Summary
मास स्पेक्ट्रोमेट्री की सभी प्रजातियों के ऑनलाइन विश्लेषण के साथ प्रयोगशाला पैमाने पर आग की लपटों से गैस नमूना दहन प्रक्रिया के दौरान होने वाली रासायनिक यौगिकों के जटिल मिश्रण की जांच के लिए एक शक्तिशाली तरीका है. विकिरण जनित निर्वात पराबैंगनी विकिरण के माध्यम से tunable नरम आयनीकरण के साथ युग्मित, इस तकनीक isomer हल जानकारी और संभवतः टुकड़ा मुक्त जन स्पेक्ट्रा प्रदान करता है.
Abstract
निम्नलिखित प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल और साथ वीडियो लॉरेंस बर्कले राष्ट्रीय प्रयोगशाला 1-4 की उन्नत प्रकाश स्रोत के रासायनिक गतिशीलता Beamline (ए एल एस) पर प्रदर्शन कर रहे हैं कि लौ प्रयोगों के साथ संबंध रहे हैं. इस वीडियो प्रयोगशाला आधारित मॉडल लपटों के जटिल रासायनिक संरचना tunable विकिरण जनित निर्वात पराबैंगनी (VUV) विकिरण के साथ फ्लेम नमूना मास स्पेक्ट्रोमेट्री का उपयोग विश्लेषण कर रहे हैं दर्शाता है कि कैसे. इस प्रयोगात्मक दृष्टिकोण उच्च संवेदनशीलता और एक बड़ी गतिशील रेंज 5,6 साथ isomer-हल करने की क्षमताओं को जोड़ती है. वीडियो का पहला भाग बर्नर स्थिर, कम दबाव (20-80 एम्बार) लामिना premixed आग की लपटों से जुड़े प्रयोगों का वर्णन करता है. एक छोटा सा हाइड्रोकार्बन ईंधन सामान्य प्रयोगात्मक दृष्टिकोण प्रदर्शित करने के लिए चयनित लौ के लिए इस्तेमाल किया गया था. यह प्रजाति 'प्रोफाइल्स बर्नर सतह से दूरी के एक समारोह के रूप में प्राप्त कर लिया और कैसे VUV की tunability रहे हैं कि कैसे दिखाया गया हैफोटान ऊर्जा उनके आयनीकरण ऊर्जा पर आधारित कई दहन मध्यवर्ती की पहचान करने के लिए हितकर प्रयोग किया जाता है. उदाहरण के लिए, इस तकनीक कालिख गठन प्रक्रियाओं की गैस चरण पहलुओं का अध्ययन करने के लिए इस्तेमाल किया गया है, और वीडियो कैसे गूंज स्थिर सी 3 एच 3, 3 सी एच 5 के रूप में कण, और मैं सी 4 एच से पता चलता है 5, महत्वपूर्ण मध्यवर्ती 7 के रूप में पहचाने जाते हैं. काम कालिख गठन की प्रक्रिया पर ध्यान केंद्रित किया गया है, और कार्बन परमाणुओं के लाखों युक्त रासायनिक संरचना सिर्फ मिलीसेकेंड में केवल कुछ ही कार्बन परमाणुओं रखने वाले ईंधन अणु से इकट्ठा कर रहे हैं क्योंकि देखने के रासायनिक बात से, इस प्रक्रिया बहुत पेचीदा है. वीडियो का दूसरा भाग एक का विरोध प्रवाह प्रसार लौ और विकिरण आधारित एयरोसोल मास स्पेक्ट्रोमेट्री दहन उत्पन्न कालिख कणों 4 की रासायनिक संरचना का अध्ययन करने के लिए उपयोग किया जाता है, जिसमें एक नया प्रयोग है, पर प्रकाश डाला गया. प्रयोगात्मक परिणामों टी संकेत मिलता हैटोपी व्यापक रूप से स्वीकृत एच अमूर्त सी 2 एच 2-अलावा (HACA) तंत्र मनाया बड़ी polycyclic सुरभित हाइड्रोकार्बन (PAHS) के गठन के लिए जिम्मेदार एकमात्र आणविक विकास प्रक्रिया नहीं है.
