针电极对板放电结构是一种经典的等离子体发生结构,因其放电产物丰富、能量利用率高、放电一致性强、易于阵列化等特点使得其吸引了众多学者。尤其是当水溶液充当地电极时产生的等离子体活化水具有优异的灭菌和水处理效用,因而被广泛应用于生物科学、医疗卫生和食品安全等多个领域。为了研究在不同激励电源、放电参数以及气流参数下的活化水产物特性和灭菌特性,本实验自主设计并搭建了一套多针对水等离子体放电装置。实验中分别使用高压直流电源、高压交流电源和高压脉冲电源驱动针水装置,在不同的放电参数下对等离子体活化水产物特性进行探究。实验中利用示波器、高压探头对放电电压电流波形进行监测、紫外可见分光光度计对活化水产物浓度进行检测,并使用显微镜对青霉菌孢子形态进行观察,以判断其生长状况。首先,在直流电源激励下,选择1kV作为电压步长,通过示波器上反映出的电流波形来控制放电模式的转化;通过质量流量计和洗气瓶对气流和洗气方式进行控制。实验研究了放电模式和气流条件对于活化水产物浓度和灭菌效率的影响,并通过分析活化水内部的反应方程对其机理进行探究。其次,在交流电源激励下对产物特性和灭菌机理进行了研究。实验中分别使用水溶液和PBS缓冲液作为工作液体,通过对比活化水和活化PBS中产物浓度与灭菌效率随时间的变化规律对灭菌机理进行分析研究。结果发现,活化水中H₂O₂可以和NO₂^-在酸性条件下生成ONOO^-,而以ONOO^-为核心形成的化学反应体系是活化水高效灭菌性的主要原因。最后,在脉冲电源激励下,研究了脉宽、频率以及电压等电源参数和气流参数对活化水的影响,结果表明,随着脉宽、频率和电压的升高,活化水灭菌能力均提高,且通过控制气流量的大小,可以人为的将放电产生的H₂O₂和NO₂^-分离开来,在放电腔体和洗气瓶中各自形成以H₂O₂和酸性物质为主体的活化水。实验发现,将两者混合得到的活化水具有更强的灭菌能力,且混合液中H₂O₂的比例越高,灭菌效果越好。当M_H2O2:M_NO2-为3:1时,活化水具有最高的灭菌效率,其对应的萌发抑制率为82.3%。为研究活化水灭菌的优异性,实验配置了与混合活化水浓度相同的HNO₃、HNO₂和H₂O₂的混合液,发现其灭菌效率低于活化水。