大气压填充式反应器等离子体解离二氧化碳反应机理数值模拟

本文基于PASSKEy(PArallel streamer solver with KinEtics)构建了一个多层介质球的二氧化碳填充式介质阻挡放电二维模型,并对此模型的流注传播演化动态过程进行了深入系统的仿真研究.研究指出第1层和第2层介质球的内侧不是二氧化碳解离等反应发生的主要区域,主要区域为流注传播路径以及第1层介质球的外侧.同时,本文还对此模型的电子密度与电场的演化进行深入解析,并给出了相应的物理机理和对应特征点的局部电场演化.此外,还分别研究了空间电荷和表面电荷的时空演化,指出整体上空间中的负电荷随着流注的形成和传播,不断收缩于流注内部和介质表面,而正电荷主导放电空间的电荷分布.并且通过展开特定介质球的表面,给出了具体的分布角度范围和演变趋势.最后研究了一氧化碳粒子和二氧化碳离子和氧气离子的时空演化机理,并且对放电空间中所有的电子和二氧化碳离子的空间能量沉积进行积分,数据表明在此模型中的总能量沉积值约为1.428 mJ/m,二氧化碳离子的沉积能量约为0.1251 mJ/m,占比达8.8%.

大气压固体分析探针结合单四极杆质谱仪快速检测18种合成大麻素

本研究建立了一种大气压固体分析探针结合单四极杆质谱仪(ASAP-MS)快速检测18种合成大麻素(SCs)的方法。通过优化ASAP-MS锥孔电压,确定4种优化电压为15、25、35和50 V,以提供化合物全面的质谱信息。在优化条件下对一系列SCs标准溶液进行分析,建立了18种SCs的质谱库,并对本方法进行方法学验证,得到18种SCs的检出限为10~20 mg/L。应用该方法对缴获的15批次未知样品进行检测,9批次呈阳性。该方法具有前处理简单、分析速度快、匹配高效精准、定性准确的优势,可用于基层公安禁毒部门的分析检测。

大气压气相色谱-串联质谱法同时测定血清中多溴二苯醚和新型溴代阻燃剂

建立了大气压气相色谱-串联质谱(APGC-MS/MS)同时测定人体血清8种多溴二苯醚(PBDEs)和9种新型溴代阻燃剂(NBFRs)的方法。0.3 g血清样品经HLB柱固相萃取和30%酸性硅胶柱净化处理后,用DB-5HT毛细管柱(15 m×0.25 mm×0.10μm)分离,APGC-MS/MS检测分析。PBDEs和NBFRs的检测分别采用同位素稀释法和内标法。采用血清标准参考物质SRM 1958和基质加标进行方法验证,与SRM 1958给出的参考质量分数值范围对比,多溴二苯醚各化合物浓度的测定值均在参考质量分数值的范围内,相对标准偏差(RSD,n=6)为6.1%~18%。NBFRs的基质加标回收率为81.7%~126%,RSD为6.2%~18%。该方法灵敏度和准确度高、方法性能稳定,满足人体血清中溴代阻燃剂检测的要求。

大气压等离子体射流功能改性硅树脂的工艺研究

[目的]采用大气压等离子体射流(APPJ)技术在聚二甲基硅氧烷(PDMS)表面产生结构色的方法和机制鲜有报道。[方法]通过对处在拉伸状态的PDMS进行1 min的氩气等离子体处理,然后释放拉应力,获得了具有环形渐变结构色的PDMS。[结果]扫描电镜(SEM)照片揭示,APPJ处理后的PDMS表面生成了周期排列的纳米褶皱结构,且褶皱周期是逐渐变化的。X射线光电子能谱(XPS)分析表明,经APPJ处理的PDMS表面发生了进一步交联和氧化,生成了弹性模量比PDMS更高的氧化硅物质层。可见光吸收和反射光谱分析表明,具有结构色的PDMS对可见光表现出了更低的反射率,而其垂直方向的可见光透过率则无显著改变。[结论]通过APPJ技术能够简单、快速地对有机硅化合物表面进行改性而获得精细结构色,该工艺方法有望满足显示、传感、防伪、功能材料等领域的实际需求。