Introduction
आणविक विकास और कालिख गठन की प्रक्रिया के लिए एक सुसंगत और भविष्य कहनेवाला तंत्र की स्थापना दहन रसायन विज्ञान अनुसंधान 8,9 में सबसे बड़ी चुनौतियों में से एक है. दहन प्रक्रिया (प्रधानमंत्री 2.5 - ≤ 2.5 माइक्रोन का एक aerodynamic व्यास द्वारा परिभाषित ठीक कणों) ठीक कण वायु प्रदूषण के आधे से अधिक के लिए खाते में इन अवांछित दहन byproducts के उत्सर्जन को कम करने के लिए, और, यह अपनी पहचान, सांद्रता जानना महत्वपूर्ण है , और गठन के 10 रास्ते. दहन byproducts की प्रकृति ईंधन और इसे जला दिया जाता है जिन स्थितियों से प्रभावित है. कई अध्ययनों से तीव्र पर्यावरण और स्वास्थ्य प्रभाव 11-13 दहन उत्सर्जन से जुड़ी है. उदाहरण के लिए, दहन उत्पन्न कणों हवा की गुणवत्ता, वायुमंडलीय दृश्यता, और पृथ्वी के वायुमंडल का विकरणशील संतुलन पर एक मजबूत प्रभाव है. यह माना जाता है कि हवाई कंघी की रासायनिक संरचनाअग्नि कर्म उत्पन्न कणों सामान्यतः polycyclic सुरभित हाइड्रोकार्बन (PAHS) के साथ जुड़ा हुआ है जो उनकी विषाक्तता, निर्धारित करता है. उत्तरार्द्ध प्रजातियों कालिख की आणविक व्यापारियों माना जाता है, और वे अधूरा दहन प्रक्रियाओं में बनते हैं. फिर, इन प्रक्रियाओं की पहचान करने के लिए अभी भी एक चुनौतीपूर्ण समस्या है.
सामान्यतया, इन उत्सर्जन के मूल में हैं जो दहन प्रतिक्रियाओं, कई अलग अलग प्रतिक्रियाशील प्रजातियों को शामिल जटिल ईंधन अपघटन और ऑक्सीकरण रास्ते का पालन करें. वे दरों जिसका तापमान और दबाव 14,15 पर निर्भर प्रतिक्रियाओं की भी सैकड़ों या हजारों के एक नेटवर्क के भीतर जुड़े हुए हैं.
लामिना, premixed, 20-80 एम्बार (15-60) Torr जितनी कम दबाव पर स्थापित किया जा सकता है जो बर्नर स्थिर फ्लैट आग,, आमतौर पर इस जटिल रासायनिक नेटवर्क को जानने के लिए और प्रदूषक जांच करने के लिए प्रयोग किया जाता मानक दहन वातावरण में से एक का प्रतिनिधित्व करते हैं एक की क्षमताY प्रोटोटाइप ईंधन 16 दिया. वे लौ सामने तक पहुँचने जब इस विन्यास में, ईंधन और आक्सीकारक पहले ही मिश्रित कर रहे हैं; इस प्रकार, दहन की दर रासायनिक प्रक्रियाओं द्वारा और नहीं मिश्रण का बोलबाला है. एक उप वायुमंडलीय दबाव में इन लपटों प्रचालन से प्रतिक्रिया क्षेत्र की शारीरिक मोटाई लेजर आधारित या जांच के नमूने तकनीक 1,17 साथ तापमान और एकाग्रता ढ़ाल के बेहतर स्थानिक संकल्प के लिए अनुमति देता है, वृद्धि हुई है.
ठीक ऐसी आग की रासायनिक संरचना का विश्लेषण करने के लिए, एक विश्लेषणात्मक उपकरण एक साथ सभी प्रजातियों के सार्वभौमिक पहचान, उच्च संवेदनशीलता और गतिशील रेंज, isomers के बीच अच्छा चयनात्मकता, और आणविक विखंडन का नियंत्रण प्रदान करता है कि आवश्यक है. दहन से रसायन विज्ञान अनुसंधान में एक सफलता ट्यून करने योग्य निर्वात पराबैंगनी (VUV) विकिरण के पास thre के लिए प्रयोग किया जाता है, जहां प्रकाश विकिरण स्रोतों पर फ्लेम नमूना मास स्पेक्ट्रोमेट्री के उपयोग से प्राप्त किया गया थाएकल फोटान आयनीकरण 5,6 shold. साथ वीडियो में दिखाया गया है जो लॉरेंस बर्कले राष्ट्रीय प्रयोगशाला, के उन्नत हल्के स्रोत (ए एल एस) में लौ प्रयोगों में, गैस के नमूने उच्च निर्वात में विस्तार, एक क्वार्ट्ज कोन द्वारा premixed आग की लपटों के भीतर से वापस ले रहे हैं, और VUV द्वारा आयनित 1,5 photons. प्रयोगात्मक सेट अप चित्रा 1 में रेखाचित्र के रूप में दिखाया गया है. इस प्रयोग की सफलता के लिए महत्वपूर्ण कम से कम या भी बचने photofragmentation और अनुमति देने के लिए एक उचित सीमा में धुन की क्षमता ionizing फोटॉनों की ऊर्जा की गई है isomer विशिष्टता 1,3 , 5,18. वीडियो में दिखाया गया है, photoionization दक्षता (पाई) घटता हमें जटिल लौ मिश्रण में विशिष्ट समाजिक प्रजातियों की पहचान करने की अनुमति फोटान ऊर्जा 19, ट्यूनिंग द्वारा दर्ज किया जा सकता है. व्यक्तिगत प्रजातियों के लिए पाई घटता आम तौर पर अलग विशेषताएं हैं, यानी, आयनीकरण थ्रेसहोल्ड, आकार, और तीव्रता. वीडियो एकlso बर्नर सतह के लिए दूरी के एक समारोह के रूप में व्यक्तिगत घटकों के तिल अंश प्रोफाइल को निर्धारित करने के लिए इस्तेमाल किया प्रयोगात्मक दृष्टिकोण को दर्शाता है.
