CC BY
18SSjmSS 18-20 октября 2022 г
Воздействие прямого пьезоразряда на состав воды Milli-Q
12 12 1 Гудкова В.В. ', Разволяева Д.А. ' , Борзосеков В.Д.
1- Федеральный исследовательский центр «Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук», Москва 2- Институт физических исследований и технологий Российский университет дружбы народов, Москва
Е-mail: safel1980@,mail. ru
DOI: 10.24412/cl-35673-2022-1-105-107 В настоящее время широкомасштабно развиваются исследования, посвященные применению низкотемпературной плазмы неравновесного разряда атмосферного давления в широком спектре задач сельскохозяйственной и медико-биологической направленности: обработка поверхностей для их дезинфекции, лечение кожных заболеваний, очистка сточных вод, увеличение всхожести семян, плазменная активация воды и её дальнейшее применение к биологическим объектам и т. д. [1]. Большинство применений неравновесных разрядов при атмосферном давлении основано на их уникальной плазмохимии [2].
В данной работе исследуется активация воды Milli-Q низкотемпературной плазмой прямого пьезоразряда в воздухе при атмосферном давлении. Параметры плазмы и её источник, созданный на основе пьезотрансформатора, описаны в [3]. В процессе обработки воды плазмой в ней образуются растворённые реактивные кислород- и азотсодержащие частицы, которые можно разделить на короткоживущие и долгоживущие.
Целью данной работы было измерение концентраций долгоживущих реактивных кислород- и азотсодержащих частиц: пероксида водорода H2O2, нитрит-иона NO2 и нитрат-иона NO3 . Также важен анализ изменения кислотности среды и окислительно-восстановительного потенциала. Измерения концентраций нарабатываемых частиц производились с помощью двух методов — фотоколориметрии и абсорбционной УФ-диагностики.
Вода Milli-Q объёмом 5 мл помещалась в луночный планшет. Обработка воды производилась низкотемпературной плазмой прямого пьезоразряда в течение 2, 4, 6 и 8 минут.
SoVbTv™ ФИЗИКА ПЛАЗМЫ И ПЛАЗМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Методом фотоколориметрии проводились измерения концентрации пероксида водорода и нитрит-ионов с помощью спектрофотометра Cintra 4040 УФ-видимого диапазона излучения (185-900 нм) с разрешением 0.1 нм. Диагностика пероксида водорода производилась при добавлении в обработанную воду реактива FOX (1:1 с учетом разбавления) [4], нитрит-ионов - при добавлении раствора на основе порошка Грисса (100 мкл на 2 мл обработанной воды) [5]. Оптическая плотность пероксида водорода измерялась на длинах волн 540-570 нм, а нитрит-ионов — на 520-540 нм. Расчёт концентрации нарабатываемых частиц производился по калибровочным кривым для известных концентраций с учетом закона Бугера-Ламберта-Бера.
Методом абсорбционной УФ-диагностики производились измерения концентраций H2O2, NO2 и NO3 . Обработанная вода помещалась в кварцевую кювету (КУ-кварц). Через кювету пропускался пучок УФ-излучения от ксеноновой лампы Avalight-XE-HP (200-1000 нм). В качестве приемника УФ-излучения использовался спектрометр AvaSpec-Mini4096CL (200-460 нм). Для спектра сравнения в кювету помещалась исходная чистая вода Milli-Q. Спектры поглощения обработанной воды раскладывались в диапазоне 200-300 нм на составляющие: спектры поглощения чистых растворов каждой из частиц H2O2, NO2 и NO3 с известными концентрациями. При процедуре разложения рассматривается система линейных уравнений, решением которой будут концентрации частиц.
В ходе эксперимента наблюдался рост концентрации пероксида водорода H2O2 с выходом на плато с учетом погрешности измерений при обработке более 6 минут (рис. 1а).
Концентрация нитрит-ионов увеличивается при малых временах обработки, затем нитрит-ионы NO2 окисляются и преобразуются в нитрат-ионы NO3 (рис. 1б). При этом водородный показатель среды уменьшается, а окислительно-восстановительный потенциал увеличивается. В совокупности это позволяет сделать вывод о слабых буферных свойствах воды Milli-Q.
ШКОЛА-КОНФЕРЕНЦИЯ МОЛОДЫХ УЧЁНЫХ
-------------1Е НЕДЕЛИ»
18-20 октября 2022 г
Концентрация пероксида водорода, мкМ
Концентрация нитрит-ионов, мкМ|
£ 40
Длительность обработки, мин
Длительность обработки, мин
а) б)
Рис. 1. Зависимость концентрации пероксида водорода Н202 (а) и нитрит-ионов NO2 (б) в воде МИН^ от длительности обработки низкотемпературной плазмой прямого пьезоразряда.
Авторы выражают благодарность сотрудникам Центра биофотоники ИОФ РАН Артемьеву К.В., Кончекову Е.М., а также сотруднику отдела физики плазмы ИОФ РАН Павлик Т.И. за помощь в проведении экспериментов и анализе результатов.
1. Reuter S. et al. J. Phys. D: Appl. Phys. 2018, 51, 233001.
2. Bruggeman P.J. et al. Plasma Sources Sci. Technol. 2017, 26, 123002.
3. Kolik L.V. et al. Russian Physics Journal. 2020, 62(11), 2073-2080.
4. Gay C., Gebicki J.M. Anal Biochem. 2004, 284, 217-220.
5. Tsikas D. J. Chromatogr. B Analyt. Technol. Biomed. Life Sci. 2007, 851, 51-70.
