Search

The objective of this research is to describe the impact of different advanced oxidation processes used for the removal of sulfamethoxazole on wastewater quality. Ozone, UV, a combination of ozone and UV, and plasma discharge were employed. Concentrations of sulfamethoxazole were analysed by LC-MS/MS. Chemical and microbiological analyses and ecotoxicological tests were conducted to investigate the quality of treated wastewater. The results of this study show that the most effective technique for the removal of sulfamethoxazole is O3, followed by plasma discharge, O3 + UV and, finally, UV. A significant effect of tested advanced oxidation processes on the chemical composition of wastewater was not observed; however, the number of microorganisms was reduced. In the case of ecotoxicological tests with Lemna minor and crustacean Daphnia magna, a significant negative effect was only observed when plasma was applied.

Absolute densities of gaseous products generated by coplanar dielectric barrier discharge in N2/O2 mixtures and in ambient air were determined by UV and VIS optical absorption spectroscopy (OAS). Ozone (O3) and nitrogen oxides (N2O, NO2 and N2O5) were identified as the stable products of the discharge. It was found that the actual product composition strongly depends on the gas temperature. At low input power with a low gas temperature, O3 density was high and the NO2 density was very low. When the input power increased and the gas temperature also increased, then O3 disappeared, while NO2 density started to increase steeply., Pomocí UV-VIS spektroskopie byly stanoveny absolutní koncentrace plynných produktů dielektrického koplanárního výboje ve vzduchu a ve směsi N2/O2. Hlavními produkty byly ozon a oxidy dusíku (N2O, NO2 a N2O5), přičemž jejich koncentrace silně závisí na teplotě. Za nízké teploty (nízkého výkonu( dominuje ozon, za vyšších hodnot pak ozon mizí a dominuje NO2.

In this paper, an investigation of the interaction of a surface-wave-sustained argon plasma torch with liquids is presented. The plasma is produced by an electromagnetic wave traveling along the plasma–dielectric interface, and at the same time, the plasma is a part of this waveguide structure. Because the interaction of the plasma torch with water (liquid) results in modifications of the properties of both the treated water and the plasma itself, a detailed study of the effects in both media is required. The results of the experimental investigation of a surface-wave-sustained argon plasma torch interaction with liquids show significant changes in the plasma parameters, such as the electron excitation temperature Te and the average rotation temperature Trot. In addition, mechanical waves are produced both in the meniscus surface and in the plasma torch by the interaction between the plasma torch (ionized gas with charged particles and electric field) and the liquid surface, which is different from the effects produced by a neutral gas jet on a liquid surface. As a result of the plasma–water interaction, the water’s chemical and physical characteristics, such as the water conductivity, pH, and H2O2 concentration, are modified. As a possible application for water purification, the performed SWD treatment of model wastewater shows a significant variation in nitrate, ammonium, phosphate, and COD (chemical oxygen demand) concentration as a result of the treatment.

In recent years, nanoparticles have emerged as an important player in a broad range of applications, especially thanks to recent advances in their synthesis. The silver and copper nanoparticles are often used due to their antibacterial and fungicidal activities, and this article presents the results of the nanoparticle synthesis using electrical glow discharge generated directly in a volume of their salt solutions. Therefore, there is no influence of air (i.e. reactive nitrogen species) as it is usual in other commonly used approaches. Nanoparticles were prepared under various experimental conditions, and they were characterized by ultraviolet/visible spectrometry, dynamic light scattering, X-ray photoelectron spectroscopy, and high-resolution scanning electron microscopy. Particles were produced without any surfactant or stabilizing agent, and some of them showed higher resistance against agglomeration during their short-term (days) storage. The nanoparticle formation mechanism was confirmed by the fast camera imaging. Thus, the developed approach can be applied for simple environmentally friendly nanoparticle production for various applications., IV posledních letech je pozorován prudký nárůst aplikací nanočástic, a to zejména díky progresu v jejich přípravě. Stříbrné a měděné nanočástice jsou často užívány pro svou antimikrobiální a antimykotickou aktivitu. Článek prezentuje syntézu těchto annočástic pomocí plazmatu generovaného přímo ve vodném roztoku anorganických solí, tedy bez přístupu vzduchu. Proces přípravy probíhal za různých podmínek. K charakterizaci nanočástic bylo využito UVS-VIS spektrometrie, dynamického rozptylu světla, rentgenovské fotoelektronové spektormetrie avysoce rozlišující skenovací elektronové mikroskopie. Částice byly připravovány bez použití surfaktantů nebo jiných stabilizačních činidel, a některé z nich nevykazovaly po řadu dní aglomerační tendence. Mechanismus vzniku nanočástic byl potvrzen s využitím snímání vysokorychlostní kamerou. Použitý přístup představuje efektivní a přírodě přátelský postup přípravy kovových nanočástic.

Four different cold plasma sources were directly applied onto a 24h inoculum of Candida glabrata inoculated on agar plates, within the limits of in vitro experiment. Their effects were compared and evaluated with respect to the size and stability of the inhibition zones formed in the posttreatment cultivation. The results prove significant inhibitory cold atmospheric-pressure plasma effects on the yeast C. glabrata. The overall inhibitory effects are directly proportional to the treatment time, the applied power, and the overall functioning of the plasma source and indirectly proportional to the initial cell concentration, although this factor was less significant compared to the other examined factors. The unipolar microwave torch was found to be the most effective in the inhibition of C. glabrata., Čtyři různé zdroje studeného plazmatu byly použity pro přímé ošetření 24hodinového inokula kvasinky Candida glabrata na agarových plotnách, v mezích in vitro experimentu. Jejich účinek byl porovnán a vyhodnocen s ohledem na velikost a stabilitu inhibičních zón vytvořených během kultivace po ošetření. Výsledky potvrdily silný inhibiční vliv studeného atmosférického plazmatu na kvasinku C. glabrata. Celkový inhibiční vliv byl přímo úměrný době ošetření, aplikovanému výkonu a celkové funkčnosti plazmového zdroje, naopak byl nepřímo úměrný počáteční koncentraci buněk, přestože byl tento faktor méně významný oproti ostatním studovaným faktorům. Jako nejvíce účinný zdroj pro inhibici kvasinky C. glabrata byl vyhodnocen mikrovlnný pochodňový výboj.