इन ए एल एस आधारित दहन प्रयोगों हाइड्रोकार्बन आग की लपटों में कालिख गठन की प्रक्रिया पर और ऑक्सीजन, अगली पीढ़ी के जैव ईंधन प्राप्त 1,20 के ऑक्सीकरण पर ध्यान केंद्रित किया गया है. कालिख गठन समस्या का संबंध है, प्रयोगों कई नए अंतर्दृष्टि का पता चला. संक्षेप में, यह अब ईंधन की रासायनिक संरचना पहचान (और मात्रा) अग्रदूत अणुओं की और फलस्वरूप कई अलग अलग रास्ते समग्र कालिख गठन प्रक्रिया 7,21 के पहले चरण के लिए योगदान कर सकते हैं कि प्रभावित करती है कि समझा जाता है.
एक ए एल एस आधारित एयरोसोल मास स्पेक्ट्रोमीटर के साथ लौ उत्पन्न कालिख नैनोकणों के रासायनिक घटकों की पहचान जब कालिख गठन रसायन शास्त्र में भी गहरी अंतर्दृष्टि प्राप्त कर रहे थे. इस नए प्रयोग में, जो विस्तार हैवीडियो की दूसरी छमाही में lained, गैर premixed (प्रसार) लपटों उपयोग किया जाता है. प्रयोगात्मक सेटअप भी चित्र 1 में दिखाया गया है. इस विन्यास में, एक लौ ईंधन और आक्सीकारक के दो विरोध लामिना विमानों के बीच लगभग वायुमंडलीय दबाव [933 एम्बार (700) Torr] में स्थापित है. ईंधन और आक्सीकारक धाराओं प्रतिक्रिया क्षेत्र के बाहर अलग रहना, क्योंकि यह विन्यास आणविक विकास की प्रक्रिया की जांच के लिए एक अच्छा अवसर प्रदान करता है. ज्वाला उत्पन्न कणों एक क्वार्ट्ज Microprobe का उपयोग लौ से वापस ले लिया और बाद में कणों भाप बनकर और उनके व्यक्तिगत घटकों में अलग तोड़ने फ्लैश जहां एक गर्म तांबा लक्ष्य, पर एक aerodynamic लेंस प्रणाली के साथ ध्यान केंद्रित कर रहे हैं. इन आणविक इमारत ब्लॉकों तो ए एल एस से VUV फोटॉनों द्वारा आयनित कर रहे हैं, और इसी आयनों जन 4 चयनित हैं. नहीं सभी आवश्यक काम वीडियो में दिखाया जा सकता है, लेकिन एयरोसोल डेटा कालिख गठन तंत्र kineticall हो सकता है का सुझाव Y और thermodynamically नियंत्रित नहीं. इसके अलावा, डेटा भी संकेत मिलता है कि एच अमूर्त और सी 2 के एक दोहराव अनुक्रम द्वारा व्यापक रूप से स्वीकृत एच अमूर्त सी 2 एच 2-अलावा छोटे सुगंधित प्रजातियों बड़ा polycyclic सुरभित हाइड्रोकार्बन (PAHS) विकसित करने के लिए जो में (HACA) तंत्र, एच 2-अलावा प्रतिक्रियाओं, सभी मनाया कण घटकों की व्याख्या नहीं कर सकते हैं.
वीडियो के साथ संयुक्त, निम्नलिखित प्रोटोकॉल डाटा अधिग्रहण प्रक्रियाओं का विवरण.
चित्रा 1. Refs से अनुमति के साथ लॉरेंस बर्कले राष्ट्रीय प्रयोगशाला के उन्नत हल्के स्रोत पर फ्लेम नमूना आणविक बीम और एयरोसोल मास स्पेक्ट्रोमेट्री प्रयोगों के योजनाबद्ध आरेख.. 2 और 4.9fig1highres.jpg "लक्ष्य =" _blank "> यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें.
Protocol
1. गैस चरण प्रयोगों
- कम दबाव Premixed लौ igniting
- ठंडा पानी बर्नर और लौ कक्ष की दीवार के माध्यम से और लौ कक्ष ~ 0.1 एम्बार करने के लिए नीचे पंप है कि बह रहा है कि सुनिश्चित करें.
- बर्नर सतह के माध्यम से आर्गन के एक 1 एल / मिनट प्रवाह और ऑक्सीजन का एक 1.5 एल / मिनट के प्रवाह की स्थापना और ज्योति कक्ष में 80 एम्बार (60) Torr का दबाव बनाए.
