Reactive species generated in the gas and in water by cold air plasma of the transient spark discharge in various N2/O2 gas mixtures (including pure N2 and pure O2) have been examined. The discharge was operated without/with circulated water driven down the inclined grounded electrode. Without water, NO and NO2 are typically produced with maximum concentrations at 50% O2. N2O was also present for low O2 contents (up to 20%), while O3 was generated only in pure O2. With water, gaseous NO and NO2 concentrations were lower, N2O was completely suppressed and HNO2 increased; and O3 was lowered in O2 gas. All species production decreased with the gas flow rate increasing from 0.5 to 2.2 L/min. Liquid phase species (H2O2, NO2‾, NO3‾, ·OH) were detected in plasma treated water. H2O2 reached the highest concentrations in pure N2 and O2. On the other hand, nitrites NO2‾ and nitrates NO3‾ peaked between 20 and 80% O2 and were associated with pH reduction. The concentrations of all species increased with the plasma treatment time. Aqueous ·OH radicals were analyzed by terephthalic acid fluorescence and their concentration correlated with H2O2. The antibacterial efficacy of the transient spark on bacteria in water increased with water treatment time and was found the strongest in the air-like mixture thanks to the peroxynitrite formation. Yet, significant antibacterial effects were found even in pure N2 and in pure O2 most likely due to high ·OH radical concentrations. Controlling the N2/O2 ratio in the gas mixture, gas flow rate, and water treatment time enables tuning the antibacterial efficacy.

中文翻译：

---

各种 N2/O2 气体混合物中产生的瞬态火花放电：气体和水中的反应性物质及其抗菌作用

已经研究了在各种 N2/O2 气体混合物（包括纯 N2 和纯 O2）中由瞬态火花放电的冷空气等离子体在气体和水中产生的反应性物质。放电是在没有/有循环水驱动下倾斜接地电极的情况下进行的。如果没有水，通常会以 50% O2 的最大浓度产生 NO 和 NO2。低 O2 含量（高达 20%）也存在 N2O，而 O3 仅在纯 O2 中产生。加水后，气态NO和NO2浓度降低，N2O完全被抑制，HNO2升高；O3 在 O2 气体中降低。随着气体流速从 0.5 L/min 增加到 2.2 L/min，所有物种产量都下降。在等离子处理过的水中检测到液相物质（H2O2、NO2‾、NO3‾、·OH）。H2O2 在纯 N2 和 O2 中达到最高浓度。另一方面，亚硝酸盐 NO2‾ 和硝酸盐 NO3‾ 在 20% 到 80% O2 之间达到峰值，并且与 pH 值降低有关。所有物质的浓度都随着等离子体处理时间的增加而增加。通过对苯二甲酸荧光分析水性·OH自由基，其浓度与H2O2相关。瞬时火花对水中细菌的抗菌功效随着水处理时间的增加而增加，并且由于过氧亚硝酸盐的形成，在类空气混合物中的抗菌功效最强。然而，即使在纯 N2 和纯 O2 中也发现了显着的抗菌作用，这很可能是由于高·OH 自由基浓度。控制气体混合物中的 N2/O2 比率、气体流速和水处理时间可以调节抗菌功效。所有物质的浓度都随着等离子体处理时间的增加而增加。通过对苯二甲酸荧光分析水性·OH自由基，其浓度与H2O2相关。瞬时火花对水中细菌的抗菌功效随着水处理时间的增加而增加，并且由于过氧亚硝酸盐的形成，在类空气混合物中的抗菌功效最强。然而，即使在纯 N2 和纯 O2 中也发现了显着的抗菌作用，这很可能是由于高·OH 自由基浓度。控制气体混合物中的 N2/O2 比率、气体流速和水处理时间可以调节抗菌功效。所有物质的浓度都随着等离子体处理时间的增加而增加。通过对苯二甲酸荧光分析水性·OH自由基，其浓度与H2O2相关。瞬时火花对水中细菌的抗菌功效随着水处理时间的增加而增加，并且由于过氧亚硝酸盐的形成，在类空气混合物中的抗菌功效最强。然而，即使在纯 N2 和纯 O2 中也发现了显着的抗菌作用，这很可能是由于高·OH 自由基浓度。控制气体混合物中的 N2/O2 比率、气体流速和水处理时间可以调节抗菌功效。瞬时火花对水中细菌的抗菌功效随着水处理时间的增加而增加，并且由于过氧亚硝酸盐的形成，在类空气混合物中的抗菌功效最强。然而，即使在纯 N2 和纯 O2 中也发现了显着的抗菌作用，这很可能是由于高·OH 自由基浓度。控制气体混合物中的 N2/O2 比率、气体流速和水处理时间可以调节抗菌功效。瞬时火花对水中细菌的抗菌功效随着水处理时间的增加而增加，并且由于过氧亚硝酸盐的形成，在类空气混合物中的抗菌功效最强。然而，即使在纯 N2 和纯 O2 中也发现了显着的抗菌作用，这很可能是由于高·OH 自由基浓度。控制气体混合物中的 N2/O2 比率、气体流速和水处理时间可以调节抗菌功效。