तस्वीर-2 के ऑक्सीकरण-propanol इनडोर वायु स्तर सांद्रता क्षेत्र असममित आयन गतिशीलता स्पेक्ट्रोमेट्री का उपयोग कर का विश्लेषण

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Summary

इस तरह के 2 के रूप में अपमानजनक इनडोर वायु एकाग्रता (ppb) मॉडल अस्थिर कार्बनिक कार्बन में photocatalysts की प्रभावशीलता का निर्धारण करने के लिए एक प्रोटोकॉल propanol वर्णित है ।

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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).

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Abstract

हम एक बहुमुखी प्रोटोकॉल प्रदर्शित करने के लिए अपमानजनक इनडोर वायु एकाग्रता (ppb) अस्थिर कार्बनिक कार्बन (VOCs) में photocatalysts की प्रभावशीलता का निर्धारण करने के लिए इस्तेमाल किया, एक टाइटेनियम डाइऑक्साइड आधारित उत्प्रेरक के साथ इस illustrating, और VOC 2-propanol । प्रोटोकॉल क्षेत्र असममित आयन गतिशीलता स्पेक्ट्रोस्कोपी (FAIMS) का लाभ लेता है, एक विश्लेषण उपकरण है कि लगातार की पहचान करने में सक्षम है और VOCs की एकाग्रता की निगरानी ऐसे 2 के रूप में-propanol और एसीटोन के स्तर पर । FAIMS की सतत प्रकृति विस्तृत काइनेटिक विश्लेषण की अनुमति देता है, और दीर्घकालिक प्रतिक्रियाओं, गैस क्रोमैटोग्राफी, एक बैच प्रक्रिया परंपरागत रूप से हवा शोधन लक्षण वर्णन में इस्तेमाल पर एक महत्वपूर्ण लाभ की पेशकश की । photocatalytic वायु शोधन में FAIMS का उपयोग ही हाल ही में पहली बार के लिए इस्तेमाल किया गया है, और प्रोटोकॉल के साथ यहां सचित्र, वैकल्पिक VOCs और photocatalysts की अनुमति में लचीलापन की तुलना प्रोटोकॉल का उपयोग कर परीक्षण किया जा एक अनूठा प्रदान करता है कम सांद्रता पर photocatalytic वायु शोधन प्रतिक्रियाओं स्पष्ट करने के लिए सिस्टम ।

Introduction

इनडोर एयर की क्वालिटी सबसे आगे हाल में आई है । शायद आश्चर्य की बात है, इनडोर हवा अस्थिर कार्बनिक कार्बन (VOCs) की एक बड़ी संख्या में शामिल है, और बाहरी हवा से अधिक सांद्रता में । 1 अपने घर के अंदर के ८०% से अधिक खर्च लोगों के साथ, आवासीय घरों, कार्यस्थलों, और कारों, गाड़ियों, और विमान सहित परिवहन के रूप में स्थानों में, हवा की गुणवत्ता एक वास्तविक मुद्दा हो सकता है । इनडोर हवा में आम VOCs के कई mutagenic या यलो,2,3 और इसलिए इन के हटाने के एक महत्वपूर्ण प्राथमिकता है, खासकर के रूप में ' बीमार इमारत सिंड्रोम ' की घटनाएं बीमार स्वास्थ्य के लिए नेतृत्व कर सकते है और काम बंद समय के माध्यम से खो उत्पादन . 1 वायु शोधन उपकरणों एक photocatalyst, जहां एक अर्धचालक, हमेशा टाइटेनियम डाइऑक्साइड (TiO2), यूवी प्रकाश के साथ सक्रिय, एक तस्वीर ऑक्सीकरण प्रक्रिया के माध्यम से VOC नीचा शामिल कर सकते हैं । Photocatalysis, हाइड्रोजन उत्पादन और प्रदूषक क्षरण के लिए जल बंटवारे में आवेदनों के साथ अनुसंधान का एक क्षेत्र बढ़ रहा है4,5,6,7; वायु शुद्धि एक विशेष रूप से सक्रिय इस आवेदन8की वाणिज्यिक व्यवहार्यता के कारण क्षेत्र है । हालांकि, इनडोर हवा (आमतौर पर ppb) में मौजूद सांद्रता पर VOCs का पता लगाना चुनौतीपूर्ण है । Langmuir Hinshelwood कैनेटीक्स9के बाद photocatalytic प्रतिक्रिया के कैनेटीक्स के साथ, उच्च सांद्रता पर अपमानजनक photocatalyst में VOCs की प्रभावशीलता कम सांद्रता पर अपनी प्रभावशीलता का प्रतिनिधि नहीं है । यहां हम एक बहुमुखी प्रणाली और इस तरह कम सांद्रता में photocatalysts के प्रभाव का निर्धारण करने के लिए प्रोटोकॉल का वर्णन क्षेत्र असममित आयन गतिशीलता स्पेक्ट्रोस्कोपी (FAIMS) का उपयोग कर, एक TiO2 आधारित के साथ यह वर्णन photocatalyst, और मॉडल VOC 2-propanol ।

