Name: an atmospheric pressure plasma setup to investigate the reactive species formation
Uploaded: 2016-11-03T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 36 s
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The authors thank Chris Mortimer, Chris Rhodes (Department of Chemistry workshops) and Kari Niemi (York Plasma Institute) for their help with the equipment. The work was supported by the Leverhulme Trust (grant No. RPG-2013-079) and EPSRC (EP/H003797/1 &amp; EP/K018388/1).

1.血漿セットアップをシールド<ol><li>電源、電圧/電流計、電源ケーブル、プラズマ電極、プラズマジェット等 ：ケージの中にある電気環境のすべての部分を置き</li><li>ライブ電極ことを、接地電極とそれぞれのケーブルは互いにまたは金属メッシュと接触していないので、ケージ内の空間が十分であることを確認してください。 </li><li>プラズマ処理中に高電圧電極からの電気ショックの危険を回避するために、プラズマ電源に接続されたインターロックとケージを備えます。 </li><li>プラズマ動作を中断することなく、パラメータの変更を可能にするために、ケージの外表面上の電圧および周波数コントロールを配置。 </li><li>グラウンドすべての金属は、アース接続プラグにそれらを配線することによって、メッシュケージとケージ自体の内部でサポートしています。 </li></ol> 2.放電パラメータ<ol><li>接地電極oを下のライブの電極を配置しますnはガラス管（ すなわち 、チューブのノズルに近いです）。 </li><li>動作電圧を測定し、リターン電流を監視するために円形の電流プローブを介して接地電極を通過するようにプラズマ電源に電圧プローブを接続します。 </li><li>電流、電圧（電流または電圧プローブのいずれかによって決定される）プラズマ動作周波数を監視し、オシロスコープの電圧と電流プローブの両方を接続します。 </li><li>マスフローコントローラ（MFC）を使用して2 SLMにガラス管を通るガスの流れを設定します。 </li><li>プラズマ電源をオンにすることによって、それを通過する供給ガスのヘリウムをガラスチューブ内にプラズマを点火します。プローブからの読み取り値を使用して、それぞれ、18キロボルトおよび25 kHzに放電の電圧と周波数を設定します。 注：パラメータのバリエーションは、放電がすべての実験の最も高い分子含有量と発生される最小の電圧および周波数を決定するために行われます。目分子含有量の増加eはプラズマが点火するための高電圧を必要とします。上昇した電圧は、このように液体試料の増加蒸発につながる、プラズマの重要なガス温度上昇をもたらすことができることに注意してください。 </li><li>すべての実験において一定の電圧を保ちます。 </li></ol> 3.供給ガスへの混和剤を導入<ol><li> T型コネクタを使用して、メイン供給ガス配管に2つ目のMFCを接続します。 </li><li>供給ガスに水蒸気を追加するには、メッシュケージのDrechselフラスコ（側上または上）外部の水で満たされて位置決めを通してヘリウムのMFC-規制流れを導きます。 </li><li>供給ガスの流れを分割することにより、飽和の所望のレベルを得ます。水（H 2 16 O）でDrechselフラスコを通るガス流（200 sccm）との直接の10％は、供給ガスの10％の飽和を達成します。 </li><li> Tコネクタを使用して、90％（1,800 SCCM）で、この完全に水蒸気飽和ガスを組み合わせ乾燥ガスの流れ。 </li></ol> 4.原子炉<ol><li>二つの部分、上部および下部からなるガラス反応器を準備します。排気管との下部を装備。 </li><li>プラズマジェットのノズルでガラス反応器を置きます。 </li><li>反応器の上部の開口部内側のゴムのグロメットにプラズマジェットノズルを挿入します。 </li><li>スタンドの上によくような貯水池からなる容器を準備します。スタンドと誘電体材料（ 例えば 、ガラス、石英ガラス）からだけでなく、両方を行います。 </li><li>それはジェットのノズルから放出プラズマに露出されるように反応器内の試料容器を置きます。 </li><li>試料容器内の液体H 2 17 Oサンプルを置きます。ヒドロキシルラジカルの検出のために、5,5-ジメチル-1- pyrroline- Nのオキシド（DMPO）をスピントラップ（5.1を参照）の溶液を使用しています。 注：スピントラップの選択だけでなく、液体試料の選択コムンポーネントを調べ、特定の種に依存します。例えば、•OHラジカルの源は、H 2 16 O / H 2 17 OとDMPOのスピントラップを用いて研究されています。 •Hラジカル源は、ラジカル•Hの検出のために使用されるべきであるH 2 O / D 2 O（気体及び液体） のN -tert-ブチル- α -フェニル（PBN）の使用を必要とします。 DMPOはほとんどDMPO-OH付加体15を形成している間、彼はH 2 O蒸気とプラズマの場合には、それは、主にトラップ水素ラジカルを示しました。 </li><li>すりガラス面接触を介して、2原子炉の部品を接続します。 </li></ol>ラジカル種の5スピントラッピング<ol><li>必要な濃度で選択されたスピントラップのソリューションを準備します。水溶液の場合は、脱イオン水を使用しています。 （例えばDMPOなど）ニトロンスピントラップについては、100 mMの濃度を使用します。 </li><li> 30秒間供給ガス（2 SLM）で原子炉を事前にフラッシュします。 </li><li> IGNプラズマをITE（2.5を参照）、一定期間（ 例えば 、60秒）のために放出プラズマに液体サンプルを公開します。 </li><li>必要な露光時間の後、プラズマ電源をオフにし、反応器を開き。反応器から試料容器を取り外します。 </li><li>サンプルを収集し、電子常磁性共鳴分光法（EPR）15を使用して、それを分析。 </li></ol>

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The authors have nothing to disclose.

ここでは、自社で構築された大気圧プラズマセットアップの使用を示します。金属メッシュケージは、干渉の可能性および/または任意のプラズマ誘導フィールドによる損傷から近くの敏感な機器を保護すると同時に、外部のフィールドからの最小化干渉の再現可能なプラズマ条件を達成するのに役立ちます。セットアップのシールド（ケージング）が運営プラズマとその電気的特性のタイプによって異なります。その目的は、プラズマ処理に外部干渉が存在しないことを確実にし、周辺機器との干渉プラズマフィールドを回避することです。この場合、メッシュサイズは、しかし、減少メッシュサイズが異なるプラズマのために必要とされる5月22 mmです。プラズマ動作パラメータは、電圧およびオシロスコープに接続された電流プローブを用いて制御しました。高電圧プローブの導入はかなり電気環境が変化し、したがって、プローブは、電気システムの一部にならなければならないと断定します全ての実験を通して同じようにioned。 サンプルおよびプラズマジェットをカプセル化するガラス反応器の使用は、反応系からしばしば未知の組成の雰囲気の排除を可能にします。提示された結果（上記参照）には、プラズマ排出物に曝露された水性サンプル中のプラズマ誘導反応性酸素種の供給源を決定しました。供給ガス（蒸気）で液体の水と水の分子を区別することができる場合、このような調査が可能です。ヒドロキシルラジカルが同位体標識水が導入された、気相または液体の水の分子から形成されたかどうかを判断するには：H 2 17 O液体媒体として、供給ガス中のH 2 16 O蒸気を。仮想的な実験はオープン雰囲気中で行った場合は、二相間の区別は、周囲の空気中の水蒸気の存在によって妨げられてきただろう。アン周囲の雰囲気の影響を最小化する別の方法は、プラズマ排出物に大気からの種の拡散は、シールドガス17を用いて防止された文献で実証されました。シールドガス（N 2またはO 2）は、既知の組成18とガスカーテンを作成します。本稿で提示リアクターは、（水蒸気として）大気成分の影響を除去するための簡単な方法で、追加のガス流を導入することなく、異なるプラズマジェットで使用することができます。 •OHラジカルと同様に、基•H源は、D 2 O / H 2 O系を用いることによって決定することができます。上記のように、安価なD 2 Oはまた、蒸気として供給ガス中に導入することができます。 H 2 O蒸気とガスの飽和前Drechselフラスコを秤量することにより、ガス流throuバブリング後に測定しましたそれをGH。気体の相対湿度（ すなわち 、飽和）を蒸発させ、気体の体積が通過する水の量によって算出されます。 長時間の実験で、Drechselフラスコ内の液体の温度が蒸発により減少する可能性があることに注意してください。相対湿度は、特定の温度について計算されます。計算された値は、さらに、供給ガスの相対湿度を決定するために、文献19のものと比較されます。我々は、経験的に水で満たされたDrechselフラスコを介して彼の最大2 SLMの流れが完全に水蒸気とガスを飽和することを発見しました。しかし、上昇流量は完全に飽和するため、液体中のガスの十分な滞留時間を許可しない場合があります。他の飽和の技術が必要とされ得ます。 もう一つの困難な課題には、周囲の空気がシステム内に存在しないことを確実にすることです。反応器は、残留空気を除去するために、供給ガスで予めフラッシュされます。予備洗浄に要する時間は、反応器の容積及び供給ガスの流れに依存するであろう。ヘリウム供給ガスプラズマシステムなどのシステムへの外部周囲空気拡散および同伴の不在は•NOラジカル捕捉反応を使用していない試験することができます。空気の窒素N 2のプラズマによって生成された酸化物とO 2分子が（MGD）2のFe 2+錯体20（MGD = Nメチル-D-グルカミンジチオカルバミン酸）のラジカル付加物としてEPRにより検出することができます。空気が完全に存在しない場合には、付加体のEPRシグナルが観測されません。反応器外部の水分子が存在しないことは、以下の実験によって実証することができます。 D 2 Oの液体試料は、乾燥供給ガスのプラズマに曝されます。露光後の試料のNMR分析は、露光中に液体にさH 2 Oの量を明らかにする。これはtubin中の残留H 2 Oの量を推定することができますグラムは、実験で供給ガス15に使用されます。 試料容器のデザインは、実験作業において非常に重要です。当初、私たちは、プラスチックやガラスのマイクロチューブを使用しようとしました。一緒に比較的高いプラズマ供給ガス流と、開口部の小径は、周囲の空気がマイクロチューブを貫通することはできません。しかし、これは多くの欠点を有します。プラズマは、アーチやマイクロチューブの端部近傍に大きな温度上昇を示しました。液体中へのガス相からの化学種の送達は、異なる気相動態および液体試料の低表面積（及び大容量）にも有意に低い効率でした。したがって、液体試料の表面積は、液体試料の気相からの反応性種の送達のために重要です。これは、短寿命のラジカルのために特に重要です。液体試料容器は、したがって、露出を可能にするように設計されなければなりません液体は、効率的な拡散のための高表面積を有することができます。サンプルはまた、液体試料の対流関連の制限を最小限に抑えるために、低深さを持っている必要があります。これは、ガス流を上昇し、特に点火プラズマで液体試料21の表面に著しい障害を作成考慮に入れなければなりません。したがって、試料容器は、特定の実験に必要な直径と深さの井戸状の形状を有しています。ウェルが配置されたスタンドの高さは、実験的なニーズに調整することができます。プラズマジェットは、反応器内に挿入されるゴム製のグロメットは、液体を流出物の接触角を変化させることができます。 提示された方法は、kHzの周波数並列場プラズマジェットによって液体に誘導される反応種（OH•、•H など ）の供給源の調査を可能にします。ジェットを取り囲むガラス反応器を用いる方法は、降順に限定されるものではありません条件ribed、および他の大気圧プラズマで使用することができます。この方法は、供給ガスの任意の混合物を導入することができる：この場合、光学的品質の石英ガラス反応器として使用しなければならないが、その他の利点の中等蒸気、O 2、N 2は 、その内部に光学測定を実施する可能性であります材料。反応器の下部の排気管は、実質的に任意の実験室でプラズマジェットを使用できます排気リモート抽出フードにプラスチックチューブを介して接続することができます。反応器の概念は、汎用性がありかつ制御された雰囲気が必要とされる別のプラズマの研究に使用することができます。例えば、スチレンの重合は酸素種22によって阻害されるが、液体スチレンはヘリウム供給ガスプラズマに曝されたとき、反応器で観察することができます。

