プラズマー高速液流システムが明らかにする活性種の界面輸送と挙動

等离子体高速液流系统揭示活性物质的界面传输和行为

• 批准号: 22KJ0303
• 负责人: 武田 一希
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0303/
• 关键词: 大気圧プラズマ; プラズマ―液体界面; 活性酸素・窒素種; 水酸基ラジカル; 三酸化二窒素

本研究は，複雑なプラズマ―液体界面現象の簡単化を実現するプラズマ―高速液流システムによる実験結果と数値モデルを併用し，界面における活性酸素種 (ROS)および活性窒素種（RNS）の生成起源と液中挙動解明を目指している．初年度は，大気圧プラズマ照射由来の液相短寿命RNSの減衰を世界で初めて実験検出することに成功した．具体的には，微量の窒素添加を施したプラズマ―高速液流に対して，ニトロ化活性種の捕捉剤（p-HPA：p-ヒドロキシフェニル酢酸）を距離制御注入し，最終生成物である亜硝酸及び硝酸濃度を高速液体クロマトグラフィにより定量した．この時，p-HPAによる短寿命RNS捕捉量に応じて，亜硝酸，硝酸濃度が減少すると考えた．その結果，プラズマ照射後において亜硝酸のみがp-HPAによって顕著に濃度減少した．すなわち，界面輸送されたRNSのうち最終的に硝酸ではなく亜硝酸へと行き着く前駆体の存在を見出した．また，この前駆体の半減期は2～3 ms程度であり，照射直後においては亜硝酸全量の約4割が前駆体として存在していた．さらに，三酸化二窒素（N2O3）を選択検出する蛍光プローブ試薬（DAF-FM）を注入したところ，N2O3が半減期2～3 msで時間減衰する様子を捉えた．以上の結果と，N2O3は加水分解されたのち亜硝酸のみへと行き着くことを踏まえて，今回検出した亜硝酸前駆体はN2O3であると結論づけた．これまで，プラズマ―液体界面における亜硝酸の由来は，気相亜硝酸の溶解や，水酸基ラジカルと一酸化窒素の界面反応が支配的とされてきたが，N2O3による前駆体反応が無視できないほど寄与している可能性が明らかとなった．本成果は，困難であった液相短寿命RNSの実験検出に成功しただけでなく，界面の化学活性種反応系に新たな知見を提供しうる重要な成果である．

这项研究使用了使用血浆高速液体流系统的实验结果，该结果简化了复杂的等离子体 - 液体界面现象和数值模型，以阐明活性氧（ROS）的产生和行为的起源和行为，并在界面处的活性氮（RNS）。在第一年，我们成功地进行了全球首次实验检测，该检测是由大气压力等离子体辐射引起的液相短期RN的衰减。具体而言，要以距离控制的基础注射硝化活性物种捕获剂（P-HPA：P-HPA：P-HYDROXYPA乙基乙酸），并以高表象液体液体模拟量化了硝化活性物种捕获剂（P-HPA：P-HPA：P-Hydroxyphenylacetic Acid），并以距离控制的基础注射硝基活性物种捕获剂（P-HPA：P-HPA：P-HYDROXYPANYLACECIC酸）。目前，我们认为亚硝酸盐和硝酸的浓度取决于P-HPA捕获的RN量。结果，血浆照射后仅通过P-HPA显着降低亚硝酸盐浓度。换句话说，我们发现了最终不是硝酸而不是亚硝酸盐的前体的存在，而是在界面运输的RNSS中。此外，该前体的半衰期约为2-3毫秒，辐照后立即存在亚硝酸盐总量的40％作为前体。此外，当注入荧光探针试剂（DAF-FM）以选择性检测三氧化二氧化物（N2O3）时，观察到N2O3衰变的时间减弱了半衰期为2-3 ms。基于上述结果以及N2O3被水解并仅以亚硝酸盐结束的事实，我们得出的结论是，这次检测到的亚硝酸盐前体是N2O3。到目前为止，迄今为止，亚硝酸盐在等离子体液界面处的起源被认为是通过溶解气相亚硝酸盐和羟基自由基和硝酸氧化物之间的界面反应来显着的，但是已经揭示了由N2O3引起的前体反应导致了它在无法忽视的点上有助于它。该结果不仅是对液相短期RN的成功检测，这很困难，而且还为界面的化学活性物种反应系统提供了新知识。

项目成果

Evaluation of Short-Lived Reactive Species Decay Using High-Speed Water Flow in Contact with Atmospheric Pressure Plasma

使用高速水流与大气压等离子体接触评估短命活性物质衰变

• 发表时间: 2022
• 作者: K.Takeda;S. Sasaki;K. Takashima;and T. Kaneko
• 通讯作者: and T. Kaneko

プラズマ―高速水流を用いた液相短寿命活性窒素種減衰の実験的検出

等离子体 - 使用高速水流实验检测液相短寿命活性氮物种衰变

• 发表时间: 2023
• 作者: 猿渡彩;上山祐史;玉手亮多;中西淳;上木岳士;武田 一希，佐々木 渉太，高島 圭介，金子 俊郎
• 通讯作者: 武田 一希，佐々木 渉太，高島 圭介，金子 俊郎

Atmospheric Pressure Plasma in Contact with High-speed Water Flow for Evaluating Liquid-phase OH Transport

大气压等离子体与高速水流接触用于评估液相 OH 传输

• 发表时间: 2022
• 作者: K. Takeda;S. Sasaki;K. Takashima;and T. Kaneko
• 通讯作者: and T. Kaneko