एक गैस प्रवाह, FAIMS अलग करता है और रासायनिक आयनों वायुमंडलीय दबाव10,11,12पर एक बदलती बिजली के क्षेत्र में अपनी गतिशीलता के आधार पर पहचान करता है । ऐसे VOCs के रूप में एक उच्च प्रोटॉन संबध, के साथ अणुओं को अच्छी तरह से अलग और FAIMS द्वारा पता लगाया जा करने के लिए अनुकूल हैं, अरब प्रति भागों के साथ (ppb) संकल्प, और ppb सांद्रता13पर । लगातार एकाधिक VOCs एक साथ निगरानी में सक्षम है, यह एक आदर्श विश्लेषण के लिए photocatalytic वायु शोधन परीक्षण में उपयोग करते हैं, के रूप में प्रदूषक के रूप में इस्तेमाल किया VOC की निगरानी के अलावा । FAIMS भी मध्यवर्ती या अन्य VOC उत्पादों photocatalytic प्रतिक्रिया से एक उच्च प्रोटॉन अपनत्व के साथ पता लगा सकते हैं, photocatalyst प्रभावी है कि साबित करने में एक महत्वपूर्ण आवश्यकता, के रूप में यदि क्षरण अधूरा है, उत्पादित VOCs के कुछ विषाक्त के रूप में हो सकता है या VOC से अधिक विषाक्त नीचा किया जा रहा है ।

FAIMS ही हाल ही में photocatalytic वायु शुद्धि आवेदन14में पहली बार के लिए इस्तेमाल किया गया है, और यद्यपि FAIMS सुझाव नहीं है गैस क्रोमैटोग्राफी से बेहतर है, यह स्पष्ट रूप से एक बहुमुखी विकल्प है, जो एक शक्तिशाली होने की क्षमता है प्रदान करता है वायु शोधन अध्ययन में उपकरण । यहां हम एक फोटो 2 के ऑक्सीकरण-propanol एक टाइटेनियम डाइऑक्साइड आधारित photocatalyst के साथ शामिल प्रोटोकॉल के साथ इस तकनीक का वर्णन । इनडोर वायु स्तर सांद्रता permeation ट्यूबों में 2-propanol उत्पंन करने के लिए15इस्तेमाल कर रहे हैं । तरल VOC युक्त एक PTFE ट्यूब से मिलकर, कि सील और दोनों सिरों पर समेटना, एक निरंतर प्रवाह के तहत, VOC सील PTFE permeation ट्यूब के भीतर समाहित एक स्थिर दर पर बाहर फैलाना, इनडोर हवा के लिए तुलनीय सांद्रता पर. इस प्रवाह को तो महसूस युक्त एक प्रतिक्रिया कक्ष में पारित किया है, और फिर FAIMS विश्लेषक, जहां पहचान और VOC के ठहराव निर्धारित कर सकते है में । FAIMS 2 की एकाग्रता की अनुमति देता है-propanol निर्धारित किया जा करने के लिए, और पता VOCs के स्पेक्ट्रा के एक पुस्तकालय के द्वारा, इस तरह के एसीटोन के रूप में तस्वीर की प्रतिक्रिया के दौरान उत्पादित अतिरिक्त VOCs की पहचान पुस्तकालय के साथ उनके स्पेक्ट्रा की तुलना के माध्यम से निर्धारित. इस तकनीक का एक महत्वपूर्ण लाभ इसकी लचीलापन है: बस permeation ट्यूब या उत्प्रेरक, वैकल्पिक VOCs और उत्प्रेरक बदलने से परीक्षण किया जा सकता है ।

