2-بروبانول فايمس. هذا يوحي بأن يجري على سطح شعر مغطى 2-بروبانول، ومن ثم يتناقص الامتزاز على الحافز.

عندما مضاءة قاعة المفاعل، هناك زيادة فورية في الدخول فايمس 2-بروبانول. وهذا يعني أن مبلغاً قدرة 2-بروبانول ديسوربس من على سطح أرض شعر، ويدخل محلل فايمس. وفي الوقت نفسه، هناك زيادة في أيون الحالية من الذروة في السيرة الذاتية-1.44 الخامس، الذي تم تحديده مسبقاً الأسيتون، تبين له شعر تحت إضاءة متاكسدا 2-بروبانول بالأسيتون. كما أن الوقت ما زالت، مبلغ النقصان 2-بروبانول إلى درجة كبيرة دون المستوى في النقطة الأولى من الإضاءة، والاسيتون يمكن الكشف عنها، مع كل التيارات أيون متسقة على مدى فترة من حوالي 3 ساعات. وهذا يعني أن 2-بروبانول يجري دائماً متاكسدا الأسيتون، أو ثاني أكسيد الكربون والماء. 2-بروبانول تمتز على السطح، متاكسدا، والمنتجات التي تمج وأدخل فايمس، حيث يتم تسجيل الأسيتون. بعد إيقاف تشغيل الضوء، يزيد أيون 2-بروبانول الحالية، بينما يتناقص أيون الأسيتون الحالية مما يعني توقف التأكسد.

النتائج هي الممثل لتركيز 2-بروبانول والاسيتون، باستمرار رصد تركيزات جزء في البليون. بمقارنة الحالي 2-بروبانول حالة ثابتة تحت الإضاءة مع ذلك التيار 2-بروبانول دخول فايمس قبل الإضاءة، يمكن رؤية فعالية الحافز، مع انخفاض أكبر في 2-بروبانول دخول فايمس يدل على فوتوكاتاليست متفوقة. رصد المركبات العضوية المتطايرة إضافية كما يتيح إجراء تقييم أفضل لفعالية فوتوكاتاليست. في تطبيقات تنقية الهواء، مثالي ينبغي المتدهورة في المركبات العضوية المتطايرة لثاني أكسيد الكربون والماء. مركبات إضافية الكشف عن إثبات محفز غير فعالة أو استراتيجية تنقية الهواء الفقراء (معدلات التدفق، شدة الضوء، مستويات الرطوبة). فايمس يمكن رصد الصور--رد الفعل، وحتى تثبت فعالية محفز والإعداد تنقية الهواء.

Figure 1
رقم 1. الإعداد مفاعل. رسم تخطيطي يوضح الإعداد photocatalysis وضعت للاستخدام مع محلل الغاز فايمس (انظر 2.1). الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 2
رقم 2. النتائج النموذجية- (أ) نموذجي الأطياف التي تنتجها في فايمس عند الموجي RF هو 64 في المائة من الحد الأقصى عندما يكون رد الفعل الذي يحتوي على شعر في الظلام (خط رمادي)، وعندما تكون مضيئة (الخط الأخضر). (ب) رسم بياني يبين أيون الحالية في قمم من تعويض الجهد مقابل الحالي أيون الأطياف أنتجت خلال تفاعل 2-بروبانول التأكسد عند الموجي الترددات اللاسلكية في 64 في المائة من الحد الأقصى؛ 2-بروبانول (خط أحمر) والاسيتون (الخط الأزرق) تظهر، مع رد فعل مضيئة وأبرز. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Discussion

ويصف البروتوكول وسيلة فعالة لتحديد مدى فعالية الحافز على أساس أكسيد التيتانيوم، بواسطة تحديد سلوكها في اللاإنسانية نموذج المركبات العضوية المتطايرة، 2-بروبانول، تحت إضاءة الأشعة فوق البنفسجية. استخدام فايمس، يمكن رصد مبلغ 2-بروبانول باستمرار في جميع أنحاء رد فعل، بالإضافة إلى أي منتجات المركبات العضوية المتطايرة الأخرى التي يمكن أن تنتج في رد الفعل، بتركيزات مماثلة للهواء في الأماكن المغلقة. هذا الطابع المستمر يختلف كثيرا عن الفصل اللوني للغاز، تستخدم تقليديا لرصد على بهوتوكاتاليتيك تنقية الهواء في الأماكن المغلقة، الذي يستخدم عملية دفعية. مطلوب نظام GC/MS مكلفة وحساسة عموما لتحديد تركيز المركبات العضوية المتطايرة مثل تركيزات منخفضة، وعموما يتطلب تحليلاً مفصلاً لمنتجات التأكسد مزيد من المعالجة لمنتجات التأكسد، مثل أدسوربينج المنتجات إلى كربون منشط، والمعزولة ثم منها إلى مطياف كتلة. بينما الطيف الكتلي قادراً على الكشف عن جميع المنتجات، حد فايمس أنه يمكن الكشف عن منتجات فقط مع تقارب بروتون عالية. فايمس ممتازة في تحديد التركيزات المنخفضة المركبات العضوية المتطايرة، ولكن يمكن أن تكون مشبعة بتركيزات أعلى، مما يحد من النظام لتطبيقات مستوى تركيز الهواء في الأماكن المغلقة. مزايا فايمس يجعل النظام الموصوف هنا هو أداة فعالة وبسيطة يمكن أن توفر أفكاراً في ردود الفعل على بهوتوكاتاليتيك أن الغاز اللوني محدودة في تحقيق.