Plasma synthesis by ethanol decomposition in microwave atmospheric torch is a simple, efficient, single-step scalable method suitable for volume production of graphene nanosheets. In our work, we studied influence of microwave power on several plasma parameters (e.g. gas temperature, concentration of active species) by optical emission spectroscopy (OES), Fourier transform infrared spectrometry (FTIR) and mass spectrometry (MS) to better understand the process of precursor decomposition and graphene formation in the gas phase. We observed significant change in kinetics and influence of input power on ethanol decomposition routes. Results were compared with theoretical model comprising hydrodynamics, plasma, heat transfer and chemical kinetics., Plazmová syntéza rozkladem etanolu v mikrovlnném atmosférickém hořáku je jednoduchá, účinná, jednokroková a škálovatelná metoda vhodná pro objemovou produkci grafenových nanovrstev. V naší práci jsme studovali vliv mikrovlnného výkonu na různé parametry plazmatu (např. teplotu plynu, koncentraci aktivních částic) pomocí optické emisní spektroskopie (OES), infračervené spektrometrie s Fourierovou transformací (FTIR) a hmotnostní spektrometrie (MS), s cílem lépe porozumět procesu rozkladu prekurzoru a tvorby grafenu v plynné fázi. Pozorovali jsme výraznou změnu v kinetice a vliv vstupního výkonu na rozkladné směry etanolu. Výsledky byly porovnány s teoretickým modelem zahrnujícím hydrodynamiku, plazma, přenos tepla a chemickou kinetiku

The paper evaluates concentration of hydrogen peroxide produced by a novel pin-hole plasma source in electrolyte solutions with or without gas addition. An effective production rate of hydrogen peroxide is decreased by the increased argon as well as oxygen flow rate through the plasma region. Further, it is enhanced by higher solution conductivity while it is decreased in the strongly basic conditions with the highest pH values., Práce vyhodnocuje koncentraci peroxidu vodíku produkovanou novým štěrbinovým zdrojem plazmatu v roztocích elektrolytů s a bez přidávaného plynu. Se stoupajícím průtokem argonu i kyslíku efektivní produkční koeficient tvorby peroxidu vodíku klesal. Dále se tento koeficient zvýšil při vyšší vodivosti roztoku, zatímco klesal v silně zásaditém roztoku s nejvyššími hodnotami pH.

Utilization of plasma activated water (PAW) for plant growing is mainly connected with the treatment of seeds and subsequent stimulation of their germination. A potential of PAW isits relatively simple and low-cost preparation that calls for studying its wider application in plantproduction. For this purpose, a pot experiment was realized in order to prove effects of the foliarPAW application on maize growth. The stepped PAW foliar application, carried out in 7-day intervals,led to provable decrease of chlorophyll contents in leaves compared to the distilled water application.The PAW application significantly increased root electrical capacitance, but it had no provable effecton weight of the aboveground biomass. Chlorophyll fluorescence parameters expressing the CO2assimilation rate and variable fluorescence of dark-adapted leaves were provably decreased by PAW,but quantum yield of photosystem II electron transport was not influenced. A provably higheramount of nitrogen was detected in dry matter of plants treated by PAW, but contents of othermacro- and micro-nutrients in the aboveground biomass of maize were not affected. Results of thispilot verification of the PAW application have shown a potential for plant growth optimization andpossibility for its further utilization, especially in combination with liquid fertilizers., Využití plazmatem aktivované vody (PAW) pro růst rostlin je spojen především s ošetřováním semen a následnou stimulací jejich klíčení. Potenciál plazmatem aktivované vody je v její relativně jednoduché a nízkonákladové přípravě, která vybízí k prostudování její široké aplikace v produkci rostlin. Za tímto účelem byl realizován květináčový experiment s cílem potvrdit vliv listové aplikace PAW na růst kukuřice. Stupňovaná listová aplikace PAW uskutečněná v sedmidenních intervalech vedla k průkaznému poklesu obsahu chlorofylu v listech v porovnání s aplikací destilované vody. Aplikace PAW významně zvýšila kořenovou kapacitu, ale neměla průkazný vliv na váhu nadzemní biomasy. Parametry fluorescence chlorofylu vyjadřující stupeň asimilace CO2 a variabilní fluorescence listů v temnu byly aplikací PAW pravděpodobně sníženy, zatímco kvantový výtěžek elektronového transportu fotosystému II ovlivněn nebyl. V sušině rostlin ošetřovaných PAW byl stanoven průkazně vyšší obsah dusíku, ale obsah ostatních makro i mikro živin v nadzemní biomase kukuřice ovlivněn nebyl. Výsledky této pilotní studie aplikace PAW ukázaly potenciál pro optimalizaci růstu rostlin a možnost jejího dalšího využití, zejména v kombinaci s kapalnými hnojivy.

Recently, various cold plasma sources have been tested for their bactericidal and fungicidal effects with respect to their application in medicine and agriculture. The purpose of this work is to study the effects of a 2.45 GHz microwave generated plasma torch on a model yeast example Candida glabrata. The microwave plasma was generated by a surfatron resonator, and pure argon at a constant flow rate of 5 Slm was used as a working gas. Thanks to a high number of active particles generated in low-temperature plasma, this type of plasma has become highly popular, especially thanks to its bactericidal effects. However, its antimycotic effects and mechanisms of fungal inactivation are still not fully understood. Therefore, this study focuses on the antifungal effects of the microwave discharge on Candida glabrata. The main focus is on the measurement and evaluation of changes in inactivation effects caused by varying initial concentration of Candida glabrata cells, applied microwave power and exposure time. The discharge was applied on freshly inoculated colonies of Candida glabrata spread on the agar plates and its inhibitory effects were observed in the form of inhibition zones formed after the subsequent cultivation., V současné době jsou pro své antibakteriální a fungicidní účinky testovány nejrůznější zdroje tzv. studeného plazmatu, a to s ohledem na jejich využití v medicíně a zemědělství. Účelem této práce bylo prostudovat vliv plazmového hořáku generovaného mikrovlnným zdrojem s frekvencí 2,45 GHz na modelové vzorky kvasinek Candida glabrata. Mikrovlnné plazma bylo generováno v surfatronovém rezonátoru při použití čistého argonu jako nosného plynu s konstantním průtokem 5 Slm. Díky vysokému podílu aktivních částic generovaných nízkoteplotním plazmatem se tento druh plazmatu stal vysoce populární, a to zejména díky svým antibakteriálním účinkům. Ovšem jeho antimykotické účinky a mechanismy inaktivace hub a plísní stále nejsou zcela popsány. Proto se tato studie zabývá antimykotickými účinky mikrovlnného výboje na kvasinek Candida glabrata. Hlavní zaměření práce spočívá v měření a vyhodnocení změn inaktivačního účinku způsobených rozdílnou počáteční koncentrací buněk Candida glabrata, dodávaným mikrovlnným výkonem a dobou expozice plazmatem. Výboj se aplikoval na čerstvě naočkované kolonie Candida glabrata rozprostřené na agarových plátech a jeho inhibiční účinek byl pozorován formou inhibičních zón vytvořených po následné kultivaci.