Protocol

1. VOC permeation ट्यूबों का श्रृंगार, और इसके प्रसार की दर का निर्धारण

  1. श्रृंगार के 2-propanol permeation ट्यूबों
    नोट: संदूषण से बचने के लिए इस प्रक्रिया के दौरान दस्ताने पहनें ।
    सावधानी: 2-propanol ज्वलनशील और एक अड़चन है । इस प्रक्रिया को किसी भी खुली लपटों से दूर ले । 2-propanol हैंडलिंग जब दस्ताने पहनते हैं । अधिक जानकारी के लिए 2-propanol के MSDS से परामर्श करें ।
    1. बाहर उपाय और PTFE टयूबिंग के एक 14 सेमी लंबाई में कटौती ।
    2. सील और PTFE टयूबिंग के अंत में PTFE रॉड की एक 2 सेमी लंबाई डालने के द्वारा ट्यूब के एक छोर समेटना, और फिर एक 2 cm धातुई समेटना के साथ कवर
    3. PTFE टयूबिंग, रॉड प्लेस और समेटना उपकरण में समेटना, और फिर एक उपाध्यक्ष में इस जगह है । वाइस बारी, जितना हो सके कस के रूप में समेटना के साथ PTFE ट्यूब सील करने के लिए ।
    4. PTFE ट्यूब के खुले अंत में पिपेट 2-propanol की एक राशि है, ऐसी है कि PTFE टयूबिंग के आसपास है 1/3 पूर्ण (लगभग 3-4 एमएल) ।
    5. 1.1.2 दोहराएँ-1.1.3 सील करने के लिए और permeation ट्यूब के खुले अंत समेटना; permeation स्रोत तो पूरा हो गया है.
  2. permeation ट्यूब में VOC की प्रसार दर का निर्धारण
    1. permeation ट्यूब वजन, एक नपे संतुलन का उपयोग, कम से 4 दशमलव स्थानों के लिए, दोनों वजन और समय टिप्पण ।
    2. एक संपीड़ित हवा की आपूर्ति से (आदर्श चिकित्सा ग्रेड संकुचित हवा या समतुल्य), टयूबिंग कनेक्ट (PTFE टयूबिंग, व्यास में 1/8, आंतरिक व्यास में ०.०६३) लाइन दबाव नियामक में एक करने के लिए । नियामक से, कनेक्ट, एक GL45 4 बंदरगाह संबंधक के बंदरगाहों में से एक, एक ही व्यास PTFE टयूबिंग का उपयोग कर, एक २५० मिलीलीटर GL45 कांच की बोतल को खराब कर दिया । बंद बंदरगाहों में से दो ब्लॉक, और अंतिम बंदरगाह के लिए PTFE टयूबिंग की लंबाई से कनेक्ट करने और एक धुएं हुड के लिए इस आउटलेट गाइड ।
    3. GL45 ग्लास बोतल में permeation ट्यूब की स्थिति है, और यह सुनिश्चित करें कि २.५ L min-1की एक प्रवाह दर पर संपीड़ित हवा की एक निरंतर भाप है । वैकल्पिक रूप से, प्रणाली के कमजोर पड़ने चैंबर में ट्यूब की स्थिति के रूप में चित्र 1 में सचित्र, और धारा २.१ में वर्णित है ।
    4. विशिष्ट समय अंतराल (उदा. दैनिक) में वजन माप (1.2.1) दोहराएं और वापस सिस्टम (1.2.2) में रखें । यदि वजन में कमी undetectable संतुलन का उपयोग कर रहा है, permeation ट्यूब वजन के बीच समय अंतराल में वृद्धि (साप्ताहिक, द्वि-साप्ताहिकउदा) । ध्यान दें कि इस अंशांकन प्रक्रिया, प्रसार दर के आधार पर, कुछ महीनों की एक समय अवधि ले सकता है ।
    5. ग्राफ x अक्ष पर मिनट में समय के साथ प्रसार दर और nanograms में जन हानि (एनजी) y अक्ष पर । बिंदुओं के बीच एक सीधी रेखा आरेखित करना; सीधी-रेखा समीकरण का उपयोग करना (y = mx + c), पंक्ति की ढलान (m) निर्धारित करें । इस permeation दर के एनजी मिन-1में है ।