低温大気圧プラズマ（LTPS）の生物医学的応用のための1-3それらの大きな可能性のために、近年ますます注目を集めています。周囲の大気と接触すると、LTPは、活性酸素と窒素種の様々な（RONS）2,4を生成し 、空気の分子量（N 2、O 2、H 2 O蒸気）と反応します。 （ - 、•H、NO• など •OH、•OOH / O 2•）これらの中でも（例えば、過酸化水素、オゾン、亜硝酸や硝酸アニオンなど）は比較的安定した種と反応性の高いラジカルがあります。最初は気相中で生成されたこれらの種は、さらなる生物学的基材5にプラズマによって送達されます。 RONSは、基質と相互作用し、したがって、抗菌、抗がんおよびLTP 6-8の抗ウイルス作用を定義します。 LTP療法の開発は、の反応の複雑なモデリングが必要ですRONS 9。水は、生物学的環境の不可欠な一部であり、水相中での反応は劇的にシステムの複雑さを増加させます。気相プラズマの研究が広く光学発光分光法、レーザ誘起蛍光法、赤外分光法、質量分析法（MS） などを10〜12を含む様々な分析技術を用いて行われます。同時に、液相で検出された種の詳細な調査はまだ不足しています。使用可能なレポートは、水溶液13,14におけるRONSの検出のためなど 、フローサイトメトリー、例えば紫外線や電子常磁性共鳴（EPR）分光法などの様々な分析方法の使用を記載しています。 EPRは、液体中のラジカルを検出するための最も直接的な方法の一つです。しかし、多くのラジカル種は、それらの短い寿命にEPRにより検出することができません。これらのケースでは、スピントラップが使用されることが多いです。化合物（スピントラップ）WHを伴う技術をトラップスピンICHは、迅速かつ選択的に（DMPO-OH付加物を形成し、 例えば 、DMPOはヒドロキシルラジカルと反応する）より持続的ラジカル付加物を生成するラジカルと反応します。 プラズマ液体相互作用の研究における共通の課題は、プラズマ排出物の周囲雰囲気と他の干渉要素（外部磁場、環境に敏感な電力供給部、 等）を制御することができないことです。ここでは、操作プラズマとプラズマジェットノズルの周りの社内構築された原子炉を含む金属メッシュケースからなるセットアップの使用を示します。金属メッシュは、大幅に改善再現性プラズマジェットの一般的な操作性を可能にするファラデーケージとして機能します。ガラス反応器には、システムから周囲の雰囲気を除く、プラズマジェットと液体試料の両方をカプセル化します。 この方法は、溶液と接触している任意の大気圧プラズマジェットのために使用することができます。例えば、我々は最近、プラズマに曝さ水性試料中で検出された活性酸素種のソースの調査を提示しています。同位体標識水は、液体中にプラズマジェット溶液系15の気相中で形成された化学種とを区別するために使用しました。