In this work, the potential of a microwave (MW)induced atmospheric pressure plasma jet (APPJ) in film deposition of styrene and methyl methacrylate (MMA) precursors is investigated. Plasma properties during the deposition and resultant coating characteristics are studied. Optical emission spectroscopy (OES) results indicate a higher degree of monomer dissociation in the APPJ with increasing power and a carrier gas flow rate of up to 250 standard cubic centimeters per minute (sccm). Computational fluid dynamic (CFD) simulations demonstrate nonuniform monomer distribution near the substrate and the dependency of the deposition area on the monomercontaining gas flow rate. A nonhomogeneous surface morphology and topography of the deposited coatings is also observed using atomic force microscopy (AFM) and SEM. Coating chemical analysis and wettability are studied by XPS and water contact angle (WCA), respectively. A lower monomer flow rate was found to result in a higher C–O/C–C ratio and a higher wettability of the deposited coatings., V této práci je zkoumán potenciál využití mikrovlnně indukovaného plazmového jetu generovaného za atmosférického tlaku (APPJ) při depozici tenkých filmů z prekurzorů styrenu a metyl-metakrylátu (MMA). Studovány jsou vlastnosti plazmatu během depozice a charakterizace výsledných vrstev. Výsledky z optické emisní spektrometrie (OES) ukazují na vysoký stupeň disociace monomeru v APPJ s rostoucím výkonem a při průtoku nosného plynu do 250 sccm. Simulace pomocí metody CFD ukázala na nejednotnou distribuci monomeru v blízkosti substrátu a závislost oblasti depozice na průtoku plynu obsahujícího monomer. Nehomogenní morfologie a topografie povrchu deponované vrstvy byla také pozorována pomocí mikroskopie atomárních sil (AFM) a SEM. Chemická analýza vrstvy a její smáčivost byly studovány pomocí XPS, respektive měření kontaktního úhlu vody (WCA). Bylo zjištěno, že nižší průtok monomeru vede k vyššímu poměru C–O/C–C a vyšší smáčivosti deponované vrstvy.

Recently, the bactericidal and fungicidal effects of plasma-activated water (PAW) have been confirmed for its application in agriculture. Although the PAW application is beneficial in plant growth, no information is available about processes induced by PAW in soil. This paper gives the first experimental results about PAW’s influence on selected physical and physical–chemical properties of soil. PAW was prepared using the dielectric barrier discharge (DBD) operating in the multistreamer mode at a frequency of 11 kHz. The total energy consumption was 60 J/ml. The obtained results show minimal changes in the natural water evaporation from the soil exposed to PAW, slower tap water absorption if a higher amount of PAW (16 doses per 10 ml to 90 g of the soil) is applied, as well as water retention in the soil of over 30%. The soil pH remains in the neutral range of values even at the highest applied PAW amount of 1.7 weight of soil, which represents the best conditions with respect to the plant growth. Thus, we can conclude that the PAW application, even at high amounts, has no negative influence on the physical and physical–chemical properties of soil and it can be safely applied in sustainable, environmentally friendly agriculture., V současné době již byly potvrzeny antibakteriální a fungicidní účinky plazmatem aktivované vody (PAW) využitelné v zemědělství. Přestože je aplikace PAW přínosná pro růst rostlin, nejsou zatím dostupné žádné informace o procesech způsobených PAW v půdě. Tento článek poskytuje první experimentální výsledky o vlivu PAW na vybrané fyzikální a fyzikálně-chemické vlastnosti půdy. PAW byla připravena pomocí dielektrického bariérového výboje (DBD) pracujícího ve vícekanálovém módu s frekvencí 11 kHz. Celková spotřeba energie činila 60 J/ml. Získané výsledky ukázaly minimální změny v přirozeném vypařování vody z půdy vystavené účinkům PAW, pomalejší absorpci kohoutkové vody při vyšším množství použité PAW (16 dávek po 10 ml na 90 g půdy) a také zádrž vody v půdě přes 30 %. pH půdy zůstalo v neutrálních hodnotách i při vysokém množství aplikované PAW v hmotnostním poměru 1.7 k půdě, který představuje nejlepší podmínky s ohledem na růst rostlin. Proto můžeme shrnout, že aplikace PAW i ve vysokém množství nemá negativní vliv na fyzikální ani fyzikálně-chemické vlastnosti půdy, a může být tudíž bezpečně aplikována v udržitelném, ekologicky příznivém zemědělství.

