《Vacuum》：A Semi-empirical Approach to Boltzmann Plot Analysis for Cold Atmospheric Pressure Plasma: Comparison with Collision-Radiative Modelling
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可靠测定冷大气压等离子体（CAPP）电子温度（Te）面临挑战，因传统Boltzmann图法受非平衡效应干扰。本研究提出半经验改进方法：引入双标准谱线筛选，包括自发衰变偏差因子和分支比测试，排除自吸收及亚稳态激发干扰。实验采用三种CAPP源（10MHz特斯拉线圈APPJ、2.45GHz微波APPJ、13.56MHz射频空心阴极），优化后Boltzmann图线性度显著提升（Pearson’s r>0.9），并与碰撞辐射模型（CRM）结果一致，验证该方法在非局部热平衡条件下的适用性。
Vishakha Bende|PSNSR Srikar|Reetesh K. Gangwar|R.L. Bhardwaj|Rajib Kar
印度孟买Bhabha原子研究中心激光与等离子体技术部，邮编400085
摘要
在冷常压等离子体（CAPP）中可靠地确定电子温度（Te）仍然具有挑战性，因为常用的Boltzmann图方法会受到非平衡效应的干扰，例如从亚稳态的阶梯式激发、辐射级联和自吸收等现象。我们提出了一种半经验方法，通过引入双重选择标准来增强Boltzmann图分析的稳健性。首先，使用一个偏差因子（）来过滤由自发衰变主导的跃迁。其次，通过分支比测试将同一上能级跃迁的测量强度比与相应的爱因斯坦系数值比进行比较，从而检测并排除自吸收线。该方法应用于三种不同来源产生的氩等离子体的光发射光谱（OES）：10 MHz特斯拉线圈APPJ、2.45 GHz微波APPJ和13.56 MHz射频空心阴极。在所有情况下，改进后的Boltzmann图都能得到线性拟合（Pearson相关系数r > 0.9），且提取的Te值与碰撞-辐射模型（CRM）的结果一致。这些发现表明，所提出的半经验过滤方法显著提高了常压非LTE条件下基于Boltzmann图的温度诊断的可靠性，为无法完全使用CRM的情况提供了一种实用的替代方案。
章节摘录
引言
冷常压等离子体（CAPP）作为一种强大的工具，能够通过产生活性物质和紫外线光子来灭活微生物，而不会对处理表面造成热损伤。然而，其杀菌效果并非普遍适用，它强烈依赖于等离子体的生成机制、操作参数以及所得等离子体的性质。因此，为了理解和优化其生物学效应，准确表征等离子体的性质至关重要。
使用改进的Boltzmann图方法估算电子温度
使用Andor OES系统与Michelle 5000光谱仪（分辨率为0.1 nm）获取OES光谱，覆盖200-1000 nm的宽波长范围。等离子体发射通过光纤（Andor-SR-OPT-8024）收集，并由CCD相机（ikon-M，1024 x 1024像素矩阵）检测，该相机位于光谱仪的出口处。在等离子体测量之前，使用汞-氩灯对OES系统进行波长校准，使用校准设备对强度响应进行校准。
结果与讨论
图2显示了所有四种等离子体源的Ar发射光谱。在本研究中，分析了大约696.5nm至912nm波长范围内的18条Ar发射线，因为这些线在我们的OES装置的光谱范围内能够被清晰地检测到。0.1 nm的光谱分辨率确保了强度测量的可靠性。还需要注意的是，本研究中构建的Boltzmann图覆盖了一个相对狭窄的上能级范围，即13.07Ev至13.33eV。对于每个跃迁，
结论
在这项工作中，我们提出了一种半经验方法，以提高基于Boltzmann图的冷常压Ar等离子体中电子温度诊断的可靠性。通过引入双重标准的选择方法，同时考虑了强度与爱因斯坦系数的偏差以及亚稳态过饱和的敏感性，系统地排除了受非平衡过程（如阶梯式激发和自吸收）影响的跃迁。将这种方法应用于各种
CRediT作者贡献声明
R.L. Bhardwaj：监督、资源管理、项目行政。Rajib Kar：撰写 – 审稿与编辑、可视化、监督、项目行政、正式分析、概念化。VISHAKHA BENDE：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、方法论、研究、正式分析、数据管理、概念化。PSNSR Srikar：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、方法论、研究、正式分析。Reetesh K. Gangwar：撰写 – 审稿与编辑，
数据和材料的可用性
本手稿中使用的所有数据均包含在手稿本身中。如有需要，可以提供更详细的数据。利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。致谢
作者衷心感谢Bhabha原子研究中心束流技术发展组的Martin Mascharenhas先生以及激光与等离子体技术部的J. Padma Nilaya博士提供的宝贵支持和鼓励。此外，作者还要感谢Bhabha原子研究中心激光与等离子体技术部的Vanita Sekar女士在OES实验中给予的帮助。