- बर्नर सतह पर गर्म तार लगनेवाला स्थिति; 0.4 एल / मिनट के लिए हाइड्रोजन प्रवाह सेट, और जल्दी से आग लगनेवाला सक्रिय करें.
- प्रज्वलन के बाद, गर्म तार लगनेवाला बंद कर देते हैं, और बर्नर से दूर रखते हैं.
- आर्गन, ऑक्सीजन, हाइड्रोजन और ईंधन के वांछित प्रवाह स्थापित करना. लक्ष्य लौ [आम तौर पर 20-40 एम्बार (15-30) Torr] की शर्तों से मेल खाने के लिए दबाव को समायोजित करें. नोट: व्यक्ति आग की लपटों के लिए ज्वाला स्थितियां मूल साहित्य में प्रदान की जाती हैं. उदाहरण के लिए, stoichiometric allene के लिए बहती है और propyne लपटों हैंहैनसेन एट अल 22 में सूचीबद्ध.
- ऊर्जा स्कैन - photoionization क्षमता (पाई) घटता का अधिग्रहण
- आयनीकरण कक्ष में दबाव 10 -6 एम्बार ≤ है, जब समय की उड़ान मास स्पेक्ट्रोमीटर और microchannel प्लेट डिटेक्टर के आयन प्रकाशिकी के लिए voltages लागू करते हैं और beamline वाल्व खुला. नोट: (वीडियो में दिखाया गया है) इससे पहले अंशांकन प्रयोगों मास स्पेक्ट्रोमीटर के इष्टतम प्रदर्शन के लिए वोल्टेज सेटिंग्स को खोजने के लिए इस्तेमाल किया गया.
- Labview डाटा अधिग्रहण कार्यक्रम 'जनरल Interface.vi "(चित्रा 2) के प्रारंभ और सॉफ्टवेयर में" मोटर "टैब का उपयोग करके इच्छित स्थान पर बर्नर चाल है. नोट: इस LabVIEW कोड beamline में विकसित की है और अनुरोध पर उपलब्ध हो गया है.
- स्कैन मानकों को परिभाषित करने के लिए "सामान्य" टैब का उपयोग करें, यानी, फोटान ऊर्जा की EV प्रति कदम की संख्या. आमतौर पर, 0.05 eV की एक कदम आकार हैइस्तेमाल किया.
- वांछित आरंभ मूल्य को फोटान ऊर्जा स्थापित करने के लिए "ए एल एस" टैब का उपयोग करें, और "सक्रिय" हो "ए एल एस ऊर्जा 'को परिभाषित.
- "नियंत्रण" पैनल पर, photodiode द्वारा मापा photocurrent बाहर पढ़ने के लिए "K6485" को सक्रिय करें.
- "P7886" टैब पर, sweeps की संख्या निर्धारित करने के लिए "निर्धारित मापदंडों" बटन का उपयोग (सामान्य के बीच 2 19 और 2 21), डिब्बे (सामान्य 48k) की संख्या, और बिन चौड़ाई (500 psec).
- एक मान्य फ़ाइल पथ और नाम दर्ज करें, और कंप्यूटर नियंत्रित डेटा अधिग्रहण की प्रक्रिया शुरू करने के लिए "शुरू" पर क्लिक करें.
- जन स्पेक्ट्रा का अधिग्रहण - बर्नर स्कैन
- समय की उड़ान मास स्पेक्ट्रोमीटर और microchannel प्लेट डिटेक्टर के आयन प्रकाशिकी के लिए ऊर्जा स्कैन के लिए के रूप में voltages लागू करें.
- चैम्बर में फोटॉन किरण अनुमति देने के लिए beamline वाल्व खुला.
- Labview डेटा acq खोलेंuisition कार्यक्रम 'जनरल Interface.vi ".
- सॉफ्टवेयर में "मोटर" टैब का उपयोग करना, नमूना शंकु के लिए संभव के रूप में बंद बर्नर सतह स्थानांतरित करने के लिए "घुड़दौड़ का उपयोग करें", और "मूल" के रूप में उस स्थिति को परिभाषित. "सक्रिय" होने की मोटर को परिभाषित करें.
- स्कैन मानकों को परिभाषित करने के लिए "सामान्य" टैब का उपयोग करें, यानी, बर्नर आंदोलन की मिमी प्रति कदम की संख्या. विशिष्ट मूल्यों में 20 चरणों में 0-5 मिमी, 15 चरणों में 5-20 मिमी, और 5 चरणों में 20-30 मिमी हैं.
- वांछित मूल्य को फोटान ऊर्जा स्थापित करने के लिए "ए एल एस" टैब का उपयोग करें. विशिष्ट मूल्यों 8-16.65 eV हैं.
- "नियंत्रण" पैनल पर, photodiode द्वारा मापा photocurrent बाहर पढ़ने के लिए "K6485" को सक्रिय करें.