2. फोटो-ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया

  1. सेट-उपकरणों के रिक्त और फोटो-ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया में उपयोग के लिए (चित्रा 1)
    1. लाइन दबाव नियामक में एक संपीड़ित हवा की आपूर्ति से टयूबिंग (PTFE टयूबिंग, व्यास 1/8 में, आंतरिक व्यास ०.०६३ में) कनेक्ट । इस से, एक नमी जाल कनेक्ट, नमी के अनुरूप निम्न स्तर सुनिश्चित करने के लिए सेटअप में प्रवेश करती है. यहां से, PTFE ट्यूबिंग कनेक्ट करने के लिए एक ही हाथ संकुचित हवा को साफ करने के लिए ।
    2. नमी जाल या फिर से, कनेक्ट, एक कांच की बोतल है, जो कमजोर पड़ने चैंबर कि permeation ट्यूबों (GL45, ५०० एमएल) पकड़ इस्तेमाल किया जाएगा हो जाएगा करने के लिए, एक ही व्यास PTFE ट्यूबिंग का उपयोग कर । एक गैस तंग कनेक्शन सुनिश्चित करने के लिए, एक पेंच टोपी HPLC, GL45 4 बंदरगाह संबंधक, सिलिकॉन जवानों के साथ पूरा का उपयोग करें: बंद बंदरगाहों में से दो, और एक अंय दो बंदरगाहों में से एक को या एक नम जाल से ट्यूबिंग कनेक्ट, कनेक्शन सुनिश्चित करने तंग है । पेंच HPLC जीएल ४५ पेंच टोपी पर ५०० मिलीलीटर कांच की बोतल ।
    3. अंतिम बंदरगाह या एचपीसीएल GL45 पेंच टोपी के लिए PTFE टयूबिंग कनेक्ट, और फिर एक दूसरे HPLC GL45 4 बंदरगाह संबंधक के लिए इस कनेक्ट । 2.1.2 के साथ के रूप में, बंद बंदरगाहों में से दो ब्लॉक । पेंच इस HPLC FG45 पेंच टोपी पर एक गिलास बोतल (जीएल ४५, २५० एमएल), जो प्रतिक्रिया चैंबर के रूप में इस्तेमाल किया जाएगा ।
    4. HPLC GL45 पेंच टोपी पर अंतिम बंदरगाह के लिए PTFE टयूबिंग कनेक्ट, और इस से, FAIMS गैस विश्लेषक के लिए टयूबिंग कनेक्ट, Swagelok 1/8 गैस तंग फिटिंग का उपयोग कर । गैस विश्लेषक के बाहरी बंदरगाह सुनिश्चित करने के लिए कोई संक्रमण सुनिश्चित करने के लिए एक धुएं डाकू को निर्देशित है प्रयोगशाला कार्य क्षेत्र में प्रवेश करती है ।
    5. स्थिति प्रतिक्रिया कक्ष इतना है कि चैंबर के केंद्र एक यूवी लैंप से 15 सेमी है (एक यूवी लैंपजैसे, 2 एक्स 8 डब्ल्यू ट्यूब लैंप से मिलकर, एक चोटी फोटॉन उत्सर्जन तरंग दैर्ध्य के साथ ३५६ एनएम) ।
      सावधानी: यूवी प्रकाश आंखों के लिए खतरनाक है; सुनिश्चित दीपक और रिएक्टर प्रकाश करने के लिए जोखिम से बचने के लिए एक धातु ढाल से घिरा हुआ है ।
  2. फोटो-2 का ऑक्सीकरण-propanol
    1. दो जगह 2-propanol permeation ट्यूबों पहले इकट्ठे सेटअप के कमजोर पड़ने चैंबर में (१.१) ऊपर वर्णित है । उत्प्रेरक प्लेस (जैसे, एक टाइटेनियम डाइऑक्साइड आधारित लगा, आयाम ५५ मिमी x 25 मिमी x 1 मिमी) प्रतिक्रिया कक्ष में, और यह सुनिश्चित उत्प्रेरक यूवी दीपक का सामना करना पड़ रहा है । संकुचित हवा के प्रवाह को चालू करें, और इसलिए समायोजित प्रवाह २.५ L min-1है, और दबाव 1 बार है ।
    2. FAIMS साधन चालू करें, और इस उपकरण की स्थापना की है कि 2-propanol के आयन वर्तमान देखा जा सकता है । FAIMS डिवाइस के लिए विन्यस्त सॉफ्टवेयर का उपयोग करना, आरएफ तरंग को बढ़ाने, ताकि अलग आयन चोटियों FAIMS साधन द्वारा उत्पादित किया जा रहा स्पेक्ट्रम पर देखा जा सकता है.
    3. FAIMS डिवाइस के लिए विन्यस्त सॉफ्टवेयर का उपयोग करना, मॉनिटर और आयन वर्तमान कि विशिष्ट आयन चोटियों से FAIMS द्वारा उत्पादित स्पेक्ट्रम पर देखा है समय की अवधि के लिए, अंधेरे में उत्प्रेरक के साथ उत्पन्न होता है रिकॉर्ड. चोटियों 2-propanol, और पानी हो जाएगा । एक सेट बिंदु पर (जैसेरातोंरात छोड़ने के बाद), यूवी लैंप पर बारी, और 2-propanol और पानी आयन धाराओं के लिए FAIMS स्पेक्ट्रम की निगरानी, प्लस मध्यवर्ती VOCs से अतिरिक्त संकेतों ऐसे एसीटोन के रूप में. प्रणाली सॉफ्टवेयर का उपयोग करना, वृद्धि या नई मध्यवर्ती आयनों से उत्पन्न संकेतों का निर्धारण करने के लिए आरएफ तरंग कम.
      सावधानी: सुनिश्चित करें कि दोनों यूवी प्रकाश और रिएक्टर दीपक प्रबुद्ध है से पहले एक धातु ढाल के साथ कवर कर रहे हैं, और है कि ढाल पूरे यूवी प्रकाश प्रतिक्रिया भर में मौजूद है ।
    4. एक सेट बिंदु पर (जैसे4 घंटे के बाद), यूवी लैंप बंद, और 2-propanol और अतिरिक्त चोटियों के लिए FAIMS स्पेक्ट्रम की निगरानी करने के लिए जारी है ।

