Neutral species and positive ions are measured by means of mass spectrometry in the effluent of the non-equilibrium atmospheric plasma jet operated in He/0%–1%CO2 gas mixture. The capacitively coupled plasma source is the predecessor of the known COST reference jet with identical performance and it is operated in a diffuse mode with gas temperature close to the room temperature. Threshold ionisation molecular beam mass spectrometry is used to measure absolute densities of CO, O2, O and O3 species. The CO molecules are generated with densities up to 2 × 1015 cm−3 at 1 W absorbed power. The O2 density is ∼6 times lower than the CO density and even lower than the O density at level of 4.5 × 1014 cm−3. The O3 density is negligibly small at 4 × 1012 cm−3. The measured O2, O3 and O absolute densities add up to ∼57% of the expected oxygen amount. The high O density could indicate that the vibrational excitation of CO2 is ineffective in this plasma and gas mixture, because O would otherwise react quickly with vibrationally excited CO2(v) to form CO and O2, the low energy efficiency is in agreement with the possibly low vibrational excitation. The highest energy efficiency is just 5% with 1% conversion efficiency. Ion mass spectrometry have been used to measure positive and negative ions, where only positive ions have been detected. The ion with highest signal is the ion, probably due to its low ionisation energy. , , , but no CO+, and protonated clusters or clusters containing water molecules have been detected as well. Neutrals and positive ions have been measured as a function of CO2 admixture, applied power and distance to the jet nozzle. The observed trends can be used for validation of plasma-chemistry models.
中性種および陽イオンを、He/0%–1%CO₂混合ガス中で作動する非平衡大気圧プラズマジェットの排気中において、質量分析法により測定した。この容量結合型プラズマ源は、同等の性能を有する既知のCOST参照ジェットの前身であり、室温に近いガス温度で拡散モードにて作動する。閾値イオン化分子線質量分析法を用いて、CO、O₂、OおよびO₃種の絶対密度を測定した。CO分子は、1Wの吸収電力において最大2×10¹⁵cm⁻³の密度で生成された。O₂密度はCO密度より約6倍低く、O密度は4.5×10¹⁴cm⁻³のレベルでさらに低かった。O₃密度は4×10¹²cm⁻³で無視できるほど小さかった。測定されたO₂、O₃およびOの絶対密度の合計は、期待される酸素量の約57%に相当した。高いO密度は、このプラズマおよび混合ガス中ではCO₂の振動励起が非効率的であることを示唆する。なぜなら、もし振動励起が効率的であれば、Oは振動励起されたCO₂(v)と速やかに反応してCOとO₂を生成するからである。低いエネルギー効率は、おそらく低い振動励起と一致する。最高エネルギー効率はわずか5%であり、変換効率は1%であった。陽イオンおよび陰イオンの測定にはイオン質量分析法が用いられ、陽イオンのみが検出された。最も高いシグナルを示したイオンはであり、これはおそらくその低いイオン化エネルギーによるものである。、およびは検出されなかったが、プロトン化クラスターや水分子を含むクラスターも検出された。中性種および陽イオンは、CO₂添加量、印加電力、およびノズルからの距離の関数として測定された。観測された傾向は、プラズマ化学モデルの検証に使用できる。