<table><tbody><tr><td>Plasma Resonant and Dielectric Barrier Corona Driver power supply&amp;nbsp;</td><td>Information Unlimited</td><td></td><td>PVM500&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Mass flow controller (MFC)</td><td>Brooks Instruments&amp;nbsp;</td><td></td><td>2 slm (He calib.)</td></tr><tr><td>MFC</td><td>Brooks Instruments&amp;nbsp;</td><td></td><td>5 slm (He calib.)</td></tr><tr><td>Microcomputer controller for MFCs</td><td>Brooks Instruments&amp;nbsp;</td><td></td><td>0254</td></tr><tr><td>H&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;&lt;sup&gt;17&lt;/sup&gt;O</td><td>Icon Isotopes</td><td>IO 6245</td><td></td></tr><tr><td>5,5-dimethyl-1-pyrroline &lt;em&gt;N&lt;/em&gt;-oxide</td><td>Dojindo Molecular Technologies, Inc.&amp;nbsp;</td><td>D048-10</td><td>&amp;ge;99%</td></tr><tr><td>2,2,6,6-tetramethylpiperidine 1-oxyl&amp;nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>214000</td><td>98%</td></tr><tr><td>Helium</td><td>BOC UK</td><td>110745-V</td><td>99.996%</td></tr><tr><td>High voltage probe</td><td>Tektronix&amp;nbsp;</td><td></td><td>P6015A</td></tr><tr><td>Current probe</td><td>Ion Physics Corporation&amp;nbsp;</td><td></td><td>CM-100-L</td></tr><tr><td>Oscilloscope</td><td>Teledyne LeCroy</td><td></td><td>WaveJet 354A&amp;nbsp;</td></tr></tbody></table>

an atmospheric pressure plasma setup to investigate the reactive species formation

非熱気圧（「コールド」）プラズマは、その重要な生物医学の可能性のために近年増加し注目を集めています。周囲の大気と低温プラズマの反応は、その有効性を定義することができる反応性種の多様性をもたらします。低温プラズマ療法の効率的な開発が運動モデルを必要とするが、モデルのベンチマークは、経験的データを必要とします。プラズマにさらされ、水溶液中で検出された反応種のソースの実験的研究はまだ不足しています。生物医学的プラズマは、多くの場合、HeやAr供給ガス、および特定の関心は、（ その他 O 2、N 2、空気、H 2 O蒸気）は、様々なガスの混合物を用いてプラズマによって生成される反応種の研究にあるような調査されて運転されますプラズマ排出物に接触して周囲の雰囲気を制御することの難しさに起因する非常に複雑。本研究では、「高」電圧の一般的な問題に対処しましたkHzの周波数は、プラズマジェットの実験的研究を駆動します。反応器は、プラズマ液系から周囲雰囲気の排除を可能に開発されました。システムは、このように混和し、液体試料の成分と供給ガスを含んでいました。この制御された雰囲気は、He-水蒸気プラズマによって水溶液中で誘導される活性酸素種の供給源の調査を可能にしました。同位体標識水の使用は気相に由来する種と液体で形成されるものとを区別できました。プラズマ装置は、外部磁界の可能な影響を排除するファラデーケージ内部に収容しました。セットアップは汎用性があり、さらに低温プラズマ - 液体相互作用の化学的性質の理解を助けることができます。

上述の方法および装置を用いて、我々は、水と接触してLTPシステムにおける活性酸素種の起源を調べました。プラズマ動作周波数と電圧は25 kHzから18キロボルト（ピーク・ツー・ピーク）、それぞれ（ 図1）でした。 例えば、ヒドロキシル基の供給源は、同位体標識された水を使用して決定しました。これは、液体試料中のものから、供給ガス中の水分子を区別可能にしました。そのために、H 2 16 Oが（蒸気として）供給ガスで導入されました。溶解スピントラップDMPOとH 2 17 Oの液体試料を試料容器内に配置しました。反応器は、供給ガスで30秒間プレフラッシュしました。重要なことに、この場合には、より長いプレフラッシング時間は、液体Hに送達H 2 16 Oの相当量をもたらすことができます<sUB&gt; 2 17 Oサンプル。そして、プラズマが点火し、試料を60秒間流出物に曝露しました。露光後の溶液はEPRにより分析しました。二DMPO-OHラジカル付加物（DMPO- 17 OHとDMPO- 16 OH）が（ 図2）検出されました。形成された付加物の比率は、EPRデータのさらなる分析により決定しました。液相組成物のMS分析は、H 2 17 O（ 表1）のH 2 16 O（気相から液体への拡散）の割合を示しました。両者の比較は、液体中で検出されたヒドロキシル基は、実際には、気相中ではなく、液体に起因することが示唆されました。 同様の研究は、•H（•D）ラジカル15のソースを検出するためのD 2 O / H 2 Oシステムなど、他のシステムを用いて行うことができます。 図1 セットアップは、活性酸素種の供給源を調査するために使用される。プラズマは、ヘリウム供給ガスを有する石英ガラス管（4 mmの内径を1mmの肉厚）で生成されました。供給ガス流は2 SLMました。供給ガスは、上述したように導入されたH 2 O蒸気を含んでいた。 <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/54765/54765fig1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図2" src="/files/ftp_upload/54765/54765fig2.jpg" /> H 2 17 にDMPOの溶液に誘導された DMPO-H、DMPO- 16 OHとDMPO- 17 OHラジカル付加物 の混合物の 図2. アンEPRスペクトル </SUP&gt; Oプラズマに曝される。分析は、文献16で使用可能な超微細値を使用して、スペクトルシミュレーションソフトウェアを用いて行った。 <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/54765/54765fig2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="表1" src="/files/ftp_upload/54765/54765tbl1.jpg" /> DMPO- 16 OHおよび プラズマ曝露後の DMPO- 17 OHラジカル付加物と 液体H 2 17 O、試料 中 の H 2 16 O の量 の 表1 濃縮は 。付加物濃度の絶対量は、EPRのキャリブレーションを使用して得られました安定ラジカル2と、2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシル（TEMPO）。無添加水蒸気（エントリー1）の場合には、残留湿度が供給ガス中に存在しました。液体試料中のH 2 17 OおよびH 2 16 Oの相対量は、ポストプラズマ曝露溶液との反応により混合物16 O-及び17 O -桂皮酸を得た塩化シンナモイルの加水分解反応を使用して決定しました。他の箇所15に記載のように得られた混合物を、高分解能質量分析により分析しました。