大气压栅状介质阻挡放电等离子体空气消毒研究

空气净化与消毒是控制呼吸道传染性疾病的有效途径。介质阻挡放电(dielectric barrier discharge,DBD)用于空气消毒具有高效、大面积放电、低风阻等优势,但目前对其空气消毒特性、消毒因子和消毒剂量的研究不足。文中介绍了清华大学电机系气体放电与等离子体研究团队近期关于栅状DBD等离子体空气消毒的研究进展。杀菌特性方面,重点研究了放电结构参量、湿度、微生物种类、电压类型等因素的影响,发现缩小间隙、增大电极尺寸、增加气流湿度均可提高杀菌效率和能量效率(Z值),相对湿度为60%时装置Z值可达1.68L/J;对MS2噬菌体气溶胶的单次通过净化效率可达99.5%~99.9%。杀菌因子方面,实验发现短寿命气相粒子是细菌气溶胶灭活的主要因子,长寿命粒子作用至多占总杀菌作用的30%。杀菌剂量方面,提出以比能量密度作为等离子体空气消毒的剂量参数,并基于湿空气放电的化学反应动力学模型,发现单粒子剂量与功率密度的线性关系,揭示了比能量密度作为剂量的机制。该研究可为介质阻挡放电空气消毒提供理论和工程应用支撑。

冷大气压等离子体诱导的交变电场对白细胞介素-6结构及功能的影响

冷大气压等离子体(cold atmospheric plasma,CAP)由于其具有“选择性”杀伤癌细胞的效果,而被认为是一种极具潜力的癌症治疗手段.CAP可以通过降低关键炎症因子白细胞介素-6(interleukin-6,IL-6)的表达,抑制肿瘤炎症反应并激活免疫系统.然而CAP携带的强交变电场对IL-6构象及功能的影响仍缺乏了解.本文采用分子动力学方法,模拟了不同频率及强度的交变电场对IL-6构象及其与受体对接过程的影响.结果表明,当电场频率小于30 MHz且电场强度大于0.5 V/nm时,IL-6的平均偶极矩增大,长螺旋间维持稳定的盐桥断裂,α螺旋数量减少,从而影响了IL-6与其受体的结合,对其发挥正常生物效应机制产生潜在影响.本文从微观层面上解释了CAP诱导的电场通过IL-6影响相关生物学效应的内部相互作用机制,并为实际应用CAP治疗肿瘤炎症的参数选取、探索有效的癌症治疗策略提供重要的理论依据.

基于TMVOC模拟的大气压力波动对土壤中苯迁移转化影响研究

为探究大气压力波动下苯系物(BTEX)的迁移转化规律,提升石化污染场地土壤地下水污染治理水平,以西北某炼化场地为研究对象,结合室内土柱试验与TMVOC软件模拟,开展BTEX泄漏模拟,研究不同大气压力波动幅度下苯在包气带与含水层中的迁移转化规律。结果表明:大气压力循环波动会引起包气带中的气相苯发生相间非平衡态迁移,导致气相质量分数增加0.1%~0.5%;非水相液体(NAPL)污染物转化为气相污染物,进而通过大气挥发是主要的质量损失方式,该转化会造成场地及周边的大气环境污染;同时大气压力波动的幅度与气相转变发生时间存在负线性相关关系。研究显示,大气压力波动显著影响了苯的相态转化与迁移过程,促进了苯的相态转化,使得更多的苯转化为气相,造成大气环境污染。

