Interactions Between a Condensed Target and a Non-Equilibrium Plasma: Acid-Base Reactions at the Interface

A new approach of plasma processes of industrial use is presented, with emphasis on the chemical properties of the plasma gas. Reactions occurring at the gas/target interface are for the first time interpreted in terms of acid-base reactions and pertinent examples are given of laboratory experiments and of industrial treatments (e. g., etching, plasma polymerization or surface modification processes). Proton exchanges between the plasma phase and an aqueous target gives evidence of Bronsted acid-base phenomena. Illustrations of Lewis acid-base characters are provided by the role of biradicals (e.g., halogenocarbenes, nitrenc) which are the main reacting species in etching or in surface treatment processes

Un exemple de substitution nucléophile réalisée par voie plasma gazeux : préparation du pentacyanocarbonylferrate (II)

Le traitement de solutions aqueuses de pentacyano (N.méthylpyrazinium) ferrate (II) [Fc(CN)5(mpz)] par le flux des especes non chargées d'un plasma de CO crée par une décharge couronne pointe-plan à la pression atmosphérique a permis la substitution rapide du ligand mpz par CO. La cinétique de substitution de mpz est très accélérée par la décharge et dépend linéairement de l’intensité du courant électrique continu mis en jeu dans la décharge. Ce résultat, confirmé par le traitement de complexes pyridinés de la même série, établit la possibilité de réaliser par voie plasma des substitutions nucléophilcs en solution et démontre en outre le caractère basique du CO excité par la décharge

Interactions with aqueous solutions of the air corona products

The interaction with aqueous solutions of an air plasma provided by a D.C. point-to-plane corona device at atmospheric pressure has been investigated with focusing on the chemical properties of the neutral species after separation from the ion flux. Evidence is given of acid effects induced on the target solution. The increase in acidity due to the treatment by the chargeless activated species — mainly singlet oxygen in air and oxygen plasmas — is measured and related to the quantity of electricity involved in the discharge. In addition, acid-base indicators trapped in a gel are used to develop the acid effect and allow to measure the treated area, in order to get an analytical tool to predict the corona treatment. This area depends on the electric parameters voltage and current intensity, on the distance from the point electrode, on the electrode gap and on the initial acidity of the target.Le traitement d'une solution aqueuse par un plasma d'air obtenu par décharge couronne pointeplan continue à la pression atmosphérique permet d'aborder en termes de chimie les problèmes d'interaction d'un plasma avec une surface. Une attention particulière est portée aux effets des particules activées non chargées sur la cible qui se manifestent, après filtrage des ions, par une acidification marquée du milieu. L'accroissement d'acidité sous l'effet des entités non chargées (principalement l'oxygène singulet dans des plasmas d'air ou d'oxygène) est mesuré par pH-métrie en fonction de la durée de traitement et de l'intensité du courant électrique : la décroissance linéaire du pH est liée à la quantité d'électricité mise en jeu. De plus, l'immobilisation de solutions basiques d'indicateur dans un gel exposé au flux des espèces neutres activées, permet de révéler l'effet acide. La zone traitée est ainsi mise en évidence ; ses dimensions dépendent des paramètres électriques U, I, de la distance interélectrodes, de la durée de traitement, de la distance pointecible et de la basicité initiale de la cible. Des abaques sont données pour prévoir les effets du traitement

ACID-BASE REACTIONS INDUCED BY A PLASMA PHASE ON LIQUID TARGETS : BRONSTED ACIDITY AND OXO SYNTHESIS

Les interactions cible liquide-plasma (produit par décharge couronne pointe-plan continue à pression atmosphérique) sont examinées en termes de réactivité acide-base aux sens de Bronsted et de Lewis. Le traitement de solutions aqueuses par les neutres activés d'un plasma d'air ou de NH3 accroît l'acidité de la cible : pour un plasma d'air, ƊpH est une fonction linéaire de la quantité d'électricité mise en jeu par la décharge. Un modèle d'interaction très élémentaire implique la vapeur d'eau et souligne le rôle déterminant de l'oxygène singulet. Des applications résultantes, d'ordre analytique, permettent de préciser les caractéristiques géométriques de la surface traitée par les neutres activés en fonction des paramètres de fonctionnement de la décharge et de l'acidité initiale de la cible. Le traitement d'oléfines liquides par une décharge couronne dans CO + H2 conduit à la formation de dérivés carbonylés et illustre les propriétés d'acide-base de Lewis du plasma considéré.The interactions between liquid targets and plasmas provided by a d.c. point-to-plane corona device operated under p = 1 atm. are considered in terms of both Bronsted and Lewis acid-base reactions. The treatments of aqueous solutions by the chargeless species of air or NH3 plasmas increase the Bronsted acidity of the target, and for an air plasma, the pH decrease is a linear function of the quantity of electricity involved in the discharge. The simplified model proposed for these water-plasma interactions involves water vapour and singlet oxygen. Analytical applications are also developed to determine the area treated by the activated neutrals, with respect to the operating conditions. The treatment of liquid olefins by a CO + H2 plasma under corona conditions illustrates the Lewis acid-base character of the relevant plasma, and leads to the formation of carbonylated compounds

Extremely rich dynamics from hyperchaotic Hopfield neural network: Hysteretic dynamics, parallel bifurcation branches, coexistence of multiple stable states and its analog circuit implementation

In this work, we investigate the dynamics of a model of 4-neurons based hyperchaotic Hopfield neural network (HHNN) with a unique unstable node as a fixed point. The basic properties of the model including symmetry, dissipation, and condition of the existence of an attractor are explored. Our numerical simulations highlight several complex phenomena such as periodic orbits, quasi-periodic orbits, and chaotic and hyperchaotic orbits. More interestingly, it has been revealed several sets of synaptic weights matrix for which the HHNN studied display multiple coexisting attractors including two, three and four symmetric and disconnected attractors. Both hysteretic dynamics and parallel bifurcation branches justify the presence of these various coexisting attractors. Basins of attraction with the riddle structure of some of the coexisting attractors have been computed showing different regions in which each solution can be captured. Finally, PSpice simulations are used to further support the results of our previous analyses

Microbial inactivation using plasma-activated water obtained by gliding electric discharges

Aim: To evaluate the microbial disinfection efficacy of a plasmachemical solu-tion obtained by the activation of water with gliding electric discharges.Methods and Results: Distilled water was activated for 5 min by a nonthermalquenched plasma of the glidarc type operating in humid air and at atmosphericpressure. The plasma-activated water (PAW) was then used to treat planktonicand adherent cells of Staphylococcus epidermidis, Leuconostoc mesenteroides (asmodels of Gram-positive bacteria), Hafnia alvei (a Gram-negative bacteria) andSaccharomyces cerevisiae (as a yeast model). The treatments were less efficienton adherent cells than on planktonic cells in the case of bacteria, but not ofS. cerevisiae. Inactivation was more effective for bacteria than for the yeast.Conclusions: Significant reductions in microbial populations were achieved inall cases, demonstrating the effectiveness of this new approach to treat conta-minated media.Significance and Impact of the Study: PAW is a promising solution withpotential application to the decontamination of equipment and surfaces