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An Atmospheric Pressure Plasma Setup to Investigate the Reactive Species Formation

An experimental setup was created for the helium-operated kHz frequency plasma jet. The setup includes a cage for the plasma power supply and jet and an in-house built reactor to monitor plasma-induced reactive species without the interference of the ambient atmosphere.

反応種の形成を調査するための大気圧プラズマのセットアップ

Non-thermal atmospheric pressure (&#39;cold&#39;) plasmas have received increased attention in recent years due to their significant biomedical potential. ...

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9.8K ビュー.  University of York. An experimental setup was created for the helium-operated kHz frequency plasma jet. The setup includes a cage for the plasma power supply and jet and an in-house built reactor to monitor plasma-induced reactive species without the interference of the ambient atmosphere. 

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Encapsulation and Permeability Characteristics of Plasma Polymerized Hollow Particles

In this protocol, core-shell nanostructures are synthesized by plasma enhanced chemical vapor deposition. We produce an amorphous barrier by plasma polymerization of isopropanol on various solid substrates, including silica and potassium chloride. This versatile technique is used to treat nanoparticles and nanopowders with sizes ranging from 37 nm to 1 micron, by depositing films whose thickness can be anywhere from 1 nm to upwards of 100 nm. Dissolution of the core allows us to study the rate of permeation through the film. In these experiments, we determine the diffusion coefficient of KCl through the barrier film by coating KCL nanocrystals and subsequently monitoring the ionic conductivity of the coated particles suspended in water. The primary interest in this process is the encapsulation and delayed release of solutes. The thickness of the shell is one of the independent variables by which we control the rate of release. It has a strong effect on the rate of release, which increases from a six-hour release (shell thickness is 20 nm) to a long-term release over 30 days (shell thickness is 95 nm). The release profile shows a characteristic behavior: a fast release (35% of the final materials) during the first five minutes after the beginning of the dissolution, and a slower release till all of the core materials come out.

We have used plasma enhanced chemical vapor deposition to deposit thin films ranging from a few nm to several 100 nm on nano-sized particles of various materials. We subsequently etch the core material to produce hollow nanoshells whose permeability is controlled by the thickness of the shell. We characterize the permeability of these coatings to small solutes and demonstrate that these barriers can provide sustained release of the core material over several days.

プラズマ重合中空粒子のカプセル化と透水特性

In this protocol, core-shell nanostructures are synthesized by plasma enhanced chemical vapor deposition. We produce an amorphous barrier by plasma ...

工学

Synthesis and Microdiffraction at Extreme Pressures and Temperatures

High pressure compounds and polymorphs are investigated for a broad range of purposes such as determine structures and processes of deep planetary interiors, design materials with novel properties, understand the mechanical behavior of materials exposed to very high stresses as in explosions or impacts. Synthesis and structural analysis of materials at extreme conditions of pressure and temperature entails remarkable technical challenges. In the laser heated diamond anvil cell (LH-DAC), very high pressure is generated between the tips of two opposing diamond anvils forced against each other; focused infrared laser beams, shined through the diamonds, allow to reach very high temperatures on samples absorbing the laser radiation. When the LH-DAC is installed in a synchrotron beamline that provides extremely brilliant x-ray radiation, the structure of materials under extreme conditions can be probed in situ. LH-DAC samples, although very small, can show highly variable grain size, phase and chemical composition. In order to obtain the high resolution structural analysis and the most comprehensive characterization of a sample, we collect diffraction data in 2D grids and combine powder, single crystal and multigrain diffraction techniques. Representative results obtained in the synthesis of a new iron oxide, Fe4O5 1 will be shown.

The laser heated diamond anvil cell combined with synchrotron micro-diffraction techniques allows researchers to explore the nature and properties of new phases of matter at extreme pressure and temperature (PT) conditions. Heterogeneous samples can be characterized in situ under high pressure by 2D mapping and combined powder, single-crystal and multigrain diffraction approaches.

エクストリーム圧力と温度での合成とMicrodiffraction

High pressure compounds and polymorphs are investigated for a broad range of purposes such as determine structures and processes of deep planetary ...