Demand for food quality and extended freshness without the use of harmful chemicals has become a major topic over the last decade. New technologies are using UV light, strong electric field, ozone and other reactive agents to decontaminate food surfaces. The low-power non-equilibrium (cold) atmospheric pressure operating plasmas effectively combines all the qualities mentioned above and thus, due to their synergetic influence, promising results in fruit surface decontamination can be obtained. The present paper focuses on the applicability of the recently developed microwave surface wave sustained plasma torch for the treatment of selected small fruit. Optical emission spectroscopy is used for the determination of plasma active particles (radicals, UV light) and plasma parameters during the fruit treatment. The infrared camera images confirm low and fully applicable heating of the treated surface that ensures no fruit quality changes. The detailed study shows that the efficiency of the microbial decontamination of selected fruits naturally contaminated by microorganisms is strongly dependent on the fruit surface shape. The decontamination of the rough strawberry surface seems inefficient using the current configuration, but for smooth berries promising results were obtained. Finally, antioxidant activity measurements demonstrate no changes due to plasma treatment. The results confirm that the MW surface wave sustained discharge is applicable to fruit surface decontamination., Nároky na kvalitu potravin a prodloužení doby jejich čerstvosti bez použití škodlivých chemikálií se v posledním desetiletí stávají důležitým tématem. Nové technologie využívají pro dekontaminaci potravin UV záření, silného elektrického pole, ozónu či jiných reaktivních částic. Nízkoenergetické nerovnovážné (studené) plazma za atmosférického tlaku kombinuje všechny přednosti uvedené výše, proto mohou být při povrchovém ošetření plodů dosaženy slibné výsledky díky jejich synergickému efektu. Tento článek se zaměřuje na aplikaci nedávno vyvinutého mikrovlnného plazmového hořáku s povrchovou vlnou pro ošetření vybraných malých plodů. Pro stanovení reaktivních částic v plazmatu (radikálů, UV záření) a parametrů plazmatu během ošetření plodů je využito optické emisní spektroskopie. Obrázky z infračervené termokamery potvrdily nízkou teplotu ošetřovaného povrchu zabraňující kvalitativním změnám povrchu plodů. Detailní studie ukázala, že účinnost mikrobiální dekontaminace vybraných plodů přirozeně kontaminovaných mikroorganismy je silně závislá na tvaru povrchu plodů. Dekontaminace drsného povrchu jahod byla v současné konfiguraci výboje neefektivní, nicméně pro hladké plody byly získány slibné výsledky. Závěrem testovaná antioxidační aktivita neukázala žádné změny v důsledku působení plazmatu na plody. Výsledky tedy potvrdily, že MW výboj s povrchovou vlnou lze využít pro dekontaminaci povrchu plodů.

In this study the effects of water treatment by surface-wave-sustained plasma torch at 2.45 GHz are studied. The changes of the plasma characteristics during the interaction with the water and water physical and chemical characteristics modification as a result of the plasma treatment. In addition, deactivation of Gram positive and Gram negative bacteria in suspension are registered., Práce studuje účinky plazmové trysky s povrchově vázanou vlnou při 2,45 GHz v oblasti čištění vody. Výsledkem plazmového ošetření jsou změny jak v charakteristice plazmatu během jeho interakce s vodou, tak změny fyzikálních a chemických vlastností vody. Dále byla sledována deaktivace Gram pozitivních a Gram negativních bakterií v suspenzi.

This work deals with the ignition of the discharge in the diaphragm configuration generated in water solutions containing supporting NaCl electrolyte. The reactor has volume of 110 ml and it is made of polycarbonate. HV electrodes made of stainless steel are placed in this reactor. Ceramic (Shapal-M (TM)) diaphragm is placed in the barrier separating the cathode and the anode space. An electric power source supplies the reactor by constant DC voltage up to 4 kV and electric current up to 300 mA. The discharge ignition is compared in the reactor with different sizes of diaphragms. Measurements are carried out in electrolyte solutions with the same conductivity. Images of plasma streamers and bubble formation are taken by an ICCD camera iStar 734. Electrical characteristics are measured by an oscilloscope LeCroy LT 374 L in order to determine breakdown moments at different experimental conditions., Práce se zaměřuje na zapálení diafragmového výboje ve vodných roztocích NaCl elektrolytu. Objem polykarbonátového reaktoru byl 110 ml. VN elektrody byly nerezové, diafragma byla vyrobena z keramiky (Shapal-M) a oddělovala katodový a anodový prostor. VN zdroj dával napětí do 4000 V a proud až 300 mA. Zapálení výboje je porovnáváno pro různé parametry otvoru v diafragmě. Všechna měření byla prováděna v roztocích NaCl o identické vodivosti. Obrázky streamerů a vznikajících bublin byly získány pomocí ICCD kamery iStar 734, elektrické charakteristiky systému byly měřeny osciloskopem LeCroy LT 374 L a sloužily ke stanovení okamžiku zapálení výboje.

This paper deals with generation of diaphragm discharge in water solutions of sodium chloride with fixed conductivity of 275 mu S. The photos were recorded by high-speed iCCD camera at defined times synchronized by the current passing through the system. Three different phases in the current-voltage curve were recognized under all conditions. Only electrolysis proceeds during the first phase at the lowest applied voltage (300 - 1200 V depending on the orifice dimensions), while bubbles were created thanks to the intense Joule heating inside the orifice during the second phase. Finally, the discharge was ignited at applied voltages over 1600 V. These facts were confirmed by iCCD images taken during all three phases. We concluded, by comparing current-voltage characteristics of different orifice diameter sizes, that this parameter had an important influence on the bubbles generation phase. On the contrary, the diaphragm thickness played an important role at the discharge breakdown., Příspěvek pojednává o generaci diafragmového výboje v roztoku chloridu sodného s vodivostí 275 microS/cm. Fotografie průběhu zapálení byly pořizovány vysokorychlostní iCCD kamerou, která byla nastavena na spínání pomocí procházejícího proudu. Byly sledovány tři fáze buzení výboje – elektrolýza, generace bublin a samotné zapálení výboje. Výboj byl zapalován v oblasti nad 1 600 V. Na fázi generace bublin měla velký vliv zejména velikost otvoru dírky. Na samotné zapálení výboje měla hlavní vliv zejména tloušťka přepážky.

Thin film chemical vapour deposition technique has been used for more than 50 years. Introducing organosilicones as precursors, e.g. hexamethyldisiloxane (HMDSO) or tetraethylorthosilicate (TEOS), brought new possibilities to this method. Barrier properties of thin films have become an important issue, especially for army and emergency services as well as for food and drink manufacturers. Our work is focused on protective HMDSO thin films for encapsulating cleaned archaeological artefacts, preventing the corrosion from destroying these historical items. Thin films are deposited via plasma enhanced chemical vapour deposition (PECVD) technique using low pressure capacitively coupled plasma in flow regime. Oxygen transmission rate (OTR) measurement was chosen as the most important one for characterization of barrier properties of deposited thin films. Lowest OTR reached for 50 nm thin film thickness was 120 cm3 m-2 atm-1 day-1. Samples were also analyzed by Fourier Transform Infrared Spectrometry (FTIR) to determine their composition. Optical emission spectra and thin film thickness were measured during the deposition process. We optimized the deposition parameters for barrier layers by implementation of pulsed mode of plasma and argon plasma pre-treatment into the process., Chemická depozice z plynné fáze se používá pro přípravu tenkých vrstev už více než 50 let. Použití organokřemičitanů jako prekurzorů, např. hexamethyldisiloxanu (HMDSO) nebo tetraethoxysilanu (TEOS), přineslo této metodě nové možnosti. Bariérové vlastnosti tenkých vrstev se staly velmi aktuálním tématem, zejména pro armádu a bezpečnostní složky stejně tak jako pro výrobce potravin a nápojů. Tato práce je zaměřena na ochranné tenké vrstvy na bázi HMDSO pro zapouzdření očištěných archeologických nálezů. Vrstvy by měly nálezy chránit před korozí, která by mohla tyto artefakty zničit. Tenké vrstvy byly deponovány pomocí chemické depozice z plynné fáze iniciované plazmatem (PECVD) za použití nízkotlakého kapacitně vázaného plazmatu v průtočném režimu. Měření rychlosti prostupu kyslíku (OTR) bylo zvoleno jako nejdůležitější pro charakterizaci bariérových vlastností tenkých vrstev. Nejnižší dosažené OTR pro vrstvy o tloušťce 50 nm bylo 120 cm3 m-2 atm-1 den-1.Vzorky byly rovněž analyzovány infračervenou spektrometrií za účelem zjištění složení tenké vrstev. Optická emisní spektra a tloušťky vrstev byly měřeny v průběhu depozice. Podařilo se nám optimalizovat depoziční proces pro bariérové vrstvy implementací pulzního módu plazmatu a předčištění vzorků před depozicí argonovým plazmatem.

Plasmachemical process for conservation of metallic objects is a new way of effective and fast treatment of corroded objects. This process consists of two main steps: corrosion removal and deposition of a protecting film. Removal of corrosion products is based on plasmachemical reduction of corrosion layers by radio-frequency (RF) low pressure hydrogen plasma. Chosen barrier films are parylene (poly-para-xylylene) coatings and SiO2- like high density films. Parylene coatings are prepared by a standard chemical vapor deposition (CVD) method. Plasma enhanced chemical vapour deposition (PECVD) enables preparation of SiOx based thin films with higher flexibility due to variable incorporated organics groups. The coatings were characterized by various methods in order to obtain information about their chemical structure (FTIR) and barrier properties (OTR). The results from standard corrosion test were compared with those on samples treated by conventional conservation procedures., Plazmochemická konzervace kovových předmětů představuje nový efektivní směr rychlého ošetření korodovaných předmětů. Proces je složen ze dvou základních kroků: Odstranění koroze a depozice ochranných vrstev. Odstraňování koroze je založena na aplikaci RF nízkotlakého vodíkového plazmatu. Jako ochranné bariérové vrstvy byly zvoleny vrstvy vysokohustotního SiOx a parylenu. Parylenové vrstvy byly připraveny standardním CVD procesem. Vrstvy SiOx byly připraveny pomocí PECVD procesu, který umožňuje vysokou flexibilitu díky možnosti ovlivňovat podíl uhlíku ve vrstvách. Povlaky byly charakterizovány různými metodami s cílem zjistit jejich chemickou strukturu (FTIR) a bariérové vlastnosti (OTR). Standardního korozní testy byly provedeny na vzorcích ošetřených běžnými konzervátorskými technikami i parylenovými a SiOx vrstvami.

Our work is about plasmachemical reduction of model corrosion layers. The model corrosion layers were produced on bronze samples with size of 10 x 10 x 5 mm3, containing Cu and Sn. Concentrated hydrochloric acid was used as a corrosive environment. The application of reduction process in low-pressure low-temperature hydrogen plasma followed. A quartz cylindrical reactor with two outer copper electrodes was used. Plasma discharge was generated in pure hydrogen by a RF generator. Each corroded sample was treated in different conditions (supplied power and a continual or pulsed regime with a variable duty cycle mode). Process monitoring was ensured by optical emission spectroscopy. After treatment, samples were analyzed by SEM and EDX., Práce je zaměřena na plazmochemickou redukci modelových korozních vrstev. Modelové korozní vrstvy byly připraveny na bronzových vzorcích o rozměrech 10 x 10 x 5 mm3. Jako korozní prostředí byly použity páry koncentrované kyseliny chlorovodíkové. Pro redukci byl použit křemenný válcový reaktor s vnějšími měděnými elektrodami, RF výboj byl generován v čistém vodíku. Každý korodovaný vzorek byl v plazmatu ošetřen za odlišných podmínek (výkon, střída), proces byl monitorován optickou emisní spektrometrií. Po opracování byly vzorky analyzovány pomocí SEM a EDX.

Metodika řeší aplikaci nízkotlakého plazmatu pro šetrnější odstraňování vrstev korozních produktů z kovových archeologických nálezů. Jedná se o tzv. „suchou metodu“, to znamená, že samotný předmět není ovlivněn vodou ani rozpouštědly. Aplikace vede k částečné až úplné desalinaci povrchu předmětu a zejména výrazné snížení koncentrace chloridů. Výhodou je aplikovatelnost současně na větší počty předmětů. Aplikací postupu lze dosáhnout i výrazného zrychlení procesu odstraňování korozních vrstev za aplikace nižší síly. Metodu je možné použít i na ošetření předmětů zhotovených z mědi a jejích slitin, kdy je třeba zachovat i vrstvu ušlechtilé patiny. V tomto případě je ale nezbytné pečlivé zvážení aplikace zkušeným konzervátorem, protože je obtížné jasně odlišit neušlechtilou a ušlechtilou patinovou vrstvu.