Representative Results

FAIMS गैस विश्लेषक लगातार २.२ में वर्णित फोटो ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया के दौरान, दो 2-propanol permeation ट्यूबों का उपयोग, और एक टाइटेनियम डाइऑक्साइड के आधार पर महसूस किया आयन वर्तमान बनाम मुआवजा वोल्टेज के स्पेक्ट्रा पैदा करता है रिएक्शन चैंबर में photocatalyst । स्पेक्ट्रा आम तौर पर FAIMS विश्लेषक द्वारा उत्पादित जब महसूस अंधेरे में है, और जब महसूस किया प्रबुद्ध है चित्र 2a में सचित्र हैं । FAIMS साधन के साथ स्पेक्ट्रा प्राप्त करने के लिए, साधन पर आरएफ तरंग अधिकतम का ६४% करने के लिए सेट है । इस आरएफ तरंग मूल्य पर, hydronium आयनों (पानी क्लस्टर), एसीटोन मोनोमर, और 2-propanol मोनोमर FAIMS साधन ionization प्रक्रिया से गठित किया जा सकता है जो अलग मुआवजा वोल्टेज (cv) में FAIMS में डिटेक्टर तक पहुँचने, और इसलिए पर अलग कर रहे हैं स्पेक्ट्रा. FAIMS प्रणाली के माध्यम से विशेष रूप से बहने व्यक्तिगत gasses प्रत्येक गैस16के लिए स्पेक्ट्रा और क्षतिपूर्ति मूल्यों का निर्धारण करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है । स्पेक्ट्रम पर, पीक एक मुआवजा वोल्टेज पर-२.१५ V hydronium आयन, एक पानी क्लस्टर आयन का गठन किया है जब हवा में नमी है । के एक cv में चोटी-०.१४ V है कि 2-propanol14। आयन वर्तमान सीधे 2-propanol एकाग्रता के लिए आनुपातिक है, और इसलिए प्रसार दर (१.२) का उपयोग कर, 2 की एकाग्रता-FAIMS में प्रवेश propanol निर्धारित किया जा सकता है । इसी तरह एसीटोन के साथ, के एक cv में होने वाली-१.४४ V. figure बी 2 से पता चलता है आयन वर्तमान में विशिष्ट चोटियों के रूप में की पहचान की propanol और एसीटोन स्पेक्ट्रा में आरएफ तरंग के साथ अधिकतम के ६४% पर, फोटो-ऑक्सीकरण प्रोटोकॉल भर में समय के एक समारोह के रूप में धारा २.२ में वर्णित है । प्रवाह और आर्द्रता में सूक्ष्म परिवर्तन के रूप में आयन वर्तमान चोटी cv मूल्य सकारात्मक या नकारात्मक स्थानांतरण का एक प्रभाव हो सकता है, ± ०.२ V के एक cv मूल्य पर चोटी ऊंचाई उपयोग किया जाता है ।