How to Ignite an Atmospheric Pressure Microwave Plasma Torch without Any Additional Igniters

This movie shows how an atmospheric pressure plasma torch can be ignited by microwave power with no additional igniters. After ignition of the plasma, a stable and continuous operation of the plasma is possible and the plasma torch can be used for many different applications. On one hand, the hot (3,600 K gas temperature) plasma can be used for chemical processes and on the other hand the cold afterglow (temperatures down to almost RT) can be applied for surface processes. For example chemical syntheses are interesting volume processes. Here the microwave plasma torch can be used for the decomposition of waste gases which are harmful and contribute to the global warming but are needed as etching gases in growing industry sectors like the semiconductor branch. Another application is the dissociation of CO2. Surplus electrical energy from renewable energy sources can be used to dissociate CO2 to CO and O2. The CO can be further processed to gaseous or liquid higher hydrocarbons thereby providing chemical storage of the energy, synthetic fuels or platform chemicals for the chemical industry. Applications of the afterglow of the plasma torch are the treatment of surfaces to increase the adhesion of lacquer, glue or paint, and the sterilization or decontamination of different kind of surfaces. The movie will explain how to ignite the plasma solely by microwave power without any additional igniters, e.g., electric sparks. The microwave plasma torch is based on a combination of two resonators &#8212; a coaxial one which provides the ignition of the plasma and a cylindrical one which guarantees a continuous and stable operation of the plasma after ignition. The plasma can be operated in a long microwave transparent tube for volume processes or shaped by orifices for surface treatment purposes.

This movie shows how an atmospheric plasma torch can be ignited by microwaves with no additional igniters and provides a stable and continuous plasma operation suitable for plenty of applications.

追加のイグナイタずに大気圧マイクロ波プラズマトーチに点火する方法

This movie shows how an atmospheric pressure plasma torch can be ignited by microwave power with no additional igniters. After ignition of the plasma, a ...

Basic Research in Plasma Medicine - A Throughput Approach from Liquids to Cells

In plasma medicine, ionized gases with temperatures close to that of vertebrate systems are applied to cells and tissues. Cold plasmas generate reactive species known to redox regulate biological processes in health and disease. Pre-clinical and clinical evidence points to beneficial effects of plasma treatment in the healing of chronic ulcer of the skin. Other emerging topics, such as plasma cancer treatment, are receiving increasing attention. Plasma medical research requires interdisciplinary expertise in physics, chemistry, and biomedicine. One goal of plasma research is to characterize plasma-treated cells in a variety of specific applications. This includes, for example, cell count and viability, cellular oxidation, mitochondrial activity, cytotoxicity and mode of cell death, cell cycle analysis, cell surface marker expression, and cytokine release. This study describes the essential equipment and workflows required for such research in plasma biomedicine. It describes the proper operation of an atmospheric pressure argon plasma jet, specifically monitoring its basic emission spectra and feed gas settings to modulate reactive species output. Using a high-precision xyz-table and computer software, the jet is hovered in millisecond-precision over the cavities of 96-well plates in micrometer-precision for maximal reproducibility. Downstream assays for liquid analysis of redox-active molecules are shown, and target cells are plasma-treated. Specifically, melanoma cells are analyzed in an efficient sequence of different consecutive assays but using the same cells: measurement of metabolic activity, total cell area, and surface marker expression of calreticulin, a molecule important for the immunogenic cell death of cancer cells. These assays retrieve content-rich biological information about plasma effects from a single plate. Altogether, this study describes the essential steps and protocols for plasma medical research.

A high-throughput cold physical plasma treatment protocol of liquids and cells is shown. It involves setting up different feed gas compositions for plasma ignition, measuring the plasma&#39;s emission spectra, and the subsequent analysis of liquids and cellular activity after plasma treatment.

プラズマ医学 - セルを液体からスループット アプローチの基礎的研究

In plasma medicine, ionized gases with temperatures close to that of vertebrate systems are applied to cells and tissues. Cold plasmas generate reactive ...

環境学

Experimental Methods of Dust Charging and Mobilization on Surfaces with Exposure to Ultraviolet Radiation or Plasmas

Electrostatic dust transport has been hypothesized to explain a number of observations of unusual planetary phenomena. Here, it is demonstrated using three recently developed experiments in which dust particles are exposed to thermal plasma with beam electrons, beam electrons only, or ultraviolet (UV) radiation only. The UV light source has a narrow bandwidth in wavelength centered at 172 nm. The beam electrons with the energy of 120 eV are created with a negatively biased hot filament. When the vacuum chamber is filled with the argon gas, a thermal plasma is created in addition to the electron beam. Insulating dust particles of a few tens of microns in diameter are used in the experiments. Dust particles are recorded to be lofted to a height up to a few centimeters with a launch speed up to 1 m/s. These experiments demonstrate that photo and/or secondary electron emission from a dusty surface changes the charging mechanism of dust particles. According to the recently developed &#34;patched charge model&#34;, the emitted electrons can be re-absorbed inside microcavities between neighboring dust particles below the surface, causing the accumulation of enhanced negative charges on the surrounding dust particles. The repulsive forces between these negatively charged particles may be large enough to mobilize and lift them off the surface. These experiments present the advanced understanding of dust charging and transport on dusty surfaces, and laid a foundation for future investigations of its role in the surface evolution of airless planetary bodies.

Dust charging and mobilization is demonstrated in three experiments with exposure to thermal plasma with beam electrons, beam electrons only, or ultraviolet (UV) radiation only. These experiments present the advanced understanding of electrostatic dust transport and its role in shaping the surfaces of airless planetary bodies.