An application of underwater discharge is one possible way how make the destruction of organic dyes. This contribution presents results of Direct Blue 106 destruction in discharge generated in bubbles. The initial conductivity value of 30 microS/cm was obtained using electrolyte; the starting dye concentration was 20 mg/l. The DC voltage from 1.5 kV to 3.0 kV was applied to generate the discharge at the mean current of 10-30 mA. The system was bubbled through the high voltage capillary electrode by He, Ar and N2 at the constant gas follow of 200 sccm. The dye destruction rate was directly proportional to the applied discharge current, so the highest efficiency was reached at the current of 30 mA. The destruction rate was strongly dependent on the filling gas. While using He and Ar only 4% destruction was obtained during the 20 minutes treatment at 10 mA of discharge current but the decomposition of 52 % was reached if nitrogen was introduced into the high voltage electrode. The destruction efficiency of about 40 % (He, Ar) and over 60 % in nitrogen was reached at discharge current of 30 mA. This enormous difference was probably connected not only to the production of hydrogen peroxide that seems to be usually the main oxidative specie in under water discharges but also atomic and excited nitrogen particles, both atomic and molecular, can have very positive effect in the dye destruction. The detailed study of the kinetic mechanisms leading to the Direct Blue 106 dye destruction will be a subject of the further studies., Jedna z možností, jak odstraňovat organická barviva, je aplikace výboje pod vodou. Tento příspěvek prezentuje výsledky rozkladu Saturnové modři LB (Direct Blue 106) pomocí výboje generovaného v bublinách. Počáteční hodnota vodivosti 30 microS/cm byla nastavena elektrolytem; počáteční koncentrace barviva byla 20 mg/l. Pro generaci výboje bylo použito stejnosměrné napětí od 1,5 do 3 kV při proudu 10-30 mA. Systémem byl probubláván skrze vysokonapěťovou elektrodu ve tvaru kapiláry konstantním proudem plynů (200 sccm) He, Ar a N2. Míra rozkladu barviva byla přímo úměrná aplikovanému výbojovému proudu, takže nejvyšší účinnost byla dosažena při proudu 30 mA. Míra rozkladu byla silně závislá na druhu plynu. Pokud byl použit He nebo Ar, pouze 4 % barviva byly rozloženy během 20 minut při proudu 10 mA, ale až 52 % bylo dosaženo při použití dusíku. Při použití proudu 30 mA bylo dosaženo účinnosti rozkladu okolo 40 % (He, Ar) a přes 60 % u dusíku. Tento enormní rozdíl byl pravděpodobně způsoben nejen produkcí peroxidu vodíku, který se jeví jako hlavní oxidační částice ve výboji pod vodou, ale také atomárními a excitovanými částicemi dusíku. Detailní studie kinetických mechanismů vedoucích k rozkladu barviva Saturnová modř LB bude předmětem dalšího výzkumu.

Capillary discharge investigated by this work was created in the reactor using positive half-cycle of AC high voltage up to 2 kV. Electric field was created between two electrodes which were separated by the dielectric ceramic barrier with a symmetrical cylindrical hole (diameter of 1 mm, length of 5 mm) in it. When voltage reached the value sufficient for liquid breakdown, the discharge appeared initially in bubbles of evaporated solution in the hole vicinity and spread further into the liquid volume. After the rise of discharge, two kinds of plasma channels (streamers) propagated towards electrodes from the pin-hole: longer positive streamers on the side with the cathode (analogically as in the positive corona discharge) and shorter negative streamers (like negative corona discharge). These streamer kinds differed especially in the energy dissipation originating from different electron velocities in plasma channels due to electron collisions with positive particles accelerating or decelerating electron avalanches and it gave rise of a significant pump effect. The weighing of flowing drops of aqueous solution was provided during the pump effect. Influence of parameters such as initial solution conductivity or input power on this effect as well as diagnostics by optical emission spectroscopy and electrical characteristics have been investigated., Kapilární výboj zkoumaný touto prací byl generován pomocí pozitivního půl-cyklu střídavého napětí do 2 kV. Elektrické pole se tvořilo mezi dvěmi elektrodami, které byly odděleny dielektrickou keramickou bariérou se symetrickým otvorem (průměr 1 mm, délka 5 mm). Když dosáhlo napětí hodnoty dostatečné pro průraz kapaliny, výboj se objevil primárně v bublinách vypařujícího se roztoku poblíž otvoru a dále se šířil do objemu kapaliny. Po zapálení výboje vznikly dva druhy plazmových kanálů, které se šířily z otvoru směrem k elektrodám: delší kladné kanály na straně katody (analogicky jako u pozitivního korónového výboje) a kratší záporné kanály (jako u negativní koróny). Tyto druhy kanálů se lišily zejména v rozdělení energie pocházející z různých rychlostí elektronů v plazmových kanálech. Kolize elektronů s pozitivními částicemi urychlovaly nebo zpomalovaly elektronové laviny, a vznikl tak významný pumpovací efekt. Během tohoto efektu bylo prováděno vážení procházejících kapek vodného roztoku. Zkoumán byl i vliv parametrů typu počáteční vodivost roztoku či vstupní výkon na tento efekt a také byla provedena diagnostika pomocí optické emisní spektroskopie a elektrických charakteristik.