مع نظام فايمس الموصوفة هنا، يستخدم الصف الطبي الجوي كتدفق الغاز. مع نظام فايمس يجري حساسة جداً، درجة عالية جودة من الهواء الحرجة في السماح التأكسد الضوئي يتم تحليلها. وهذا ما يضمن أن تكون المنتجات أي كشف عن عملية الأكسدة الضوئية. وبالمثل، من الأهمية بمكان لضمان وجود لا تسرب في النظام، كمختبر الهواء عموما تحتوي على المركبات العضوية المتطايرة في تركيزات فايمس قادراً على الكشف عن. توفير المواد الاستهلاكية المذكورة من أجل الإعداد لهذا النظام نظام موثوق به، والرصد المستمر على مدى فترة الأيام أبدت لا المركبات العضوية المتطايرة القابلة للاكتشاف عندما لا يوجد حافز أو أنبوب تخلل هذا.

بينما النظام بسيط، كما أنها مرنة جداً--يمكن أن يكون اختبار بديل المركبات العضوية المتطايرة في هذه الطريقة، ببساطة جعل حوض تخلل المحتوية على المركبات العضوية المتطايرة البديلة، مثل الإيثانول أو الأسيتون والتولوين، وفي أعقاب البروتوكول. ردود على بهوتوكاتاليتيك غالباً ما تتأثر بالرطوبة. ويعمل نظام وضع هنا تحت الرطوبة المنخفضة؛ ومع ذلك يمكن إجراء الاختبار في أعلى شراء الاردأ إدخال مرطب في النظام. اعتماداً على استخدام المركبات العضوية المتطايرة، فإنه يمكن أن ينتج حساسية فايمس يجري خفض، ولكن فعالة يمكن إجراء الاختبار. 16

ويبرز الطابع المستمر فايمس ميزة على الفصل اللوني للغاز، الذي يستخدم عادة تحديد مدى فعالية فوتوكاتاليست في تنقية الهواء. 16 , 17 الفصل اللوني للغاز يستخدم دفعة لعملية جمع وتحليل عينات من الهواء؛ فايمس، بطابعها المستمر، يتيح نظرة أكثر تفصيلاً على حركية بهوتوكاتاليتيك رد الفعل، الذي يمكن أن يكون تحديا لتفسير مع تقنية الفصل اللوني للغاز دفعة. على بساطة فايمس ميزة أخرى. من أجل القيام بتحليل معقدة متعددة "المركبات العضوية المتطايرة فايمس" قادرة على، كروماتوجرافيا الغاز سوف تحتاج إلى ربطها مطياف شامل، التي يمكن أن تكون مكلفة وتتطلب معالجة إضافية. بالإضافة إلى ذلك، سيكون نظام مؤتمت مكلفة القيام بردود الفعل طويلة الأمد مع اللوني الغاز، أخذ العينات المطلوب، أو حزب العمل المكثف؛ ليس هذا هو الحال مع فايمس.

الطبيعة المستمرة فايمس يوفر مزايا هامة على مدى الفصل اللوني للغاز التي يمكن استخدامها للحصول على فهم أكبر لعملية فوتوكاتاليسيس في هذه التركيزات جزء في البليون. وعلاوة على ذلك، يتم الإعداد بسيطة يتضح هنا مرنة، مما يسمح فوتوكاتاليستس البديلة، والمركبات العضوية المتطايرة اختبارها تحت ظروف مماثلة، مواصلة تحسين فهم العملية بهوتوكاتاليتيك.

Disclosures

الكتاب لورين براون وباريس راسل هم موظفون في تكنولوجيا النانو أوولستوني، الشركة التي تقوم بتصنيع أداة التحليل فايمس التي يتم استخدامها في هذه المقالة.

Acknowledgments

الكتاب نشعر بالامتنان للدعم المالي من منسق الإغاثة الطارئة، وفي إطار المنحة رقم 259619 "صور م" ورقم المنحة 620298 "الصور الجوية" (لمفهوم الإثبات).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
PTFE Tubing Sigma-Aldrich 58699 SUPELCO  L x OD x ID 50 ft x 1/8 in x 0063 in
In-line pressure regulator Sigma-Aldrich 23882 SUPELCO High purity version (outlet pressure 0-100 psi, 1/8 in stainless steel fittings
Moisture trap Sigma-Aldrich N9301193 70 ml 1/8 fittings
Screw Cap HPLC, GL 45 VWR 554-3002 4 ports complete with silicone seals
Duran GL 45 Glass Bottle Scientific Laboratory Supplies BOT5206 250 ml 
Duran GL 45 Glass Bottle Scientific Laboratory Supplies BOT5208 500 ml
Permeation tube making kit Owlstone Nanotechnology
2-propanol Fisher Scientific 10477070  Isopropanol, extra pure, SLR
Quartzel PCO Felt Saint Gobain
UVIlite  Lamp UVItec Limited LI-208BL
Swage Fittings Swagelok SS-202-1 / SS-200-SET
Lonestar Portable Analyzer Owlstone Nanotechnology

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Wang, S. B., Ang, H. M., Tade, M. O. Volatile organic compounds in indoor environment and photocatalytic oxidation: State of the art. Environ. Int. 33, (5), 694-705 (2007).
  2. Shah, J. J., Singh, H. B. Distribution of Volatile Organic-Chemicals in Outdoor and Indoor Air - a National Vocs Data-Base. Environ. Sci. Technol. 22, (12), 1381-1388 (1988).
  3. Jones, A. P. Indoor air quality and health. Atmos. Environ. 33, (28), 4535-4564 (1999).
  4. Hoffmann, M. R., Martin, S. T., Choi, W. Y., Bahnemann, D. W. Environmental Applications of Semiconductor Photocatalysis. Chem. Rev. 95, (1), 69-96 (1995).
  5. Mills, A., LeHunte, S. An overview of semiconductor photocatalysis. J. Photochem. Photobiol., A. 108, (1), 1-35 (1997).
  6. Osterloh, F. E. Inorganic materials as catalysts for photochemical splitting of water. Chem. Mater. 20, (1), 35-54 (2008).
  7. Osterloh, F. E. Inorganic nanostructures for photoelectrochemical and photocatalytic water splitting. Chem. Soc. Rev. 42, (6), 2294-2320 (2013).
  8. Paz, Y. Application of TiO2 photocatalysis for air treatment: Patents' overview. Appl. Catal., B. 99, (3-4), 448-460 (2010).
  9. Herrmann, J. M. Photocatalysis fundamentals revisited to avoid several misconceptions. Appl. Catal., B. 99, (3-4), 461-468 (2010).
  10. Guevremont, R. High-field asymmetric waveform ion mobility spectrometry: A new tool for mass spectrometry. J. Chromatogr. A. 1058, (1-2), 3-19 (2004).
  11. Kolakowski, B. M., Mester, Z. Review of applications of high-field asymmetric waveform ion mobility spectrometry (FAIMS) and differential mobility spectrometry (DMS). Analyst. 132, (9), 842-864 (2007).
  12. Kanu, A. B., Dwivedi, P., Tam, M., Matz, L., Hill, H. H. Ion mobility-mass spectrometry. J. Mass Spectrom. 43, (1), 1-22 (2008).
  13. Field Asymmetric Ion Mobility Spectrometry. FAIMS. Available from: http://www.owlstonenanotech.com/faims (2015).
  14. Ireland, C. P., Ducati, C. Investigating the photo-oxidation of model indoor air pollutants using field asymmetric ion mobility spectrometry. J. Photochem. Photobiol., A. 312, 1-7 (2015).
  15. Owlsteone Nanotech. Permeation Tubes and Diffusion Tubes. Available from: http://www.owlstonenanotech.com/calibration-gas-generator/permeation-tubes-and-diffusion-tubes (2015).
  16. Vildozo, D., Ferronato, C., Sleiman, M., Chovelon, J. M. Photocatalytic treatment of indoor air: Optimization of 2-propanol removal using a response surface methodology (RSM). Appl. Catal., B. 94, (3-4), 303-310 (2010).
  17. Vildozo, D., Portela, R., Ferronato, C., Chovelon, J. M. Photocatalytic oxidation of 2-propanol/toluene binary mixtures at indoor air concentration levels. Appl. Catal., B. 107, (3-4), 347-354 (2011).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please sign in or create an account.

    Usage Statistics