ほこりの充電と紫外放射またはプラズマへの露出表面上動員の実験方法

Electrostatic dust transport has been hypothesized to explain a number of observations of unusual planetary phenomena. Here, it is demonstrated using ...

Emission Spectroscopic Boundary Layer Investigation during Ablative Material Testing in Plasmatron

Ablative Thermal Protection Systems (TPS) allowed the first humans to safely return to Earth from the moon and are still considered as the only solution for future high-speed reentry missions. But despite the advancements made since Apollo, heat flux prediction remains an imperfect science and engineers resort to safety factors to determine the TPS thickness. This goes at the expense of embarked payload, hampering, for example, sample return missions. 
Ground testing in plasma wind-tunnels is currently the only affordable possibility for both material qualification and validation of material response codes. The subsonic 1.2MW Inductively Coupled Plasmatron facility at the von Karman Institute for Fluid Dynamics is able to reproduce a wide range of reentry environments. This protocol describes a procedure for the study of the gas/surface interaction on ablative materials in high enthalpy flows and presents sample results of a non-pyrolyzing, ablating carbon fiber precursor. With this publication, the authors envisage the definition of a standard procedure, facilitating comparison with other laboratories and contributing to ongoing efforts to improve heat shield reliability and reduce design uncertainties.
The described core techniques are non-intrusive methods to track the material recession with a high-speed camera along with the chemistry in the reactive boundary layer, probed by emission spectroscopy. Although optical emission spectroscopy is limited to line-of-sight measurements and is further constrained to electronically excited atoms and molecules, its simplicity and broad applicability still make it the technique of choice for analysis of the reactive boundary layer. Recession of the ablating sample further requires that the distance of the measurement location with respect to the surface is known at all times during the experiment. Calibration of the optical system of the applied three spectrometers allowed quantitative comparison. At the fiber scale, results from a post-test microscopy analysis are presented.

Development of new ablative materials and their numerical modeling requires extensive experimental investigation. This protocol describes procedures for material response characterization in plasma flows with the core techniques being non-intrusive methods to track the material recession along with the chemistry in the reactive boundary layer by emission spectroscopy.

プラズマトロン内のアブレーション材料試験中の放射分光境界層調査

Ablative Thermal Protection Systems (TPS) allowed the first humans to safely return to Earth from the moon and are still considered as the only solution ...

Non-equilibrium Microwave Plasma for Efficient High Temperature Chemistry

A flowing microwave plasma based methodology for converting electric energy into internal and/or translational modes of stable molecules with the purpose of efficiently driving non-equilibrium chemistry is discussed. The advantage of a flowing plasma reactor is that continuous chemical processes can be driven with the flexibility of startup times in the seconds timescale. The plasma approach is generically suitable for conversion/activation of stable molecules such as CO2, N2 and CH4. Here the reduction of CO2 to CO is used as a model system: the complementary diagnostics illustrate how a baseline thermodynamic equilibrium conversion can be exceeded by the intrinsic non-equilibrium from high vibrational excitation. Laser (Rayleigh) scattering is used to measure the reactor temperature and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) to characterize in situ internal (vibrational) excitation as well as the effluent composition to monitor conversion and selectivity.

This article describes a flowing microwave reactor that is used to drive efficient non-equilibrium chemistry for the application of conversion/activation of stable molecules such as CO2, N2 and CH4. The goal of the procedure described here is to measure the in situ gas temperature and gas conversion.

効率的な高温化学反応のための非平衡マイクロ波プラズマ

A flowing microwave plasma based methodology for converting electric energy into internal and/or translational modes of stable molecules with the purpose ...

化学

Total Internal Reflection Absorption Spectroscopy (TIRAS) for the Detection of Solvated Electrons at a Plasma-liquid Interface

The total internal reflection absorption spectroscopy (TIRAS) method presented in this article uses an inexpensive diode laser to detect solvated electrons produced by a low-temperature plasma in contact with an aqueous solution. Solvated electrons are powerful reducing agents, and it has been postulated that they play an important role in the interfacial chemistry between a gaseous plasma or discharge and a conductive liquid. However, due to the high local concentrations of reactive species at the interface, they have a short average lifetime (~1 &#181;s), which makes them extremely difficult to detect. The TIRAS technique uses a unique total internal reflection geometry combined with amplitude-modulated lock-in amplification to distinguish solvated electrons&#39; absorbance signal from other spurious noise sources. This enables the in situ detection of short-lived intermediates in the interfacial region, as opposed to the bulk measurement of stable products in the solution. This approach is especially attractive for the field of plasma electrochemistry, where much of the important chemistry is driven by short-lived free radicals. This experimental method has been used to analyze the reduction of nitrite (NO2-(aq)), nitrate (NO3-(aq)), hydrogen peroxide (H2O2(aq)), and dissolved carbon dioxide (CO2(aq)) by plasma-solvated electrons and deduce effective rate constants. Limitations of the method may arise in the presence of unintended parallel reactions, such as air contamination in the plasma, and absorbance measurements may also be hindered by the precipitation of reduced electrochemical products. Overall, the TIRAS method can be a powerful tool for studying the plasma-liquid interface, but its effectiveness depends on the particular system and reaction chemistry under study.

