Nitric oxide (NO) production in a kHz pulsed Ar plasma jet operated in ambient air

Abstract The characteristics of nitric oxide (NO) production in a kHz pulsed atmospheric pressure Ar plasma jet, operated in ambient air, are explored by measuring the absolute density <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mtext mathvariant="italic">n</mml:mtext> <mml:mrow> <mml:mi>gnd</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> of the ground state <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi>NO</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo> <mml:msup> <mml:mi>X</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mn>2</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:mi mathvariant="normal">Π</mml:mi> <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo> </mml:mrow> </mml:math> using laser-induced fluorescence, and the emission of the excited state <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi>NO</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo> <mml:msup> <mml:mi>A</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mn>2</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:msup> <mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo> </mml:mrow> </mml:math> using optical emission spectroscopy. The quenching rates of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi>NO</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo> <mml:msup> <mml:mi>A</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mn>2</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:msup> <mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo> </mml:mrow> </mml:math> are determined and the rate constants by air and Ar are evaluated as <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>k</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mi>q</mml:mi> <mml:mo>,</mml:mo> <mml:mrow> <mml:mi>air</mml:mi> </mml:mrow> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mstyle scriptlevel="0"/> <mml:mn>4.7</mml:mn> <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo> <mml:mo>±</mml:mo> <mml:mn>0.2</mml:mn> <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo> </mml:mrow> </mml:math> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:mo>×</mml:mo> <mml:msup> <mml:mn>10</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>17</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:mstyle scriptlevel="0"/> <mml:mrow> <mml:msup> <mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:mstyle scriptlevel="0"/> <mml:msup> <mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:mrow> </mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>k</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mi>q</mml:mi> <mml:mo>,</mml:mo> <mml:mrow> <mml:mi>Ar</mml:mi> </mml:mrow> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mstyle scriptlevel="0"/> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mstyle scriptlevel="0"/> <mml:mn>1.4</mml:mn> <mml:mo>×</mml:mo> <mml:mstyle scriptlevel="0"/> <mml:msup> <mml:mn>10</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>19</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:mstyle scriptlevel="0"/> <mml:mrow> <mml:msup> <mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:mstyle scriptlevel="0"/> <mml:msup> <mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:mrow> </mml:math> . The time-resolved NO measurement is carried out within one discharge cycle. It is found that NO generation shows fast rise accompanied by the propagation of the plasma ionization wave and a constant <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mtext mathvariant="italic">n</mml:mtext> <mml:mrow> <mml:mi>gnd</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> remains in the afterglow time. <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scr