The work presents results obtained during spectroscopic observations of nitrogen DC flowing post-discharges at the total gas pressure of 1000 Pa and at the discharge current of 100 mA. Mercury traces were introduced into the system using auxiliary pure nitrogen flow enriched by mercury vapor. A very low mercury concentration of 3.7 ppb was introduced into the system before the active discharge. The strong quenching of nitrogen pink afterglow was observed but no mercury lines were recorded. Moreover, the vibrational distributions of nitrogen excited states were nearly unchanged. Based on these results, the new experimental set up was created. The introduction point of mercury vapor with higher concentration of 600 ppm was movable during the post discharge up to decay time of 40 ms. Besides three nitrogen spectral systems (first and second positive and first negative), NO-beta and NO-gamma bands, the mercury line at 254 nm was recorded at these conditions. Its intensity was dependent on the mercury vapor introduction position as well as on the mercury concentration. No other mercury lines were observed. The creation of mercury 3P1 state that is the upper state of the observed mercury spectral line is possible by the resonance excitation energy transfer form vibrationally excited nitrogen ground state N2 (X, v = 19). The observed results should form a background for the development of a new titration technique used for the highly vibrationally excited nitrogen ground state molecules determination., Práce prezentuje výsledky získané spektroskopickým pozorováním stejnosměrného dohasínajícího plazmatu v dusíku při celkovém tlaku 1000 Pa a výbojovém proudu 100 mA. Do systému byly přidávány stopy rtuti pomocí proudu čistého dusíku obohaceného o páry rtuti. Velmi nízké koncentrace rtuti (3,7 ppb) byly vpuštěny do systému před aktivním výbojem. Následně bylo pozorováno silné zhášení růžového dosvitu dusíku, ale nebyly zaznamenány žádné čáry rtuti. Navíc se vibrační rozdělení excitovaných stavů dusíku téměř nezměnilo. Na základě těchto výsledků byl vytvořen nový systém. Vstupní bod par rtuti s vyšší koncentrací (600 ppm) se tak mohl pohybovat kolem dohasínajícího výboje až do času 40 ms. Kromě tří spektrálních systémů dusíku (první a druhý pozitivní a první negativní) a pásů NO-beta a NOgamma byla za těchto podmínek zaznamenána i čára rtuti při 254 nm. Její intenzita byla závislá na místě vstupu par rtuti, jakožto i na koncentraci rtuti. Žádné další čáry rtuti nebyly zaznamenány. Tvorba 3P1 stavu rtuti, který je vyšším stavem pozorované spektrální čáry rtuti, je možná rezonančním přechodem excitované energie z vibračně vybuzeného základního stavu dusíku N2 (X, v = 19). Pozorované výsledky by měly tvořit základ pro rozvoj nové titrační techniky používané ke stanovení vysoce vibračně excitovaných základních stavů molekuly dusíku.

Nízkoteplotní vodíkové plazma buzené za sníženého tlaku bylo používáno ke studiu vlivu průběhu a podmínek na odstraňování korozních produktů. Plasma bylo buzeno RF zdrojem v pulsním i kontinuálním režimu při tlacích 100-200 Pa. Průběh procesu byl monitorován pomocí optické emisní spektroskopie. Aby bylo možné porovnání závislostí parametrů procesu odstraňování koroze, byly připraveny modelové zkorodované vzorky jak s tak bez pískové krusty. SEM-EDX analýzy byly provedeny k potvrzení účinnosti odstranění korozních vrstev. Experimentální podmínky byly nastavovány tak, aby nedošlo k poškození kovových archeologických předmětů (železo, bronz, měď a mosaz), zejména vlivem vysoké teploty. Nízkotlaké vodíkové plasma není vhodné pro křehké předměty a nekovové materiály. Vzhledem k této skutečnosti byly skleněné vzorky opracovávány podvodním výbojem. V tomto případě byly použity reálné archeologické artefakty, protože je velice obtížné připravit jednotnou korozi v laboratorních podmínkách., The low temperature low-pressure hydrogen based plasmas were used to study the influence of processes and discharge conditions on corrosion removal. The capacitive coupled RF discharge in the continuous or pulsed regime was used at operating pressure of 100-200 Pa. Plasma treatment was monitored by optical emission spectroscopy. To be able to study influence of various process parameters, the model corroded samples with and without sandy incrustation were prepared. The SEM-EDX analyzes were carried out to verify corrosion removal efficiency. Experimental conditions were optimized for the selected most frequent materials of original metallic archaeological objects (iron, bronze, copper, and brass). A special focus was kept for the samples temperature because it was necessary to avoid any metallographic changes in the material structure. The low pressure hydrogen plasma is not applicable for objects with a very broken structure or for non-metallic objects due to the non-uniform heat stress. Due to this fact, the new developed plasmas generated in liquids were applied on selected glass materials. The original archaeological objects were used in this case because it was very complicated to prepare a uniform artificial corrosion layer at laboratory conditions.

Tato bakalářská práce je zaměřena na plazmatické ošetření vzorků historické keramiky s využitím nízkoteplotních elektrických výbojů ve vodných roztocích. Byly vybrány čtyři vzorky – dva z období Kultury lužických popelnicových polí a dva z Novokřtěnecké fajáns. Čištění probíhalo při minimálním výkonu zdroje napětí. Pro tvorbu výboje využívajícího audiofrekvenční zdroj byla použita nerezová elektroda a speciálně vyrobený elektrodový systém s wolframovým drátem v kapiláře z křemenného skla. Před a po čištění byla provedena prvková analýza elektronovou mikroskopií (SEM) a hodnoty byly porovnány s analýzou jádra materiálu. Vzorky Kultury lužických popelnicových polí byly vyčištěny bez poškození povrchu. Jeden ze vzorků Novokřtěnecké fajáns byl poškozen. Pro zjištění příčiny se pokus zopakoval na skle. Došlo se k závěru, že poškození bylo způsobeno termálním stresem. Druhý vzorek z tohoto období byl vyčištěn již bez poškození. Následující výzkum se bude věnovat přesnému stanovení podmínek přístroje a modifikaci roztoku a povrchu vzorků pro nejefektivnější čištění historické keramiky., This bachelor thesis is focused on the plasma surface treatment of historical ceramics by low temperature electrical discharges in water solution. Four samples were chosen - two of the Lusatian Urnfields Culture and two of Anabaptist Faience. The treatment was done at minimum power of the power supply. Stainless steel electrode and a specially designed electrode system with wolfram wire in the quartz glass capillary were used for generation of discharge using an audio frequency power supply. Elemental analysis by scanning electron microscopy (SEM) was done before and after the treatment and values were compared with the elemental analysis of material’s core. Samples of the Lusatian Urnfields Culture were successfully treated without any surface damage. The first one of samples of Anabaptist Faience was damaged. The experiment was repeated on the glass to determine the cause. It was find out that damage was probably caused by thermal stress. The second one of Anabaptist Faience was already treated without damage. Next research will be focused on determining specific conditions of the power supply, modification of water solution and modification of sample’s surface for the most efficient ancient ceramics cleaning.

