Термодинамическое моделирование для индуктивно-связанной плазмы открыло новые горизонты аналитической химии
Коллектив российских ученых предоставил новые результаты в области термодинамических расчетов состава ионов в условиях холодной и горячей (нормальной) плазмы, широко используемых в атомной спектрометрии для определения элементного и изотопного состава анализируемых проб. Физикам удалось добиться значительного прогресса в понимании образования и поведения первичных фоновых ионов, их роли в поведении плазмы.
Работы опубликованы в Journal of Analytical Chemistry. Индуктивно-связанная плазма — плазма, образующаяся в инертном газе внутри разрядной камеры, горелки или иного плазменного реактора при приложении высокочастотного переменного магнитного поля. Плазма, используемая в спектрохимическом анализе, практически электронейтральна из-за того, что положительный ионный заряд компенсируется отрицательным зарядом свободных электронов.
Понимание роли первичных фоновых ионов в термохимических процессах стало предметом исследований в 1980-х и 1990-х годах. Ученые обратили внимание на то, как ионы, образующиеся в плазме, могут влиять на процессы рекомбинации, ионизации и взаимодействия с нейтральными частицами.
В новых статьях российских ученых опубликованы результаты исследования на основе многокомпонентной квазиравновесной термодинамической модели. В них авторы анализируют термохимические процессы, происходящие в индуктивно связанной плазме, и детали формирования фоновых ионов, которые традиционно вызывают значительные спектральные помехи в анализах. Работы проводились с применением метода термодинамического моделирования, позволяющего определять состав плазмы в зависимости от температуры и состава ее рабочего тела.
В ходе экспериментов была изучена концентрация главных фоновых ионов, таких как H+, O+, OH+, H2O+, H3O+, NO+, Ar+, ArH+, ArO+ и других, от температуры плазмы, концентрации водяного аэрозоля, азотной и хловодородной кислот в тестовых системах.
Термодинамические расчеты для холодной плазмы проводили при атмосферном давлении 0,1 МПа в диапазоне температур от 2000 до 5000 К с шагом 500 К. Аналогичные расчеты для нормальной плазмы охватывали температурный интервал от 5000 до 8000 К. Полученные данные демонстрируют, что увеличение температуры плазмы в холодной области до 3500 К приводит к значительному росту концентрации первичных ионов, тогда как для нормальной плазмы выше 5000 К выявилось снижение концентрации ионов H2O+ и H3O+ и в то же время рост концентрации других фоновых ионов. Все это хорошо согласуется с данными экспериментов.
Результаты показали, что применение термодинамического моделирования позволяет достичь высокой степени точности (коэффициент детерминации R² = 0,92) в предсказании газокинетической температуры плазмы. При этом широкое изменение параметров, таких как массовые соотношения компонентов системы, не приводило к значительным изменениям в концентрационных зависимостях.
«Близость теоретических и экспериментальных данных подтверждает, что первичные фоновые ионы в холодной плазме образуются непосредственно в плазме разряда, что подчеркивает важность понимания этих процессов для аналитических приложений, — рассказал Максим Мальцев, сотрудник кафедры общей физики МФТИ. — Нами был предложен метод для однозначной оценки газокинетической температуры через сравнение расчетных и экспериментальных данных по первичным ионам. Алгоритм термодинамического моделирования может быть дополнен условиями для учета сложных взаимодействий между всеми первичными фоновые ионами».
Результаты исследования продемонстрировали согласие между теоретическими расчетами и реальными экспериментальными данными, что подтверждает эффективность термодинамической модели, используемой для анализа термохимических процессов в индуктивно-связанной плазме. Это согласие открывает двери для возможностей дальнейших расчетов и применения в решении практических аналитических задач. В работах принимали участие ученые из МФТИ, УрФУ, Института металлургии РАН, Института физики высоких температур РАН, КубГУ.
Опубликовано при поддержке гранта Минобрнауки России в рамках федерального проекта «Популяризация науки и технологий» № 075-15-2024-571.
Telegram 
Дзен 
VK Канадские исследователи идентифицировали останки четырех членов пропавшей полярной экспедиции Джона Франклина 1845 года, сравнив их ДНК с генетическим материалом современных потомков. Открытие решило полуторавековую загадку с переодетым матросом и помогло восстановить маршрут отступления экипажа по льдам. Выяснилось, что при эвакуации моряки разделились по кораблям, после чего бросили ослабевших товарищей в спасательных шлюпках.
Ученые нашли убедительное свидетельство того, что Большое Магелланово Облако — одна из ближайших к нам галактик — впервые приближается к Млечному Пути. Это открытие меняет представления о будущем нашей Галактики — от орбит спутников до распределения окружающего газа.
Психопатия — пугающее расстройство личности, оно ассоциируется с безжалостностью, жестокостью, агрессией и насилием. Неудивительно, что самая большая концентрация выявленных психопатов наблюдается в тюрьмах, где каждый 25-й заключенный демонстрирует высокий уровень психопатии. Помимо социальных проблем, эта болезнь наносит обществу материальный ущерб, достигающий сотен миллиардов долларов в год.
Генетика интеллекта сложна и связана с разными психоневрологическими состояниями. Оказалось, то, что повышает эрудицию, может ухудшать способность решать творческие задачи, — и наоборот. Причем паттерны этих связей уникальны для каждого диагноза.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Полифенолы и другие соединения заваренного кофе в лабораторной модели связывались с ядерным рецептором NR4A1, который участвует в ответе клеток на стресс, воспаление и повреждение. Вещества меняли активность рецептора и тормозили рост опухолевых клеток, а при подавлении рецептора эффект слабел. Ученые предложили молекулярное объяснение части полезных эффектов кофе, но не проверяли их у людей.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Окаменелые остатки рептилии возрастом 289 миллионов лет сохранили полное анатомическое устройство грудной клетки ранних покорителей суши. Благодаря нетронутым хрящам исследователи реконструировали механику первого полноценного реберного дыхания. Наличие в тканях оригинальных белков подтвердило, что сложные органические молекулы способны сохраняться в палеонтологической летописи почти на 100 миллионов лет дольше, чем считалось.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно