マテリアル工学基礎実験テーマ「水中プラズマの研究」担当水越克彰（東北大学）プラズマとは：気体を構成する分子が部分的に、または完全に電離し、陽イオン、電子に別れて自由に運動している状態プラズマエンタルピー気体液体固体プラズマの分類過渡プラズマ域（電圧もかかり、電流も大きく、パワーが入る）・高周波電源やパルス電源の改良で、グロー放電や過渡放電が可能になった視えないので、コロナホーン等で観測する可視領域グロー放電電圧（V）暗放電アーク放電概ね千 V グロー・アーク遷移域アーク溶接放電加工機飽和領域バックグラウンドイオン化数百 V 100 ~ 600 V 概ね百 V コロナ放電正常グロー放電熱アーク放電異常グロー放電集塵機コピー機 20 ~ 60 V 電流（A) マイクロ A 数十 V 数ｍA 数百ｍA 数A 数十A 数百A 水中プラズマ：水とプラズマを接触させる 1. 電極間の水をジュール加熱絶縁物絶縁物金属電極電流高電圧パルス電源 2.電極間で水が沸騰絶縁破壊電圧低減 3. 絶縁破壊を経てプラズマ発生放電条件の一例ピーク電圧 : ± 1kV 周波数 : 24 kHz パルス幅 : 2 sec 1. プラズマの内部にはどんな物質が含まれるか？蛍光灯の管内も一種のプラズマ状態蛍光灯の電極から、①電子が飛び出し、②③プラズマ中の水銀原子に衝突する。この衝突のときに発生する紫外線が、④蛍光灯の管壁に塗ってある白色に見える蛍光体に当り、可視光線となる。 http://www.miyazaki‐gijutsu.com/series4/densi0914b.html 蛍光灯のスペクトルを調べてみよう蛍光灯のスペクトル：どの色の光が強く出ているか ← 短波長長波長 → http://www.bunkoukeiki.co.jp/technology.kougen.html http://www.konicaminolta.jp/instruments/knowledge/light_bulb/color_rendition/ 蛍光灯の内部に水銀が含まれることは発光スペクトルからわかる１．発光スペクトルからプラズマ内部に含まれる物質を検討せよ反応容器内に含まれる物質は多いものから・・・・・・水(H2O) ・大気（N2, O2）・銀（Ag電極）・KCl(支持電解質) ・ドデシル硫酸ナトリウム(C12H25OSO4Na : 界面活性剤) 2. プラズマから発生するガスは何か？ガスクロマトグラフの原理概要熱伝導度検出器(TCD)の原理 Ar http://www.ube-ind.co.jp/usal/documents/o1204_510.htm http://kccn.konan-u.ac.jp/chemistry/ia/contents_07/07.html ２．プラズマ処理後の容器内の水素、酸素、窒素濃度を求めよ (1)まず大気、水素標準ガス(100 %)を100μL分析し、ピークが出現するまでの時間(保持時間という)と、ピーク面積を確認する (2)プラズマ処理後の容器内のガスを100μL分析せよ。 (3)容器内のガスの水素、酸素、窒素濃度(体積%)を計算せよ。 (4)水中プラズマと水の電気分解との違いを考えよ。 3．反応後の溶液の色は何に由来するか？ (1)紫外可視分光光度計で溶液の吸収スペクトルを測定する。溶液の色は何に起因するか？ (2)レーザーを照射したときの様子も確認せよ。