医用一氧化氮发生器脉冲放电等离子体发射光谱诊断

摘要

本课题组自2003年以来对脉冲放电医用一氧化氮（NO）进行了广泛的研究，前期的工作主要集中在放电条件对放电生成物NO和NO2浓度及NO2/NO比值影响方面的研究上，而对放电等离子体参数微观参量方面的研究较少。作为该课题研究的一部分，本文测量了不同气体流量、电极间距和电极材料等参数条件下空气中脉冲电弧放电的发射光谱，采用玻尔兹曼分布，计算了上述参数条件下脉冲放电等离子体温度，分析了气体流量、电极间距和电极材料等对电弧放电等离子体温度的影响，研究了脉冲放电等离子体电弧温度对空气放电生成物NO和NO2浓度的影响，以期为寻找控制空气脉冲放电NO中NO2及其它有害气体的最优放电条件奠定基础。研究的主要结论如下：
　　 (1)通过对不同气体流量下的光谱诊断，发现随着气体流量的增加，电弧光谱强度逐渐降低。脉冲放电等离子体电弧温度随着气体流量的增加呈先增加后降低的趋势，在气体流量为3l/min时，脉冲放电等离子体电弧温度达到最大值。
　　 (2)不同电极间距下的光谱强度和脉冲放电等离子体电弧温度与电极间距均呈非线形关系，电极间距在3.5mm时，N4+的发射光谱较强。在气体流量一定时，随着电极间距的增加，等离子体温度先增大，再减小，随后又增大，在电极间距3.5mm最大。
　　 (3)不同的电极材料对脉冲电弧放电光谱和等离子体温度的影响明显。发现铝材料做针电极时，光谱强度和等离子体温度均较高，铜电极的等离子体温度最低。
　　 (4)一定放电条件下，干燥空气脉冲电弧放电混合气体的光谱分析研究结果与日本T.Namihira等报道的大致相似，主要产生NO和部分NO2，同时还有少量的副产物水（H2O）、臭氧（O3）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）和甲烷（CH4），但没有N2O。
　　 (5)通过对等离子体电弧温度对NO、NO2浓度和NO2/NO比值影响的研究，发现：电极间距、电极材料一定时，不同气体流量等离子体电弧温度对NO、NO2浓度和NO2/NO比值的影响不大；气体流量、电极材料一定时，NO浓度与热等离子体电弧温度随电极间距的增加均程非线性增加；电极间距、气体流量一定时，不同材料等离子体电弧温度对NO、NO2浓度影响明显。