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基于光谱法的等离子体针应用及机理研究

张先徽  
【摘要】: 大气压等离子体无需昂贵真空系统、费用低、操作方便等优点,与真空等离子体相比拥有更广泛的应用前景。本论文中,我们利用介质阻挡放电原理研制出了等离子体针放电系统,并用精致不锈钢管作为内电极,氧气从内电极通入,将等离子体聚焦装置粘贴在装置末端,能够使等离子体聚集在较小的范围内,从而提高了工作效率。此外我们还对该等离子体装置的基本放电特性进行了研究,通过发射光谱的对比研究,给出了等离子体内粒子种类,分析了作用机理,并将大气等离子体针应用到了肝癌细胞处理、生物灭菌及其相关领域。 通过自制装置设计,我们实现了在大气压条件下产生低温辉光等离子体。该等离子体长度为2-4cm,温度约为312K。通过实验找出了输入功率与等离子体长度之间的关系,并给出了输入功率临界点,通过研究对比等离子体针的发射光谱图,找出了最佳掺氧量。根据培养肝癌细胞的96孔板的特点我们研制了细长喷嘴的等离子体针,并利用该装置产生的氩气等离子体对北京大学第三医院培养的肝癌细胞(BEL-7402)进行了杀灭处理,给出了最佳工作参数。通过低发射光谱的分析,找出了杀灭肝癌细胞的关键粒子。然后针对如何提高含氧自由基的含量进行了讨论,对最佳工作参数进行了分析。 在试验中将上述装置的喷嘴进行改进,并且将工作气体改为氦气。利用该装置对北京大学口腔医院培养的口腔链球菌(Streptococcus mutans,S.mutans)和粪肠球菌(Enterococcus faecalis,E.faecalis)分别进行了杀灭处理,发现具有较好的杀菌效果,给出了最佳杀菌参数,在该参数条件下对人体皮肤组织进行了处理,发现没有热灼伤和电灼伤。并对处理后的细菌进行了定量分析,给出了杀口腔链球菌的时间与存活菌落的关系,以及其它参数杀细菌后的存活菌落。为了分析它的杀菌机理,我们对等离子体的发射光谱进行了研究,通过对比大气条件与琼脂(agar)条件下的发射光谱,找出杀菌的关键粒子(含氧自由基)并分析了杀菌机理。 此外,我们还利用等离子体的尾流活性气体对有机染料甲基紫污水和垃圾填埋场渗沥液进行了降解处理,通过对处理后溶液的紫外吸收光谱对比研究,结果发现:活性空气能脱除染料颜色但不能降解苯环类结构,而氧气却能完全降解甲基紫溶液;渗沥液的电导率、化学需要量(COD)及氨基化合物降低了50%,生物需氧量(BOD)降低了76%,悬浮物(SS)降低了91%,完全达到膜反渗透设备所需的预处理要求。


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