2-propanol की राशि FAIMS विश्लेषक में प्रवेश, समय के साथ अंधेरे बढ़ जाती है में प्रतिक्रिया कक्ष के साथ. 2-propanol के रूप में कमजोर पड़ने वाले चैंबर में प्रवेश करती है, 2-propanol उत्प्रेरक है, जो 2 के प्रारंभिक कम राशि के लिए खातों-propanol FAIMS में प्रवेश की सतह पर adsorbed है । समय के रूप में जारी एक उच्च आयन वर्तमान दर्ज की गई है, यह दर्शाता है कि 2-propanol की एक उच्च राशि FAIMS में प्रवेश करती है । यह पता चलता है कि महसूस की सतह 2-propanol के साथ कवर किया जा रहा है, इसलिए उत्प्रेरक पर सोखना कम है ।

जब रिएक्टर चैंबर प्रबुद्ध है, वहां FAIMS में प्रवेश 2-propanol में एक तत्काल वृद्धि हुई है । इसका मतलब है कि महसूस की सतह से 2-propanol desorbs की एक राशि है, और FAIMS विश्लेषक में प्रवेश करती है । समवर्ती, वहां से एक आयन में वृद्धि है पीक पर cv-१.४४ V, जो पहले एसीटोन के रूप में पहचान की गई है, यह दर्शाता है रोशनी के तहत महसूस किया तस्वीर-2 ऑक्सीकरण-propanol एसीटोन है । समय के रूप में जारी है, 2-propanol की राशि रोशनी के प्रारंभिक बिंदु पर स्तर से काफी नीचे एक स्तर तक घट जाती है, और एसीटोन का पता लगाया जा जारी है, दोनों आयन के साथ लगभग 3 घंटे की अवधि में लगातार धाराओं । इसका मतलब यह है कि 2-propanol लगातार किया जा रहा है फोटो ऑक्सीकरण या तो एसीटोन, या कार्बन डाइऑक्साइड और पानी के लिए । 2-propanol सतह पर adsorbs, तस्वीर ऑक्सीकरण है, और उत्पादों desorb और FAIMS, जहां एसीटोन दर्ज की गई है दर्ज करें । के बाद प्रकाश बंद कर दिया है, 2-propanol आयन वर्तमान बढ़ जाती है, whilst एसीटोन आयन वर्तमान फोटो ऑक्सीकरण का अर्थ कम हो जाती है रह गया है ।

परिणाम 2 की एकाग्रता के प्रतिनिधि हैं-propanol और एसीटोन, लगातार ppb सांद्रता पर नजर रखी । 2-propanol वर्तमान रोशनी से पहले FAIMS में प्रवेश करने के साथ दीप्ति के तहत स्थिर राज्य 2-propanol वर्तमान तुलना करके, उत्प्रेरक की प्रभावशीलता 2 में एक बड़ी कमी के साथ देखा जा सकता है-propanol एक के FAIMS संकेत में प्रवेश सुपीरियर photocatalyst । अतिरिक्त VOCs की निगरानी भी photocatalyst की प्रभावशीलता का एक बेहतर आकलन की अनुमति देता है । वायु शोधन अनुप्रयोगों में, आदर्श VOC कार्बन डाइऑक्साइड और पानी के लिए नीचा होना चाहिए । अतिरिक्त यौगिकों का पता चला एक अप्रभावी उत्प्रेरक या गरीब हवा शुद्धिकरण रणनीति (प्रवाह दर, प्रकाश की तीव्रता, आर्द्रता का स्तर) । FAIMS फोटो प्रतिक्रिया की निगरानी कर सकते हैं, और इसलिए उत्प्रेरक और वायु शोधन सेटअप की प्रभावशीलता का प्रदर्शन ।

