بخشی از مقاله
چکیده -در این مقاله، عوامل مؤثر در باکتری زدایی سطوح با استفاده از پلاسمای سد دی الکتریک، توسط طیف سنجی تحقیق می گردد. طیف حاصل از پلاسمای سد دی الکتریک در حضور گازهای مختلف شامل آرگون، نیتروژن، اکسیژن و هوا بررسی میشود. نتایج حاصل وجود پرتوهای فرابنفش و عوامل اکسنده قوی مانند اکسیژن اتمی در محیط پلاسما را نشان میدهندکه میتوانند سبب باکتری زدایی سطح شوند.
-1 مقدمه
در دهه اخیر پلاسمای تخلیه سد دی الکتریک یا پلاسمای سرد در زمینههای متفاوتی چون بیولوژی، پزشکی و پردازش مواد به کار گرفته شده است. این پلاسما به واسطه ویژگیهای منحصر به فرد خود در استریلیزاسیون سطوح و زخمها ، تغییر خصوصیات سطحی مواد چون آب گریزی و آب دوستی و رشد نانوساختارها بسیار مورد توجه قرار گرفته است.[1-5]
تخلیه سد دی الکتریک بین دو الکترود که حداقل یکی از آنها با یک لایه دی الکتریک پوشانده شده است، صورت میگیرد. این تخلیه با اعمال ولتاژ بالای متناوب بین دو الکترود انجام گرفته و وجود یک لایه دی الکتریک مانع از عبور جریان شدید میان دو الکترود و شکلگیری تخلیه قوسی میگردد. جریان متوسط عبوری در پلاسمای سد دیالکتریک به حدود میکروآمپر محدود می شود.
در این مرکز تحقیقاتی از پلاسمای سرد جهت استریلیزاسیون سطوح و از بین بردن باکتریها استفاده میشود. نتایج حاصل از تأثیر پلاسما بر سطوح پوشیده شده با باکتری نشان میدهد که اعمال پلاسما سبب از بین رفتن باکتریها در مدت زمانی بسیار کوتاه میگردد. همچنین نتایج آزمایشها نشان میدهند که میزان اثرگذاری پلاسما در حضور گازهای مختلف مانند آرگون، نیتروژن، اکسیژن و هوا متفاوت است. مطابق نتایج در میان گازهای آزمایش شده به ترتیب اکسیژن و هوا بیشترین خاصیت میکروبزدایی را دارند و پلاسمای گازهای نیتروژن و آرگون تنها پس از مدت زمانی طولانی تأثیر اندکی از خود نشان میدهند.
به منظور بهینهسازی اثر پلاسمای سرد در کاربردهای مختلف شناخت عوامل مؤثر در فرآیندها و گونههای شیمیایی موجود در پلاسما ضروری به نظر میرسد. از اینرو بررسی خصوصیات اپتیکی پلاسما در کنار شناخت پارامترهای الکتریکی آن اهمیت دارد. سنجش طیف تابشی پلاسمای تخلیه سد دی الکتریک روشی ساده و غیرمخرب است که میتواند اطلاعات مفیدی در مورد فرآیندهای موجود و مکانیسم عملکرد این پلاسما بدست دهد. در این مقاله طیف حاصل از پلاسمای سد دی الکتریک در حضور گازهای متفاوت آرگون، نیتروژن، اکسیژن و هوا آشکارسازی شده و حضور عوامل شیمیایی مختلف که میتواند در باکتری زدایی سطوح مؤثر باشند، در آن مورد بررسی قرار گرفته است.
-2 روش تحقیق
دستگاه مولد پلاسمای سد دی الکتریک در این آزمایش شامل یک استوانه آلومنیومی به قطر 9 میلیمتر می باشد که به عنوان الکترود ولتاژ بالا عمل میکند. این الکترود از اطراف توسط یک استوانه تفلونی عایقبندی شده و در انتهای آن نیز یک لایه کوارتز به عنوان دی الکتریک قرار میگیرد. بر روی این لایه کوارتز یک توری فلزی مسی قرار داده شده که به زمین متصل میگردد. فاصله میان سطح دی الکتریک و توری فلزی کمتر از یک میلیمتر می باشد.
