https://www.mdpi.com/2571-6182/6/1/5

论文标题：Physical Properties of Plasma-Activated Water

论文链接：https://doi.org/10.3390/plasma6010005

期刊名：Plasma

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/plasma

等离子体活化水（Plasma-Activated Water, PAW）作为一种新型功能材料，在生物医学、农业和食品加工等多个领域展现出重要应用价值。在医疗领域，PAW因其独特的抗菌特性被用于创面消毒和医疗器械灭菌；在农业生产中，PAW可促进种子萌发和提高作物抗病性；此外，在食品工业中，PAW也被应用于果蔬保鲜和表面消毒。来自美国德雷塞尔大学的亚历山大·弗里德曼教授及其团队在Plasma期刊发表最新研究，系统探讨了等离子体活化水的物理特性及其形成机制。

研究过程与结果

通过构建等离子体活化水制备系统，研究人员系统分析了不同放电参数对水溶液理化性质的影响机制。实验采用介质阻挡放电反应器，通过精确控制等离子体处理时间（1-30分钟）、功率密度（0.1-1.0 W/cm³）和气体组成（空气、氮气、氧气等）来调控活化过程。溶液特性采用改进的测试方法表征，包括氧化还原电位、电导率、pH值和活性粒子浓度测定。

滑动弧等离子管装置

研究结果表明，等离子体活化水的物理化学性质主要取决于三个关键参数：等离子体处理时间（t）、输入功率密度（P）以及工作气体氧含量（φ）。通过建立参数关联模型，可以预测溶液可能达到的活化状态，包括弱活化区、最佳活性区和过饱和区。实验数据验证了理论模型的可靠性，展示了不同参数组合下的溶液特性变化：1）短时处理下的弱活化状态；2）最佳参数匹配时的高活性粒子浓度；3）过载条件下活性成分的快速衰减。

特别值得注意的是，研究发现当采用空气等离子体处理15分钟、功率密度0.5 W/cm³时，溶液可获得最优的氧化还原特性（ORP＞+800mV）和活性氮物种浓度（＞50μM）。这一结果通过电子自旋共振光谱和紫外-可见分光光度法得到了验证。研究还揭示了等离子体-液面相互作用在活性粒子生成中的关键作用，为PAW的标准化制备提供了重要依据。

研究总结

本文通过系统的实验研究和理论分析，深入探究了等离子体活化水（PAW）的物理化学特性及其形成机制。研究结果表明，PAW的关键性能指标（包括氧化还原电位、活性粒子浓度和稳定性等）可以通过三个核心工艺参数（等离子体处理时间、功率密度和工作气体组成）进行有效调控，这些参数共同决定了PAW处于弱活化、最佳活性或过饱和等不同状态。这些发现为PAW在生物医学、农业和食品工业等领域的标准化制备和应用提供了重要的理论指导。未来研究将着重于开发新型等离子体反应器设计，探索更复杂的等离子体-液体相互作用机制，并建立活性成分与生物效应的定量关系，以进一步拓展PAW的实际应用价值。

Plasma 期刊介绍

主编：Andrey Starikovskiy, Princeton University, Princeton, USA

Plasma (ISSN 2571-6182) 为等离子体科学各方面研究提供了一个成果分享平台，例如等离子体物理、等离子体化学和空间等离子体。期刊旨在鼓励科学家尽可能详细地发表实验和理论结果。