基于电晕法产生负离子的化学发光与杀菌效应研究

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1、基于电晕法产生负离子的化学发光与杀菌效应研究(申请清华大学理学博士学位论文)培养单位：化学系学科：化学研究生：张定坤指导教师：林金明教授二○一七年四月InvestigatingChemiluminescenceandSterilizationEffectofNegativeIonsEvolvedthroughCoronaDischargeDissertationSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementfor

2、thedegreeofDoctorofPhilosophyinChemistrybyZhangDingkunDissertationSupervisor:ProfessorLinJin-MingApril,2017摘要摘要负离子由于所携带的负电荷使其具有独特的反应活性，目前已在环境、健康和医疗等领域发挥了重要的作用。然而，基于负离子的化学发光与杀菌效应的新领域研究还有很大完善空间。化学发光与细菌杀灭技术具有技术成熟和原理明确等特点，因而能够有效开发负离子的新性质。本论文利用化学发光与细菌杀灭技术

3、研究了电晕法产生负离子的特性，内容如下：1.考察了在空气和O2气氛中电晕放电产生负离子的气相化学发光现象。当不同气体气氛中电晕放电产生的负离子随着气流进入光电倍增管的发光检测区域时，它们-显示出了明显而稳定的发光信号。研究发现O2是最终发光效应的主要来源，且该离1子相互反应进而生成激发态的O2分子，从而形成新型气相化学发光系统。2.研究了通过气-固相作用形成的异相化学发光现象分析臭氧(O3)和三类代表性醇类、酚类和糖类固体粉末之间的化学反应。研究表明，这两种反应物之间的相互作用发生在固体粉末的表

4、面，同时伴随着明显的化学发光效果。这种卓越的发光性能归1因于ROOOH不稳定中间体的形成并随后分解生成具有发光效应的O2分子。本研究首次报道了基于O3与醇类、酚类和糖类化学反应的气-固相化学发光研究并认为这种技术可以拓展应用于其他基于O3氧化还原反应的气-固相化学发光分析系统。3.研究了改进型低压电晕放电技术产生负离子对于金黄色葡萄球菌的有效杀灭及其应用于模拟人体鼻腔的杀菌效果。改进型负离子发生技术在保证产生高浓度负离63子(4×10/cm)的同时，有效排除了其他干扰因素。随后的杀菌测试在自主搭

5、建的测试评价装置中通过设置不同的外部条件得到了最佳的杀菌效率(34.1%)。进一步杀菌效果测试在模拟人类鼻腔中进行，研究表明杀菌性能与通道内的不同区域有着密切的关系。相应的杀菌机理认为，高浓度负离子倾向于有效地打破细胞壁和细胞膜的化学键，最终导致细胞解体死亡。综上所述，本研究借助于化学发光与细菌杀灭技术揭示了负离子在化学与生物领域的新特性，实现了负离子性质的进一步开发与实际应用，对于基于负离子的基础研究、技术创新与实际应用具有前瞻性的重大意义。关键词：负离子；电晕放电；化学发光；杀菌；臭氧IAb

6、stractAbstractNegativeionshaveoccupieduniquereactivityduetothenegativechargestheyown,whichplayanimportantroleinareaslikeenvironmentalprotection,healthandmedicalapplication,thustheyhavegreatpotentialoffurtherresearchandapplication.However,largespacesh

7、asleavedforstudyofnegativeionsbasedondiscoveryofnewfieldofchemicalandbiologicalresearch,whichhasgreatsignificanceforcomprehensiveresearchanddevelopmenttowardsthenovelpropertyofnegativeions.Actingastwoclassicfieldsofchemistryandbiologyrespectively,Che

8、miluminescenceandsterilizationeffecthavethecharacteristicofmaturetechnologyandclearmechanism,whichcaneffectivelydevelopnewpropertiesofnegativeions.Thisthesisinvestigatedchemicalandbiologicalpropertiesofnegativeions(producedbycoronadischarge)throughch