开放环境中大气压氩气微等离子体射流特性

微等离子体射流具有较高的等离子体密度和处理精度,广泛应用在纳米材料制备、精密加工和表面刻蚀等领域,然而开放环境中大气压微等离子体射流特性的调控方法和机制尚不明晰。为此搭建了大气压微等离子体射流源及原位诊断系统,实现了直径为50~200μm的大气压氩气微等离子体射流,并通过电压/电流波形、射流图像和发射光谱分析了毛细管内径、气体流量、施加电压对微等离子体放电特性、射流长度、气体温度以及电子密度的影响。结果表明:减小管径可以降低气体温度和射流长度并增大击穿电压和电子密度;当射流处于层流和过渡模式的临界状态时,微等离子体射流性能最佳;增加施加电压可以增大射流长度、气体温度和电子密度;气体温度、电子密度分别由射流比表面积和输入能量密度决定,活性粒子沿径向扩散降低了射流长度和电子密度。研究成果揭示了宏观参数调控开放环境中大气压微等离子体射流特性的规律和机制,对微等离子体射流的应用具有重要意义。

介质管介电常数对大气压Ar冷等离子体射流特性的影响

通过二维流体模型,研究介质管的介电常数对大气压氩气冷等离子体射流放电性质的影响.结果表明,射流在介质管内外具有不同的放电性质.当射流在介质管内时,电离波沿着介质管内表面向管口传播,因而呈现环状结构,其传播速度先增加后减小.介电常数越大,环形结构的半径越小,电子密度越低,射流传播的速度也越小.当射流喷出管口后,射流的传播速度迅速提升,然后减小,介电常数越大,提升越快.随着射流的传播,环状结构不断收缩,最终消失.研究结果对大气压冷等离子体源的设计和优化具有一定的理论指导意义.

大气压气相色谱-串联质谱法测定食用油中37种脂肪酸的含量

为提高气相色谱-串联质谱法检测食用油中多种脂肪酸的灵敏度和定性定量效果,进行了题示研究。参考GB 5009.168—2016进行样品前处理。取1 g混合均匀的食用油样品,加入含2%(质量分数)氢氧化钠的甲醇溶液8 mL,于(80±1)℃加热回流至油滴消失。在回流冷凝器上端加入7 mL 15%(体积分数)三氟化硼甲醇溶液,于(80±1)℃加热回流2 min。冷却至室温,加入10 mL正庚烷,振摇2 min,再加入3 mL饱和氯化钠溶液,静置分层。吸取上层正庚烷提取溶液5 mL,加入3 g无水硫酸钠,振摇1 min,静置5 min,上层溶液采用大气压气相色谱-串联质谱法测定。37种脂肪酸甲酯以CD-2560毛细管色谱柱在程序升温条件下分离,大气压气相色谱电离源电离,多反应监测(MRM)模式检测,外标法定量。结果显示:37种脂肪酸甲酯在一定范围内和峰面积呈线性关系,相关系数不小于0.999 0,检出限(3S/N)为0.1~1.3 mg·kg^(-1)。按照标准加入法进行回收试验,回收率为80.0%~116%,测定值的相对标准偏差(n=6)均小于10%。方法用于5种食用油样品的分析,饱和脂肪酸检出量最高的为猪油(54.450 7%),其余依次为玉米油(22.970 2%)、橄榄油(20.556 1%)、核桃油(11.367 4%)、菜籽油(9.530 8%);不饱和脂肪酸检出量最高的为菜籽油(90.463 0%),其余依次为核桃油(88.626 8%)、橄榄油(79.436 0%)、玉米油(77.025 0%)、猪油(45.547 2%)。

大气压微波放电CO_(2)等离子体温度的发射光谱诊断

大气压微波等离子体因具有活性粒子密度高、气体温度高、能量转换效率高、可控性好等独特优势,在分解和转化二氧化碳治理环境领域展现出重要的应用价值。以大气压微波等离子体的二氧化碳分解与转化为应用背景,开展了大气压微波等离子体的放电特性与温度参数的测量和诊断研究。通过研究等离子体炬的放电形态的变化规律,分析了大气压二氧化碳等离子体的放电特点;利用发射光谱的诊断方法,分析了二氧化碳放电区内产生的C_(2)分子的转动温度,得到了二氧化碳等离子体内不同位置在不同功率和不同气体流量下的放电形态以及温度的变化规律。研究结果表明,这种大气压微波等离子体的放电形态呈现明亮的中心放电区和外围的余辉区,且这两个区域存在清晰的边界;放电区的长度随微波功率增加接近线性增长,受送气流量大小的影响微弱。等离子体发射光谱诊断结果显示,大气压微波等离子体放电过程中,主放电区中除了化学荧光连续谱外还存在很强的C_(2)分子的Swan谱带;基于这一谱带计算得到的主放电区等离子体温度约为6 000 K,且这一温度几乎不随功率和气流的变化;不同中心放电区位置,温度略有变化(±100 K)。

低温大气压介质阻挡氦气/氮气放电温度特性的数值研究

当气体温度(环境温度)低于一定值时,水蒸气、氮气和氧气会随着气体温度降低逐渐液化,进而导致大气压氦气介质阻挡放电(Dielectric barrier discharges, DBD)出现独特物理特性。本文基于COMSOL多物理场耦合仿真软件建立平板介质阻挡放电二维轴对称流体模型,利用该模型仿真分析了气体温度对低温大气压氦气/氮气DBD的电特性、放电模式、放电产生和发展等的影响。模拟结果表明:(1)随着气体温度的降低,低温大气压氦气/氮气DBD由柱状汤森逐渐转化为柱状辉光放电;击穿电压和柱放电中电子密度都逐渐增加;柱放电向电极径向中心移动。(2)放电先在瞬时阳极附近发生后向瞬时阴极发展;在气体温度较低时,柱状放电个数较少,但放电可以发展到瞬时阴极;不同径向位置的柱状放电不是同时发生的。模拟结果加深了对大气压DBD知识的理解,增加了大气压DBD等离子体的调控参量。

碰撞辐射模型诊断大气压双频氩等离子体电子密度和电子温度的二维分布

利用发射光谱结合碰撞辐射模型(OES-CRM),探究大气压双频(2.00 MHz、13.56 MHz)等离子体的放电特性。使用CCD相机结合带通滤波片拍摄特定波长(694.3 nm、750.0 nm)谱线强度的二维图像,通过碰撞辐射模型计算等离子体电子密度和电子温度的轴向分布和二维空间分布。试验中,分别改变低频电源和高频电源的功率,探究高频分量和低频分量对放电的影响。结果表明:随着高频功率的增加,电子密度明显增加,且体区两端靠近鞘层处变化更明显,而电子温度略有升高;增加低频分量时,放电强度降低,等离子体的电子密度和电子温度均略有降低,等离子体鞘层明显向体区扩张。总体上,高频分量主要影响电子温度和电子密度的量,而低频分量主要影响电子温度和电子密度的空间分布。可见大气压双频放电能独立调控等离子体的参数值和空间分布,具有重要研究意义。

大气压非平衡等离子体诊断:电场诱导二次谐波

电场诱导二次谐波作为一种非侵入式、时间分辨率高达纳秒甚至飞秒量级的测量方法在大气压非平衡等离子的电场诊断中得到广泛关注。基于二次谐波产生的原理,对其适用性进行了讨论。针对纳秒和飞秒激光器在该应用中的特点,搭建了对应的诊断系统。通过使用纳秒激光器测量电场,获得了更高的时间分辨率,并通过平行板电极产生的均匀电场对系统进行标定,获得二次谐波信号强度与电场强度平方的定量关系。基于该定量关系,最终获得大气压等离子体不同位置的瞬态电场。

大气压做功演示仪的创新设计

利用生活中的常见器材,创新性设计大气压做功演示仪,不仅能够重复且便捷地演示大气压做功过程,还可控制实验进程,使学生直观地观察到气压做功的过程。便于学生从定性理解过渡到定量探究大气压做功规律,从而更好地理解学科知识,培养核心素养。

非标准大气压下卷烟纸阴燃速率的修正研究

为了修正非标准大气压下与标准大气压下卷烟纸阴燃速率之间的系统性差异,在6家不同大气压下的实验室(5家非标准大气压实验室和1家近似标准大气压实验室)中对4种卷烟纸样品进行阴燃速率测试,分析大气压与卷烟纸阴燃速率之间的相关性,建立非标准大气压下卷烟纸阴燃速率的修正方程,并验证该方程的可行性。结果表明:1)卷烟纸阴燃速率与大气压呈正相关,R^(2)为0.8572~0.9141,且4种卷烟纸样品的阴燃速率与大气压的相关性均达到极显著水平;2)非标准大气压条件下卷烟纸阴燃速率的修正方程为r_(c)=r_(m)×(0.8157×√P_(0)/P_(1)+0.1936);3)实验样品在非标准大气压下阴燃速率的修正值与标准大气压下的阴燃速率无显著差异,且验证样品在阴燃速率的修正值与其在标准大气压下的阴燃速率的最大偏差绝对值仅为0.170,说明所建立的修正方程可用于修正非标准大气压下卷烟纸的阴燃速率,以消除非标准大气压与标准大气压下测试结果之间的系统性差异。

低共熔溶剂-超高效液相色谱-大气压化学离子化-串联质谱法测定火腿肠中9种N-亚硝胺

目的建立低共熔溶剂(deep eutectic solvent,DES)-超高效液相色谱-大气压化学离子化-串联质谱法快速测定火腿肠中9种N-亚硝胺污染物的分析方法。方法样品经水稀释,微量DES分散萃取,50%甲醇水复溶,Agilent Infinitylab Poroshell 120 EC-C_(18)(2.1 mm×150 mm,2.7μm)色谱柱分离,大气压化学电离源电离,多反应监测模式检测,内标法定量分析。结果9种N-亚硝胺在5.0~60.0ng/mL范围内线性关系良好,线性相关系数(r)均大于0.999。方法检出限为0.1~0.3μg/kg,定量限为0.3~1.0μg/kg,回收率为72.1%~111.6%,相对标准偏差为0.9%~8.4%。结论低共熔溶剂对N-亚硝胺的萃取效果佳,可以解决传统操作步骤烦琐的问题。本方法有机试剂用量少、绿色环保,适用于火腿肠中9种N-亚硝胺的快速、精准检测。

基于PCK理论的初中实验教学评价策略——以大气压强实验为例

以“大气压强”实验探究为例,创新评价方式,探索基于PCK理论的初中物理实验教学评价策略,推动物理实验教学发展,促进教师学科教学知识发展,对初中实验教学品质的提升与改善有积极的促进作用。

大气压固体分析探头离子源(ASAP)的应用研究

大气压固体分析探头离子源(ASAP)是利用加热的氮气脱溶剂气体来蒸发样品以及利用电晕针放电来进行样品电离。ASAP显著优势为非破坏、分析流程简化、高灵敏度、环境友好的优点。通过与各种质谱仪器相结合,更好的发挥了ASAP的优势,提供了高分辨率、高灵敏度和更精确的质量测量,还可与其他技术进行相互佐证。文章将从ASAP技术工作原理、流程进行介绍,从农药兽药、工业产品、资源环境、生物医药等多领域出发,阐述在各分析领域中面临的挑战与前景,旨在为ASAP技术应用提供参考和新的视角。

大气压空气中尖-尖间隙60kHz高压放电实验研究

大气压低温放电等离子体在点火和辅助燃烧方面有着广泛的应用前景。为此,基于60kHz的高频高压电源,利用尖-尖电极的极不均匀场结构,在空气中获得了稳定的大气压辉光放电,通过测量电压电流并拍摄放电图像,分析了放电过程,并计算得到了电极压降和位移电流。间隙击穿前,间隙距离不变时位移电流随着施加电压而呈线性变化;间隙击穿后,电源输出电压不变时间隙放电电压随着间隙距离而呈线性变化。结果表明放电过程经历3种放电模式(电晕放电、火花放电、辉光放电),放电稳定性随着气体体积流量的增大而减小,在气体体积流量<3L/min时,可以实现稳定辉光放电。相关结果可为等离子体点火和辅助燃烧提供参考。