- "P7886" टैब पर, sweeps की संख्या निर्धारित करने के लिए एक उप छठी (चित्रा 3) शुरू करने के लिए "निर्धारित मापदंडों" बटन का उपयोग, यानी, जन स्पेक्ट्रा मिलाइए की संख्याहर बर्नर स्थिति में एक दूसरे के ऊपर पर डी (सामान्य रूप से 2 के बीच 19 और 2 21), डिब्बे (सामान्य 48k) की संख्या, और बिन चौड़ाई (500 psec).
- एक मान्य फ़ाइल पथ और नाम प्रदान करें, और स्वचालित डेटा अधिग्रहण की प्रक्रिया शुरू करने के लिए "शुरू" पर क्लिक करें.
चित्रा 2. डाटा अधिग्रहण कार्यक्रम के ग्राफिकल यूजर इंटरफेस. इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें.
चित्रा 3. ग्राफिकल यूजर interfacइनपुट मल्टीचैनल scaler मापदंडों को ई. इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें.
2. एयरोसोल प्रयोगों
- लगभग वायुमंडलीय दबाव विरोध प्रवाह लौ igniting
- अभिकारक दुकानों लगभग रहे हैं कि, ठंडा पानी बर्नर के माध्यम से बह रहा है कि सुनिश्चित करें. लौ कक्ष न्यूनतम प्राप्त दबाव (~ 2 एम्बार) के लिए नीचे पंप है 10 मिमी के अलावा, और कि.
- आर्गन साथ लौ चैम्बर भरें और ~ 860 एम्बार (650) Torr अप करने के लिए दबाव लाने के लिए.
- लगभग लगनेवाला कुंडल रखें. दो बर्नर दुकानों के केंद्र में.
- ऑक्सिडाइज़र धारा: (यह चैम्बर को भरने के लिए इस्तेमाल किया गया था क्योंकि एर पहले से ही बह जाना चाहिए) के रूप में गैस प्रवाह सेट ओ 2 0.3 एल / मिनट और एर 1.6 एल / मिनट; आक्सीकारक धारा coflow: 2.5 एल / मिनट एर; ईंधन धारा: 2 एच 0.3 एल / मिनट, एर 2.5 एल / मिनट; ईंधन धारा coflow: अर2.5 एल / मिनट.
- हाइड्रोजन और ऑक्सीजन वाल्व खुला, और तुरंत आग लगनेवाला तार पर स्विच.
- लौ प्रज्वलित हो जाने के बाद, लगनेवाला कुंडल बंद कर देते हैं, और इसे वापस लेना.
- ऑक्सीजन, आर्गन, और ईंधन के वांछित प्रवाह स्थापित करना. हाइड्रोजन का प्रवाह, और सेट दबाव और लक्ष्य लौ के लिए वांछित मूल्यों को अभिकारक आउटलेट जुदाई बंद करें. नोट: इस वीडियो में दिखाया गया है जो प्रोपेन लौ,, के लिए प्रवाह दर skeen एट अल 4 में प्रदान की जाती हैं.
- एक एयरोसोल जन स्पेक्ट्रम का अधिग्रहण
- आयन प्रकाशिकी और एम्स के डिटेक्टर के लिए उपयुक्त voltages लागू करें. नोट: एक इष्टतम प्रदर्शन के लिए वोल्टेज सेटिंग्स वीडियो में दिखाया नहीं कर रहे हैं, जो पहले अंशांकन प्रयोगों में पाया गया.
- Labview डाटा अधिग्रहण कार्यक्रम "सामान्य इंटरफ़ेस-विरोध-Flow.vi" खोलें. नोट: यह छठी मोटर नियंत्रण करने के लिए अद्यतन किया गया है, जिसमें "जनरल Interface.vi", के एक संशोधन हैनए मैच की जरूरत है.
- क्वार्ट्ज Microprobe ईंधन धारा आउटलेट (चित्रा 4) के सबसे नजदीक स्थिति में है कि इतने विरोध के प्रवाह बर्नर अनुवाद करने के लिए "मोटर" टैब पर "घुड़दौड़" अनुप्रयोग का उपयोग करें. इस स्थिति में हालांकि, शून्य करने के लिए मोटर कदम स्थिति रीसेट. यह प्रक्रिया "मूल" स्थिति को परिभाषित करता है.
- धीरे धीरे वायुगतिकीय लेंस (ADL) प्रणाली में लौ नमूने लाइन से प्रवाह की अनुमति तिमाही बारी गेंद वाल्व खुला. ADL की दुकान पर दबाव 1 एक्स 10 2 एम्बार निकट है की पुष्टि.
- स्कैन मानकों को परिभाषित करने के लिए "सामान्य" टैब का उपयोग करें, यानी, बर्नर आंदोलन (बर्नर स्कैन) या फोटॉन ऊर्जा (ऊर्जा स्कैन) का मिमी प्रति कदम की संख्या.
- वांछित फोटान ऊर्जा सेट, और वांछित बर्नर स्थिति के लिए बर्नर स्थानांतरित करने के लिए "मोटर" टैब का उपयोग करने के लिए "ए एल एस" टैब का उपयोग करें.
- "P7886" टैब और "सेट पी का प्रयोग करेंarameters "बटन उसमें अधिग्रहण पैरामीटर सेट करने के लिए.
- "सक्रिय" होने की "मोटर" (बर्नर स्कैन) या "ए एल एस ऊर्जा" (ऊर्जा स्कैन) को परिभाषित करें.
- उपयुक्त क्षेत्र में एक मान्य फ़ाइल पथ और नाम डालें, और "प्रारंभ" पर क्लिक करें. एयरोसोल जन स्पेक्ट्रा अब स्वचालित रूप से लिया जाता है.
चित्रा 4. विरोध प्रवाह लौ विधानसभा के लिए बर्नर आंदोलन के लिए ग्राफिकल यूजर इंटरफेस. इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें.
Representative Results
कम दबाव premixed बर्नर से लौ नमूना गैसों का एक विशिष्ट जन स्पेक्ट्रम चित्रा 5 में दिखाया गया है. संकेत के लिए योगदान प्रजातियों की पहचान प्रत्येक जन को लिए लौ नमूना photoionization दक्षता (पाई) घटता द्वारा पता चला रहे हैं प्रभारी (मी / z) अनुपात और ज्ञात isomer विशिष्ट आयनीकरण ऊर्जा और पाई घटता उनकी तुलना. लौ नमूना पाई घटता का विशिष्ट उदाहरण मी / z के लिए 6 चित्र में दिखाया गया है = 39 (सी 3 एच 3) और 41 (सी 3 एच 5). डेटा एक stoichiometric propyne लौ 22 से ले रहे हैं. संकेत स्पष्ट रूप resonantly स्थिर propargyl और एलिल कण से ही शुरू करने के लिए उनकी विशेषता आयनीकरण थ्रेसहोल्ड द्वारा की पहचान की है. कई मी / z मानों के लिए, कई isomers नियमित एकाधिक थ्रेसहोल्ड को देख कर पहचान कर रहे हैं. कई उदाहरण साहित्य में बड़े पैमाने पर चर्चा की गई है, उदाहरण के लिए, एम / Z= 40 (allene और propyne), 44 (ethenol और एसीटैल्डिहाइड), 54 (1,3 butadiene, 1-butyne, और 2 butyne), या 78 (fulvene और बेंजीन) 23-27.
चित्रा 5. समय की उड़ान जन स्पेक्ट्रम. एक stoichiometric propyne हे 2 लौ में कम दबाव premixed बर्नर से 1.25 मिमी दूरी पर 9.9 eV की फोटॉनों के साथ दर्ज की गई. अगले चरण में दिये गए सभी चोटियों को आसानी से विभिन्न दहन मध्यवर्ती को सौंपा जा सकता है.
चित्रा 6. मी / z = 39 और 41. Resonantly स्थिर कण propargyl के लिए photoionization दक्षता घटता लौ नमूना और एकllyl असंदिग्ध रूप से मनाया आयनीकरण थ्रेसहोल्ड के आधार पर पहचाना जा सकता है.
समाजिक संरचना में जाना जाता है एक बार नयाचार अनुभाग में ऊपर वर्णित है, जन स्पेक्ट्रा एक व्यक्ति के रूप में प्रजातियों की isomer विशेष तिल अंश प्रोफाइल के निर्धारण के लिए अनुमति देने के लिए, लौ में विभिन्न पदों के भीतर विभिन्न फोटान ऊर्जा में और से ले रहे हैं बर्नर सतह से दूरी का कार्य करते हैं. कम दबाव premixed बर्नर से एक stoichiometric propyne लौ में fulvene और बेंजीन के प्रतिनिधि तिल अंश प्रोफाइल के 7 चित्र 22 में दिखाया गया है. प्रत्येक लौ के लिए, आम तौर पर 40 से 50 व्यक्ति तिल अंश प्रोफाइल के कुल से लेकर प्रजातियों के लिए निर्धारित कर रहे हैं वैज्ञानिक लक्ष्यों के आधार पर एम / जेड = 1 मी / z = 78 (बेंजीन और / या fulvene) से (एच परमाणु) या यहां तक कि उच्च,. ये तिल अंश प्रोफाइल तो दहन, रसायन शास्त्र मॉडल का भविष्य कहनेवाला क्षमताओं का आकलन और वी करने के लिए उपयोग किया जाता हैउन्हें alidate.
चित्रा 7. प्रायोगिक तिल अंश प्रोफाइल. कम दबाव premixed बर्नर से एक stoichiometric propyne लौ में fulvene और बेंजीन की प्रोफाइल.
एक ठेठ एयरोसोल जन स्पेक्ट्रम 8 चित्र में दिखाया गया है. यह एक प्रोपेन का विरोध प्रवाह प्रसार लौ भीतर से लिया गया था. आयन संकेत मी / z = 226 के चारों ओर एक चोटी के साथ 150-600 लेकर मी / z अनुपात, साथ प्रजातियों के लिए मनाया गया. यह जन स्पेक्ट्रम में या उनके संभावित गठन के रास्ते को जानने के लिए मनाया प्रजातियों की पहचान के सभी वर्तमान प्रयोगात्मक बूते के बाहर है. ऊपर वर्णित (और वीडियो में दिखाया गया है) के रूप में ईंधन आउटलेट से दूरी के एक समारोह के रूप में इस तरह के जन स्पेक्ट्रा लेते हुए स्थानिक संकल्प लिया प्रोफाइल प्रदान करता है. एक प्रतिनिधिसरीखे उदाहरण मी / z = 256 (सी 20 घंटे 16) प्रजाति के लिए 8 चित्रा के इनलेट में दिखाया गया है. इसी तरह की प्रोफाइल फलस्वरूप किसी भी दहन, रसायन शास्त्र मॉडल के लिए मान्यता लक्ष्य के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है, जो के रूप में अच्छी तरह से अन्य प्रजातियों में से किसी के लिए प्राप्त किया जा सकता है.
एक प्रोपेन ओ 2 का विरोध प्रवाह प्रसार लौ से 8 चित्रा. लौ नमूना एयरोसोल जन स्पेक्ट्रम. इनलेट मी / z = 256 पर सी 20 घंटे 16 प्रजातियों के लिए स्थानिक संकल्प लिया प्रोफ़ाइल एक प्रतिनिधि से पता चलता है.
Discussion
मास स्पेक्ट्रोमेट्री के साथ फ्लेम नमूना और विकिरण आधारित VUV एकल फोटान आयनीकरण की वर्णित संयोजन फिलहाल संभव प्रयोगशाला आधारित मॉडल लपटों की रासायनिक संरचना में सबसे विस्तृत रूप देता है. मास स्पेक्ट्रोमीटर एक व्यापक गतिशील रेंज पर उच्च संवेदनशीलता (पीपीएम रेंज) के साथ एक साथ सभी नमूना लौ प्रजातियों की यूनिवर्सल जांच प्रदान करता है. इस तकनीक की सफलता के लिए महत्वपूर्ण भूमिका निभाई है जिसका ऊर्जा आसानी से isomers और विखंडन के नियंत्रण के बीच अच्छा चयनात्मकता प्रदान करने के लिए, देखते जा सकता है विकिरण जनित VUV फोटॉनों का इस्तेमाल होता है. जटिल मिश्रण का विश्लेषण करते समय उत्तरार्द्ध कारक महत्वपूर्ण है. वर्णित प्रयोग की क्षमताओं सामान्यतः isomer जुदाई के लिए प्रयोग किया जाता है जो गैस क्रोमैटोग्राफी, द्वारा और ऊर्जावान इलेक्ट्रॉनों का उपयोग पारंपरिक आयनीकरण तकनीक से बेजोड़ हैं. विकिरण आधारित तकनीक की सीमाएं, कि विशेष रूप से बड़े बड़े पैमाने पर करने के लिए प्रभारी अनुपात के लिए, एमए तथ्य से उठताNY अलग isomers तो विशिष्ट पहचान नहीं की जा सकती है, जो बोधगम्य हैं, और उनके योगदान को मज़बूती से 1 अलग नहीं किया जा सकता है. प्रयोगात्मक परिणाम, isomer हल लौ रचनाओं के रूप में, एक असाधारण विस्तृत आणविक स्तर पर दहन रसायन शास्त्र के बेहतर गतिज मॉडल उपज हो सकती है.
वर्णित प्रयोगों बहुत जटिल हैं और समस्या निवारण प्रक्रियाओं का एक विवरण वीडियो और / या इस पांडुलिपि के प्रोटोकॉल अनुभाग में दर्ज़ किया जा सकता है की परे है. इस तथ्य को भी डेटा विश्लेषण प्रक्रियाओं के लिए सच है. प्रयोगात्मक सेट अप करने के लिए संशोधन सामान्य रूप से आवंटित "beamtime" के बीच में बंद लाइन कर रहे हैं. इन प्रयोगों का जोर दहन मध्यवर्ती की मात्रात्मक निर्धारण पर है, क्योंकि यह स्थिर और प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य लपटें पास करने के लिए बहुत महत्वपूर्ण है. इसके अलावा, यह बुद्धिमानी से प्राप्त करने के लिए फोटान ऊर्जा और अन्य स्कैन मापदंडों का चयन करने के लिए आवश्यक है एकलौ संरचना का एक विश्वसनीय निर्धारण के लिए पर्याप्त है कि प्रयोगात्मक डेटा के एन पर्याप्त सेट.