Bakalárska práca je zameraná na vplyv plazmou aktivovanej vody na pôdne mikroorganizmy. V plazmou aktivovanej vode sú prítomné reaktívne druhy kyslíka a dusíka, ktoré sú zodpovedné za jej biologické a chemické vlastnosti. Vďaka svojim unikátnym vlastnostiam sa využíva k terapeutickým účelom či v poľnohospodárstve. Teoretická časť je zameraná na všeobecné informácie o pôde, jej vlastnostiach a mikroorganizmoch sa v nej nachádzajúcich. Ďalej sa zaoberá základnými informáciami o plazme a zdrojoch používaných na jej generovanie. Posledná časť je zameraná na plazmou aktivovanú vodu a jej špecifické vlastnosti. Experimentálna časť sa zaoberá aplikáciou destilovanej vody, plazmou aktivovanej vody a zmesou destilovanej a plazmou aktivovanej vody na pôdu. V jednom prípade išlo o aplikáciu priamo na pôdu, v druhom o aplikáciu na pôdny výluh. Baktérie boli zaočkované na kultivačné médium v koncentráciách 10-2, 10-4 a 10-6. Pozorovaný bol počet narastených kolónií a následne prebehla identifikácia niektorých mikroorganizmov. Na základe výsledkov môžeme tvrdiť, že plazmou aktivovaná voda mala pozitívny vplyv na rast kolónií mikroorganizmov. Avšak predmetom ďalšej práce je určenie či ide o patogénne mikroorganizmy alebo nie., Bachelor thesis is focused on the impact of plasma activated water on soil microorganisms. Reactive spieces of oxygen and nitrogen are present in plasma activated water, which are responsible for its biological and chemical properties. Thanks to its unique features, plasma activated water is used for therapeutic purpose or in agriculture. The theoretical part is concentrated on general information about soil, its properties and microorganisms found in it. Furthermore, it deals with basic information about plasma and sources used for its production. The last part presents the plasma activated water and its specific characteristics. Experimental part deals with the application of distilled water, plasma activated water and a mixture of distilled and plasma activated water on soil. In the first set of experiments, it was an application directly on the soil, the application to the soil extract was in the second set. Bacteria were inoculated on culture medium in concentrations 10-2, 10-4 and 10-6. The number of formed colonies was observed and then some microorganisms has been identified. Based on the results, it can be stated that plasma activated water had a positive effect on the microorganism colonies growth. However, the subject of further work will be to determine whether it is positive for pathogenic microorganisms or not.

Táto práca sa zaoberá vplyvom prímesi dusíka na nízkoteplotnú mikrovlnnú plazmatickú trysku generovanú v argóne pri atmosférickom tlaku. Nízkoteplotná plazma má využitie v mnohých biomedicínskych aplikáciách ako je liečba rakoviny, koagulácia krvi, sterilizácia a podobne. Je dôležité vedieť k akým zmenám zloženia a parametrov plazmy dochádza v závislosti na koncentrácii dusíka, aby sa zabránilo potenciálnemu poškodeniu ošetrovaného tkaniva. Plazmatická tryska bola charakterizovaná pozdĺž osi výboja pomocou optickej emisnej spektroskopie. Z intenzít vybraných spektrálnych čiar a pásov plazmou generovaných častíc vyžarujúcich svetlo boli vypočítané elektrónové, vibračné a rotačné teploty. Výsledky merania preukázali zvýšenú koncentráciu oxidu dustaného a taktiež zvýšenie UVC žiarenia. Bol preukázaný aj nárast teploty neutrálneho plynu, avšak nie príliš vysoký, takže plazmatická tryska s prídavkom dusíka je stále použiteľná pre ošetrenie termosensitívnych materiálov akým je ľudské tkanivo. Štúdium sterilizačného účinku mikrovlnnej plazmy generovanej v zmesi argón-dusík naďalej prebieha. Niektoré z výsledkov získaných počas tejto práce boli zahrnuté v článku odborného časopisu Journal of Physics D: Applied Physics., This thesis is concerned with influence of nitrogen admixture to non-thermal microwave plasma jet generated in argon flow at atmospheric pressure. Non-thermal plasma can be used in more biomedical applications such cancer treatment, blood coagulation, sterilization etc. It is necessary to know the changes of plasma composition and its parameters in dependence nitrogen concentration to avoid potentional damages of the treated tissue. Plasma jet was characterized by optical emission spectroscopy along its axis. Electron, vibrational and rotational temperatures were calculated from intensities of the selected spectral lines and bands emitted by particles generated in plasma. The results show increase of the nitric oxide concentration followed by the increase UVC radiation. Temperature of the neutral gas increase too, but not so much and thus jet with nitrogen addition can be still used for the treatment of thermosensitive materials such as human tissue. Study of the sterilization effect of microwave plasma generated in argon-nitrogen mixtures is still under progress. Some of the results obtained during this thesis were included in the paper submitted into Journal of Physics D: Applied Physics.

Bakalářská práce v teoretické části shrnuje problematiku využití plazmatu pro povrchovou úpravu materiálů využitelných pro biomedicínské aplikace, a to zejméma materiálů polymerních. Praktická část se zaměřuje na konkrétní povrchovou úpravu. Jejím cílem je získat z původně hydrofobního povrchu povrch hydrofilní pomocí plazmochemické úpravy a optimalizovat danou metodu. Hydrofility je docíleno opracováním vzorku v nízkoteplotním nízkotlakém plazmatu generovaném ve směsích plynů na bázi vzduchu.Charakterizace povrchové úpravy je realizována pomocí měření průsaku vody materiálem. Strukturní změny povrchu materiálu pak jsou potvrzeny pomocí rentgenové fotoelektronové spektroskopie., The theoretical part of bacalor thesis summarizes a plasma application for surface modification of materials used for biomedical applications. The main focus is on polymeric materials. Practical part focuses on specific surface modifications. An aim is to obtain from the initially hydrophobic surface hydrophilic by plasma chemical surface treatment and to optimize the method. Hydrophilicity is achieved by treating the sample in low temperature low pressure plasma generated in air based gaseous mixtures. The surface treatment efficiency is characterizad by water leak through the material. Structural changes of material surface are confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy.