التأمل الداخلي الإجمالي الامتصاص الطيفي (تيرس) للكشف عن ومذاوبة الإلكترونات في واجهة سائل البلازما

الهدف العام من هذه التجربة هو الكشف المباشر عن الإلكترونات المذابة في واجهة البلازما السائلة. يمكن أن تساعد هذه الطريقة في الإجابة على أسئلة مهمة تتعلق بكيمياء الجذور الحرة الناتجة عن البلازما الملامسة لمحلول مائي. الميزة الرئيسية لهذه التقنية هي أنها توفر قياسا مباشرا للجذور الحرة قصيرة العمر ، الإلكترون المذاب ، على الرغم من امتصاصه للضوء.

تمتد الآثار المترتبة على هذه التقنية إلى الطب ، حيث يتم الآن اختبار البلازما ذات درجة الحرارة المنخفضة كشكل من أشكال علاج السرطان. يمكن أن توفر هذه الطريقة أيضا نظرة ثاقبة لتقنيات التخليق الكيميائي ، حيث تستخدم البلازما ذات درجة الحرارة المنخفضة في العديد من العمليات الصعبة. لهذه الطريقة ، استخدم خلية كهروكيميائية مخصصة للبلازما ، قطرها بوصتين ، مع نافذتين بصريتين ، بزوايا حوالي 20 درجة من المستوى العادي.

استخدم غطاء خلية PTFE مناسب جيدا ، مع أربعة منافذ للأقطاب الكهربائية وخطوط الغاز. استخدم أنود مصنوع من قطعة من رقائق البلاتين متصلة بقضيب من الفولاذ المقاوم للصدأ وكاثود مصنوع من شعرية حادة من الفولاذ المقاوم للصدأ. استخدم كمصدر لضوء التحليل الطيفي للامتصاص ليزر 670 نانومتر بما يتماشى مع قزحية قابلة للتعديل وعدسة 50 ملم ، وكلها مثبتة في نظام قفص بصري 30 ملم مركب على مقياس الزوايا للسماح بتعديل زاوية السقوط.

استخدم ككاشف ضوئي الصمام الثنائي الضوئي ذو المساحة الكبيرة السلكية في دائرة تسرب الانحياز العكسي مع مرشح ممر نطاق 670 نانومتر أمام الكاشف. قم بتركيب كاشف الصور على مقياس الزوايا الثاني. تأكد من وضع مقاييس الزوايا بحيث يتم توجيه الليزر إلى إحدى النوافذ البصرية للخلية الكهروكيميائية وسينعكس الضوء من خلال النافذة البصرية الأخرى لكاشف الصور.

استخدم دائرة ترحيل الحالة الصلبة لتعديل تيار البلازما بتردد ناقل يبلغ 20 كيلو هرتز ، بما في ذلك مكبر الصوت للقفل للحصول على نسبة إشارة إلى ضوضاء عالية بما فيه الكفاية للكشف عن الإشارات الماصة البصرية الصغيرة للغاية للإلكترونات المذابة. أخيرا ، قم بتصميم برنامج آلي لجمع البيانات للتحكم في الجهاز ، وتسجيل الإشارات من مكبر الصوت القفل. لبدء الإعداد ، ضع في الخلية الكهروكيميائية 60 مل من محلول 0.163 مولار من بيركلورات الصوديوم والماء منزوع الأيونات.

أدخل أنود رقائق البلاتين في غطاء الخلية الكهروكيميائية ، وضع الغطاء على الخلية. أدخل أنود رقائق البلاتين في غطاء الخلية الكهروكيميائية. اغمر الأنود حوالي سنتيمتر واحد تحت سطح المحلول.

تأكد من أن رقائق البلاتين فقط هي التي تلامس المحلول. بعد ذلك ، قم بتوصيل الطرف الحاد للشعيرات الدموية الكهربائي للبلازما المصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ بخط غاز الأرجون عبر مقياس تدفق الكتلة. أدخل الطرف الحاد للشعيرات الدموية في البلازما من خلال الغطاء بحيث تكون النقطة حوالي ملليمتر إلى ملليمترين فوق سطح المحلول.

تأكد من المسافة بين المحلول والطرف الشعري بكاميرا. ثم قم بتوصيل خرطوم ضيق بخط غاز الأرجون عبر مقياس تدفق كتلة آخر. أدخل الخرطوم من خلال أحد المنافذ الموجودة في غطاء الخلية الكهروكيميائية ليكون بمثابة خط التطهير.

اترك المنفذ الرابع دون عائق كفتحة تهوية. تأكد من أن الغطاء لن يتحرك أثناء التجربة. ثم أكمل الدائرة الكهروكيميائية عن طريق توصيل الشعيرات الدموية بمصدر الجهد والأنود بالأرض.

قم بتطهير الخلية بالأرجون بسرعة 250 سم مكعب في الدقيقة لمدة خمس دقائق على الأقل قبل التحضير. ثم اضبط تدفق غاز الأرجون عبر الشعيرات الدموية في البلازما على حوالي عشرة سنتيمترات مكعبة في الدقيقة. قم بتشغيل ليزر الصمام الثنائي ، وقم بمحاذاة الليزر بحيث يضرب واجهة سائل البلازما كما يتضح من الضوء الذي ينتشر من الدمل بواسطة تدفق الأرجون.

أوقف تدفق الأرجون عبر الشعيرات الدموية وانتظر عودة بقعة الليزر إلى حجمها الطبيعي. اترك الأرجون يتدفق عبر خط التطهير الرئيسي بسرعة 250 سم مكعب في الدقيقة. قم بمحاذاة كاشف الصور بحيث يصطدم انعكاس الليزر بمركز الكاشف.

قم بتوصيل إخراج كاشف الصور بمقياس فولت. وقياس الجهد الناتج عن إشارة الامتصاص بواسطة الليزر. سجل الجهد الذي سيتم استخدامه لاحقا لتطبيع بيانات الامتصاص من مكبر الصوت للقفل.

يقيس مكبر الصوت القفل بشكل أساسي جهد التيار المتردد من كاشف الصور. يجب تطبيع هذا الجهد بالشدة المطلقة لليزر ، والتي تقاس على أنها إزاحة التيار المستمر للكاشف. بعد ذلك ، قم بتوصيل إخراج كاشف الصور بقفل إدخال مكبر الصوت.

قم بتوصيل إخراج منطق الترانزستور لمولد الوظيفة بمدخلات التردد لمكبر الصوت للقفل. قم بتشغيل مولد الوظائف ، وقفل مكبر الصوت ، ومصدر الطاقة عالي الجهد. تأكد من أن الأجهزة تتصل ببرنامج جمع البيانات وأن مكبر الصوت قفل بإشارة عند تردد الموجة الحاملة 20 كيلو هرتز.

ابدأ التجربة وراقب النظام حيث يتم تشغيل الليزر تلقائيا وإشعال البلازما. راقب الإشارات المسجلة ، حيث يتم تسجيل بيانات الحالة المستقرة مع الليزر وبدونه. نتوقع فقط أن نرى الامتصاص البصري من الإلكترونات المذابة عندما يكون كل من الليزر والبلازما.

لذلك ، يجب أن تكون الإشارة التي تحتوي على الليزر فقط ولا تحتوي على البلازما ، أو العكس ، صغيرة نسبيا بالمقارنة. بمجرد الانتهاء من جمع البيانات الآلي ، قم بحساب متوسط البيانات ، واطرح الضوضاء ، واحسب تركيز الإلكترونات المذابة في المحلول بمرور الوقت. تم الحصول على معلومات حول السعة والطور بالنسبة لدائرة التبديل من مكونات جيب التمام والجيب للإشارة الماصة ، أو x و y.

يمكن بعد ذلك استخدام سعة الإشارة لتقدير تركيز الإلكترونات المذابة وثوابت معدل التفاعل لأنواع كيميائية مختلفة. كان سعة الامتصاص حوالي 10 أجزاء في المليون ، مما يؤكد الحاجة إلى نسبة إشارة كبيرة بما فيه الكفاية لتجربة ناجحة. إذا كانت الضوضاء غير المعروفة تؤثر بشكل كبير على الإشارة ، فمن الأفضل تجاهل البيانات وتكرار التجربة.

بمجرد إتقانها ، يجب ألا يستغرق القياس باستخدام هذا الإجراء أكثر من 30 دقيقة. من الأهمية بمكان توفير جو خامل مثل الأرجون ، ومحاذاة الليزر بشكل صحيح. يمكن لكميات ضئيلة من الأكسجين أن تطفئ بسرعة أي إلكترونات حرة في البلازما وتمنعها من دخول المحلول.

وتجدر الإشارة أيضا إلى أن هذه الطريقة لا تقيس بشكل مباشر تركيز الإلكترونات المذابة. بدلا من ذلك ، فإنه يقيس سعة التيار المتردد للامتصاص البصري ، والذي يتناسب مع سعة التيار المتردد لتيار البلازما 20 كيلو هرتز. بعد تطويرها ، أسفرت هذه التقنية عن رؤى مهمة حول حركية التفاعل السريع للإلكترونات الذائبة في واجهة سائل البلازما.

نود في النهاية توسيع هذا ليشمل الجذور الحرة الأخرى التي تنتجها البلازما الملامسة للسوائل. أخيرا ، لا تنس أن العمل بجهد عالي يمكن أن يكون خطيرا. يجب اتخاذ الاحتياطات مثل تأريض الطاولة البصرية وغيرها من المعدات قبل تنفيذ هذا الإجراء.