Total Internal Reflection Absorption Spectroscopy TIRAS for the Detection of Solvated Electrons at a Plasma-liquid Interface

This article presents a total internal reflection absorption spectroscopy (TIRAS) method for measuring short-lived free radicals at a plasma-liquid interface. In particular, TIRAS is used to identify solvated electrons based on their optical absorbance of red light near 700 nm.

プラズマ ・液体界面の溶媒和電子を検出するための全内部反射吸収分光法 (TIRAS)

The total internal reflection absorption spectroscopy (TIRAS) method presented in this article uses an inexpensive diode laser to detect solvated ...

Treating Surfaces with a Cold Atmospheric Pressure Plasma using the COST-Jet

In recent years, non-thermal atmospheric pressure plasmas have been used extensively for surface treatments, in particular, due to their potential in biological applications. However, the scientific results often suffer from reproducibility problems due to unreliable plasma conditions as well as complex treatment procedures. To address this issue and provide a stable and reproducible plasma source, the COST-Jet reference source was developed.
In this work, we propose a detailed protocol to perform reliable and reproducible surface treatments using the COST reference microplasma jet (COST-Jet). Common issues and pitfalls are discussed, as well as the peculiarities of the COST-Jet compared to other devices and its advantageous remote character. A detailed description of both solid and liquid surface treatment is provided. The described methods are versatile and can be adapted for other types of atmospheric pressure plasma devices.

This protocol is presented to characterize the setup, handling, and application of the COST-Jet for the treatment of diverse surfaces such as solids and liquids.

コストジェットを用いた冷気圧プラズマによる表面の処理

In recent years, non-thermal atmospheric pressure plasmas have been used extensively for surface treatments, in particular, due to their potential in ...

Building Langmuir Probes and Emissive Probes for Plasma Potential Measurements in Low Pressure, Low Temperature Plasmas

Langmuir probes have long been used in experimental plasma physics research as the primary diagnostic for particle fluxes (i.e., electron and ion fluxes) and their local spatial concentrations, for electron temperatures, and for electrostatic plasma potential measurements, since its invention by Langmuir in the early 1920s. Emissive probes are used for measuring plasma potentials. The protocols exhibited in this work serve to demonstrate how these probes may be built for use in a vacuum chamber in which a plasma discharge may be confined and sustained. This involves vacuum techniques for building what is essentially an electrical feedthrough, one that is rotatable and translatable. Certainly, complete Langmuir probe systems may be purchased, but they can also be built by the user at considerable cost savings, and at the same time be more directly adapted to their use in a particular experiment. We describe the use of Langmuir probes and emissive probes in mapping the electrostatic plasma potential from the body of the plasma up to the sheath region of a plasma boundary, which in these experiments&#160;is created by a negatively biased electrode immersed within the plasma, in order to compare the two diagnostic techniques and assess their relative advantages and weaknesses. Although Langmuir probes have the advantage of measuring the plasma density and electron temperature most accurately, emissive probes can measure electrostatic plasma potentials more accurately throughout the plasma, up to and including the sheath region.

The main goal of this work is to make it easier for research groups unfamiliar with Langmuir probes and emissive probes to use them as plasma diagnostics, especially near plasma boundaries. We do this by demonstrating how to build the probes from readily available materials and supplies.

低圧・低温プラズマのプラズマポテンシャル測定のためのラングミュアプローブとエミッシブプローブの構築

Langmuir probes have long been used in experimental plasma physics research as the primary diagnostic for particle fluxes (i.e., electron and ion fluxes) ...

反応種の形成を調査するための大気圧プラズマのセットアップ

要約

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プラズマ重合中空粒子のカプセル化と透水特性

エクストリーム圧力と温度での合成とMicrodiffraction

追加のイグナイタずに大気圧マイクロ波プラズマトーチに点火する方法

プラズマ医学 - セルを液体からスループットアプローチの基礎的研究

ほこりの充電と紫外放射またはプラズマへの露出表面上動員の実験方法

プラズマトロン内のアブレーション材料試験中の放射分光境界層調査

効率的な高温化学反応のための非平衡マイクロ波プラズマ

プラズマ・液体界面の溶媒和電子を検出するための全内部反射吸収分光法 (TIRAS)

コストジェットを用いた冷気圧プラズマによる表面の処理

低圧・低温プラズマのプラズマポテンシャル測定のためのラングミュアプローブとエミッシブプローブの構築

反応種の形成を調査するための大気圧プラズマのセットアップ

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ほこりの充電と紫外放射またはプラズマへの露出表面上動員の実験方法

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効率的な高温化学反応のための非平衡マイクロ波プラズマ

プラズマ ・液体界面の溶媒和電子を検出するための全内部反射吸収分光法 (TIRAS)

コストジェットを用いた冷気圧プラズマによる表面の処理

低圧・低温プラズマのプラズマポテンシャル測定のためのラングミュアプローブとエミッシブプローブの構築

プラズマ医学 - セルを液体からスループットアプローチの基礎的研究

プラズマ・液体界面の溶媒和電子を検出するための全内部反射吸収分光法 (TIRAS)