این دو الکترود در داخل یک تیوب پیرکس به قطر 75 میلیمتر قرار میگیرند. دو انتهای این تیوب توسط قطعات تفلونی بسته می شود. بر روی قطعات تفلونی دو انتها محلهایی جهت ورود و خروج گاز و قرارگیری پروب طیفسنج تعبیه شده است. پروب مربوط به طیف سنج در مقابل الکترود زمین که مشبک است قرار میگیرد. با اعمال ولتاژ حدود 5 کیلو ولت با فرکانس 7 کیلو هرتز بر روی الکترود بالایی میان صفحه کوارتز و توری مسی پلاسمایی یکنواخت تشکیل میگردد. داخل تیوب با گازهای مختلف آرگون، نیتروژن، اکسیژن و هوا پر شده و طیف حاصل از پلاسمای آن ثبت میگردد. شکل 2 نمایی از پلاسمای نورانی تشکیل شده میان دو الکترود در هوا را نشان میدهد.
-3 نتایج
شکل 3-a و شکل 3-b به ترتیب طیف حاصل از پلاسمای سرد تشکیل شده در حضور گاز آرگون و نیتروژن را نشان میدهند. در طیف آرگون قویترین گذار در طول موج های 763/51 nm و 772/37 nmرخ می دهد که به ترتیب مربوط به گذارهای 2P6-1S5 و 1S5 - 2P7 دراتم آرگون میباشند. در این طیف اغلب پیکها مربوط به حالتهای برانگیخته اتم آرگون می باشند
در طیف گاز نیتروژن غالب گذارها در ناحیه فرابنفش رخ میدهند. همانطورکه در طیف دیده میشود در پلاسمای نیتروژن گذارهای قوی در طول موجهای 357/69nm و 337/13nm می باشد. این گذارها میان ترازهای ارتعاشی مولکول نیتروژن خنثی - C3 u-XB3 g - N2 و همچنین ترازهای ارتعاشی یون مثبت نیتروژن مولکولی N2+ - B2 +u-X2 +g - رخ میدهند.
پرتوهای فرابنفش میتوانند به عنوان یکی از عوامل مؤثر بر باکتری زدایی توسط پلاسما در نظر گرفته شوند. این پرتوها با ایجاد تغییر در ساختار ماده ژنتیکی سلول سبب غیرفعال شدن آن میگردند. با وجود این نتایج آزمایشها حاکی از تأثیر اندک پلاسمای گاز نیتروژن در از بین بردن باکتریها میباشد. به نظر میرسد به علت کم بودن شدت این پرتوها - فرابنفش - ، این اشعه به تنهایی قادر به استریل سطح در مدت زمان کوتاه اعمال پلاسما نمیباشد.
طیف حاصل از پلاسمای گازهای اکسیژن و هوا به ترتیب در شکلهای 4-a و شکل 4-b آورده شده است. در طیف ناشی از پلاسمای گاز اکسیژن پیکهای قوی در ناحیه طول موجی 650nm- 850nm مشاهده میشود. این پیکها مربوط به گذارهای اتمی گاز اکسیژن میباشند. اصلیترین گذارهای اتم اکسیژن در طول موج 777/19nm از تراز3p5P به 3s5S و در طول موج 884/67nm بین ترازهای 3p3P و 3s3S صورت میگیرد. برخورد الکترونهای پر انرژی به مولکولهای اکسیژن سبب شکسته شدن پیوند آنها و تولید گونه های اتمی اکسیژن طی واکنشهای - 1 - میگردد.
اکسیژن اتمی از جمله گونههای فعال شیمیایی است تمایل دارد طی واکنشهای شیمیایی اکسایشی پایدار گردد. به این ترتیب این عامل فعال شیمیایی میتواند موجب اکسید شدن ترکیبات شیمیایی دیواره سلول باکتری و در نهایت از بین رفتن آن گردد. این دسته عوامل شیمیایی سبب تفاوت عمده در نتیجه آزمایش های باکتری زدایی توسط پلاسمای اکسیژن و هوا میشوند.