Figure 1
चित्र 1. रिएक्टर सेटअप । आरेख photocatalysis FAIMS गैस विश्लेषक के साथ प्रयोग के लिए विकसित सेटअप चित्रण (२.१ देखें) । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 2
चित्र 2. ठेठ परिणाम । (एक) ठेठ स्पेक्ट्रा FAIMS द्वारा उत्पादित जब आरएफ तरंग का ६४% अधिकतम है जब महसूस युक्त प्रतिक्रिया अंधेरे (ग्रे लाइन) में है और जब यह प्रबुद्ध (हरी लाइन) है. (ख) मुआवजा वोल्टेज बनाम आयन वर्तमान स्पेक्ट्रा 2-propanol फोटो ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया के दौरान उत्पादित जब आरएफ तरंग अधिकतम के ६४% पर है से चोटियों पर आयन वर्तमान दिखा ग्राफ; 2-propanol (लाल रेखा) और एसीटोन (नीली रेखा) प्रबुद्ध प्रतिक्रिया के साथ दिखाया गया है, पर प्रकाश डाला । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Discussion

प्रोटोकॉल यूवी रोशनी के तहत एक मॉडल VOC, 2-propanol, अपमानजनक में अपने व्यवहार का निर्धारण करके, टाइटेनियम ऑक्साइड आधारित उत्प्रेरक की प्रभावशीलता का निर्धारण करने का एक प्रभावी तरीका का वर्णन । FAIMS का प्रयोग, 2 की राशि-propanol की प्रतिक्रिया में लगातार निगरानी की जा सकती है, किसी भी अंय VOC उत्पादों है कि प्रतिक्रिया में उत्पादन किया जा सकता है के अलावा में, इनडोर हवा के लिए तुलनीय सांद्रता पर । यह निरंतर प्रकृति गैस क्रोमैटोग्राफी से काफी अलग है, पारंपरिक रूप से photocatalytic इनडोर वायु शोधन, जो एक बैच प्रक्रिया का उपयोग करता है की निगरानी के लिए इस्तेमाल किया । एक महंगी, संवेदनशील जीसी/एमएस सिस्टम आम तौर पर इस तरह के कम सांद्रता पर VOCs की एकाग्रता निर्धारित करने के लिए आवश्यक है, और फोटो-ऑक्सीकरण उत्पादों के विस्तृत विश्लेषण आम तौर पर इस तरह के रूप में फोटो ऑक्सीकरण उत्पादों के आगे प्रसंस्करण की आवश्यकता है सक्रिय कार्बन पर adsorbing उत्पादों, और फिर उंहें जन स्पेक्ट्रोमीटर में desorbing । Whilst मास स्पेक्ट्रोमेट्री सभी उत्पादों, FAIMS की एक सीमा का पता लगाने में सक्षम है कि एक उच्च प्रोटॉन संबध के साथ ही उत्पादों का पता लगाया जा सकता है । FAIMS कम एकाग्रता VOCs निर्धारित करने में उत्कृष्ट है, लेकिन उच्च सांद्रता, जो इनडोर हवा स्तर एकाग्रता अनुप्रयोगों के लिए प्रणाली सीमा पर संतृप्त किया जा सकता है । FAIMS के लाभ प्रणाली बनाता है यहां वर्णित एक प्रभावी, सरल उपकरण है कि photocatalytic प्रतिक्रियाओं में अंतर्दृष्टि प्रदान कर सकते है कि गैस क्रोमैटोग्राफी को प्राप्त करने में सीमित है ।

FAIMS प्रणाली के साथ यहां वर्णित है, चिकित्सा ग्रेड हवा प्रवाह गैस के रूप में प्रयोग किया जाता है । FAIMS प्रणाली के साथ बहुत संवेदनशील जा रहा है, हवा के एक उच्च गुणवत्ता ग्रेड फोटो ऑक्सीकरण का विश्लेषण किया जा करने की अनुमति में महत्वपूर्ण है । यह सुनिश्चित करता है कि किसी भी उत्पाद का पता चला फोटो ऑक्सीकरण प्रक्रिया से हैं । इसी तरह, यह सुनिश्चित करने के लिए महत्वपूर्ण है वहां प्रणाली में कोई रिसाव नहीं है, के रूप में प्रयोगशाला हवा आम तौर पर FAIMS का पता लगाने में सक्षम है सांद्रता पर VOCs होता है । सिस्टम के सेटअप के लिए सूचीबद्ध उपभोग्य सामग्रियों एक विश्वसनीय प्रणाली प्रदान करते हैं, और दिनों की अवधि में लगातार निगरानी कोई पता लगाने VOCs संकेत दिया है जब कोई उत्प्रेरक या permeation ट्यूब मौजूद है ।

Whilst प्रणाली सरल है, यह भी बहुत लचीला है-वैकल्पिक VOCs इस तरह से परीक्षण किया जा सकता है, बस एक permeation टब ऐसे इथेनॉल, एसीटोन, या टोल्यूनि के रूप में वैकल्पिक VOC, युक्त बनाने के द्वारा, और प्रोटोकॉल निंनलिखित । Photocatalytic प्रतिक्रियाओं अक्सर आर्द्रता से प्रभावित होते हैं । यहाँ विकसित प्रणाली कम आर्द्रता के अंतर्गत संचालित होती है; हालांकि परीक्षण उच्च आर्द्रता पर किया जा सकता है प्रणाली में एक humidifier शुरू खरीदने । इस्तेमाल किया VOC के आधार पर, यह FAIMS की संवेदनशीलता में परिणाम कर सकते है कम किया जा रहा है, लेकिन प्रभावी परीक्षण किया जा सकता है । 16

FAIMS की सतत प्रकृति गैस क्रोमैटोग्राफी, जो परंपरागत रूप से हवा में photocatalyst प्रभावशीलता का निर्धारण करने के लिए प्रयोग किया जाता है पर एक लाभ पर प्रकाश डाला गया । 16 , 17 गैस क्रोमैटोग्राफी हवा के नमूनों को इकट्ठा और विश्लेषित करने के लिए एक बैच प्रक्रिया का उपयोग करता है; FAIMS, अपनी सतत प्रकृति के साथ, photocatalytic प्रतिक्रिया है, जो बैच गैस क्रोमैटोग्राफी तकनीक के साथ व्याख्या करने के लिए चुनौतीपूर्ण हो सकता है की कैनेटीक्स पर एक अधिक विस्तृत देखो की अनुमति देता है । FAIMS की सादगी एक और फायदा है. आदेश में एकाधिक VOCs FAIMS के जटिल विश्लेषण के लिए बाहर ले जाने में सक्षम है, गैस chromatograph एक जन स्पेक्ट्रोमीटर, जो महंगा हो सकता है और अतिरिक्त प्रसंस्करण की आवश्यकता से जोड़ा जा करने के लिए की आवश्यकता होगी । इसके अतिरिक्त, एक गैस chromatograph के साथ दीर्घकालिक प्रतिक्रियाओं बाहर ले जाने के लिए, एक महंगी स्वचालित प्रणाली की आवश्यकता होगी, या श्रम गहन नमूना; FAIMS के साथ यह मामला नहीं है ।

FAIMS की सतत प्रकृति गैस क्रोमैटोग्राफी कि इन ppb सांद्रता पर photocatalysis प्रक्रिया की एक बड़ी समझ हासिल करने के लिए उपयोग किया जा सकता है पर महत्वपूर्ण लाभ प्रदान करता है । इसके अलावा, सरल सेटअप यहां सचित्र लचीला है, वैकल्पिक photocatalysts और VOCs की अनुमति के लिए तुलनीय शर्तों के तहत परीक्षण किया, और photocatalytic प्रक्रिया की समझ में सुधार होगा ।

Disclosures

लेखक लॉरेन ब्राउन और रसेल पेरिस Owlstone नैनो के कर्मचारी हैं, कंपनी है कि इस लेख में प्रयोग किया जाता है कि FAIMS विश्लेषण उपकरण बनाती है ।

Acknowledgments

लेखक ईआरसी से वित्तीय सहायता के लिए आभारी हैं, अनुदान संख्या २५९६१९ फोटो EM और अनुदान संख्या ६२०२९८ फोटो एयर (अवधारणा का सबूत) के तहत ।

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

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References

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