उन्नत प्रकाश स्रोत पर प्रदर्शन लौ प्रयोगों सफलतापूर्वक हाइड्रोकार्बन लपटों 7 में बेंजीन गठन के रसायन शास्त्र जानने के लिए योगदान दिया. व्यापारियों के रूप में गूंज स्थिर कण का एक प्रमुख भूमिका propargyl, एलिल की पहचान के साथ, उदाहरण के लिए, की स्थापना की है, और मैं सी 4 एच 5 कण कर दिया गया है.
बेंजीन गठन समग्र कालिख गठन प्रक्रिया में केवल पहला कदम माना जाता है, क्योंकि अतिरिक्त प्रयासों लौ नमूना कालिख कणों की रासायनिक संरचना की पहचान के लिए उन्नत हल्के स्रोत पर चल रहे हैं. इसी तरह पिछले कालिख नमूने प्रयोगों 28 की तुलना में, इस नव स्थापित एयरोसोल नमूने प्रयोग फोटान ऊर्जा टी ठीक tuned किया जा सकता है, जिसका अर्थ है निकट दहलीज जन स्पेक्ट्रा रिकॉर्डिंग के लिए अनुमति देता हैओ इस प्रकार विखंडन से बचने, केवल थोड़ा घटकों 'आयनीकरण ऊर्जा से ऊपर हो. इसके अलावा, fragmentations भी काफी हद तक नियंत्रित तापमान तांबा ब्लॉक पर फ्लैश वाष्पीकरण की प्रक्रिया को रोजगार से परहेज कर रहे हैं. हालांकि, प्रयोग वर्तमान में मात्रात्मक डेटा प्रदान करने में सक्षम नहीं किया जा रहा द्वारा सीमित है. इसके अलावा, दर्ज की गई जन स्पेक्ट्रा कण विशिष्ट नहीं कर रहे हैं, लेकिन शायद संरचना और आकार में अलग कई कणों से अधिक औसत. इसके अलावा, संक्षेपण और लौ में कणों के साथ जुड़े प्रजातियों की पहचान उलझी, नमूना जांच में होती है सकते हैं. इसके अलावा, पता चला प्रजातियों शून्य के नीचे तांबे ब्लॉक (300-400 डिग्री सेल्सियस) के तापमान में वाष्पीकृत होने के लिए पर्याप्त अस्थिर होना चाहिए. वहाँ के लिए विरोध के रूप में फिर भी, जल्दी गुणात्मक डेटा कालिख अग्रदूत प्रजातियों की रचनाओं ईंधन की रासायनिक संरचना और उस कालिख अग्रदूत गठन तंत्र पर निर्भर कर रहे हैं पता चलता है कि kinetically संचालित कर रहे हैंmodynamically. एयरोसोल मास स्पेक्ट्रोमेट्री प्रयासों प्रारंभिक दौर में वर्तमान में कर रहे हैं, और प्राप्त की अंतर्दृष्टि अब तक अधिक अनुसंधान के अवसरों की पहचान.
कालिख गठन की प्रक्रिया पर भविष्य के काम पहले खुशबूदार अंगूठी परे रसायन विज्ञान पर ध्यान केंद्रित करने की संभावना है, यानी, indene, नेफ़थलीन, एंथ्रासीन, आदि, और उनके isomers का गठन. अंतिम लक्ष्य कण स्थापना के रसायन शास्त्र (और भौतिकी) को समझने के लिए, और पूरे कालिख गठन प्रक्रिया (ईंधन ऑक्सीकरण से कण जमावट के लिए) का वर्णन कर सकते हैं कि एक भविष्य कहनेवाला मॉडल विकसित करना है.
Disclosures
लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ भी नहीं है.
Acknowledgments
Sandia अनुबंध डे-AC04-94-AL85000 तहत राष्ट्रीय परमाणु सुरक्षा प्रशासन के लिए Sandia निगम, एक लॉकहीड मार्टिन कंपनी द्वारा संचालित एक बहु कार्यक्रम प्रयोगशाला है. काम भी एक अन्वेषक छोटे समूह अनुसंधान परियोजना प्रो Violi की (अनुदान सं डे SC0002619) (मिशिगन, एन आर्बर विश्वविद्यालय) के तहत अमेरिकी ऊर्जा विभाग, ऊर्जा विज्ञान मूल के कार्यालय द्वारा समर्थित किया गया. कोरियाई वोन ऊर्जा विभाग, विज्ञान के कार्यालय, ऊर्जा अनुबंध सं डे-AC02-05CH11231 अमेरिका विभाग के तहत जल्दी कैरियर रिसर्च प्रोग्राम द्वारा समर्थित है. उन्नत प्रकाश स्रोत अनुबंध सं डे-AC02-05CH11231 के तहत अमेरिका के ऊर्जा विभाग के निदेशक, विज्ञान, मूल ऊर्जा विज्ञान के कार्यालय के कार्यालय द्वारा समर्थित है. KKH अनुबंध को 1363/18-3 तहत DFG द्वारा इस शोध का हिस्सा के सतत समर्थन मानता है.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Flame-sampling mass spectrometer | custom-built | ||
| Aerosol mass spectrometer | custom-built |
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