تجارب اللهب في مصدر الضوء المتقدم: رؤى جديدة في عمليات تشكيل السخام

الهدف العام من هذا الإجراء هو تحليل التركيب الكيميائي للهب الهيدروكربوني على نطاق المختبر ، لتطوير فهم مفصل لمثل هذا التكوين في بيئات الاحتراق. يتم تحقيق ذلك عن طريق إنشاء ألسنة اللهب المستقرة مسبقا على الموقد تحت ضغط منخفض يبلغ حوالي 20 إلى 80 ملليبار. تتمثل الخطوة الثانية في سحب الغازات من هذه اللهب ثم تحديد الهوية الكيميائية للأنواع التي تم أخذ عينات منها باستخدام مطياف كتلة الرحلة المصمم خصيصا مع تأين ضوئي بالأشعة فوق البنفسجية الفراغية.

بعد ذلك ، يتم تحديد تركيز هذه الأنواع كدالة للمسافة من الموقد. الخطوة الأخيرة هي استخدام نهج مماثل لدراسة التركيب الكيميائي للاحتراق المتولد ، مثل الجسيمات ، وهي نتائج عمليات تكوين طور الغاز. في النهاية ، قياس الطيف الكتلي لأخذ عينات اللهب مع الأشعة فوق البنفسجية الفراغية.

يستخدم التأين الضوئي لإظهار أن جذور استقرار الرنين هي مواد وسيطة مهمة ، وأن آلية واحدة بسيطة لا يمكنها تفسير جميع مكونات السخام المرصودة. في حين أن هذه الطريقة يمكن أن توفر نظرة ثاقبة لعمليات الاحتراق ، إلا أنه يمكن استخدامها أيضا لدراسة كيمياء الغلاف الجوي والديناميكيات الجزيئية والحركية من بين أشياء أخرى. أولا ، قم بإنشاء تدفق لتر واحد في الدقيقة من Argonne وتدفق 1.5 لتر في الدقيقة للأكسجين عبر سطح الموقد ، والحفاظ على ضغط 80 مللي بار في غرفة اللهب.

ضع جهاز إشعال السلك الساخن على سطح الموقد. ثم اضبط تدفق الهيدروجين على 0.4 لتر في الدقيقة وقم بتنشيط جهاز الإشعال بسرعة بعد الاشتعال. قم بإيقاف تشغيل جهاز إشعال الأسلاك الساخنة وإعادة وضعه بعيدا عن الموقد.

بعد ذلك ، حدد التدفقات المرغوبة لأكسجين الأرجون والهيدروجين والوقود. اضبط الضغط ليتناسب مع ظروف اللهب المستهدف ، والذي يتراوح عادة بين 20 و 40 مللي بار عندما يكون الضغط في غرفة التأين أقل من أو يساوي 10 أس سالب ستة ملليبار. قم بتطبيق الفولتية على البصريات الأيونية لوقت مطياف كتلة الطيران وكاشف لوحة القنوات الدقيقة ، وافتح صمامات خط الحزم.

ابدأ تشغيل المختبر عرض برنامج الحصول على البيانات الواجهة العامة VI وحرك الموقد إلى الموضع المطلوب باستخدام علامة تبويب المحرك في البرنامج. بعد ذلك ، استخدم علامة التبويب العامة لتحديد معلمات المسح أو عدد الخطوات لكل إلكترون فولت من طاقة الفوتون. بعد ذلك ، استخدم علامة التبويب A LS لضبط طاقة الفوتون على قيمة البداية المطلوبة وتحديد طاقة LS لتكون نشطة في علامة التبويب P 78 86.

استخدم زر تعيين المعلمات لتعيين عدد عمليات المسح وعدد الصناديق وعرض الحالة. ثم أدخل مسار ملف واسم صالح وانقر فوق ابدأ لبدء عملية الحصول على بيانات التحكم في الكمبيوتر. للحصول على عمليات مسح الموقد ، قم بتطبيق الفولتية كما هو الحال بالنسبة لعمليات مسح الطاقة على البصريات الأيونية في وقت مطياف كتلة الطيران وكاشف لوحة القنوات الدقيقة.

افتح صمامات خط الشعاع للسماح لشعاع الفوتون في الغرفة. بعد فتح الواجهة العامة لبرنامج الحصول على بيانات LabVIEW vi ، استخدم الركض الموجود أسفل علامة تبويب المحرك لتحريك سطح الموقد في أقرب وقت ممكن من مخروط أخذ العينات وتحديد هذا الموضع على أنه الأصل. ثم حدد المحرك ليكون نشطا.

استخدم علامة التبويب عام لتحديد معلمات الفحص أو عدد الخطوات لكل ملليمتر من حركة الموقد. بعد ذلك ، استخدم علامة التبويب LS لضبط طاقة الفوتون على القيمة المطلوبة ، والتي تتراوح عادة بين ثمانية و 16.65 مسامير إلكترونية في علامة التبويب P 78 86. استخدم زر تعيين المعلمات لبدء أداة افتراضية فرعية لتعيين عدد عمليات المسح أو عدد الأطياف الكتلية المضافة فوق بعضها البعض في كل موضع موقد وعدد الصناديق وعرض الصندوق.

بعد ذلك, قم بتوفير مسار ملف صالح واسم وانقر فوق ابدأ لبدء عملية الحصول على البيانات الآلية, يتم استخدام RAAs لتجربة الهباء الجوي المخالف لهب التدفق. للبدء ، املأ غرفة اللهب بالأرجون وارفع الضغط إلى حوالي 860 ملليبار. قم بتشغيل ملف الإشعال تقريبا في وسط منفذي الموقد.

اضبط تيار المؤكسد على 0.3 لتر في الدقيقة للأكسجين و 1.6 لتر في الدقيقة للأرجون وتدفق تيار المؤكسد إلى 2.5 لتر في الدقيقة للأرجون. ثم اضبط تيار الوقود على 0.3 لتر في الدقيقة للهيدروجين و 2.5 لتر في الدقيقة للأرجون وتدفق تيار الوقود المشترك على 2.5 لتر في الدقيقة. بالنسبة للأرجون ، افتح صمامات الهيدروجين والأكسجين وقم بتشغيل ملف الإشعال على الفور.

بمجرد إشعال اللهب ، قم بإيقاف تشغيل ملف الإشعال وسحبه. في هذه المرحلة ، حدد التدفقات المرغوبة للأكسجين والأرجون والوقود. قم بإيقاف تشغيل تدفق الهيدروجين واضبط الضغط وفصل مخرج المادة المتفاعلة على القيم المطلوبة.

للهب المستهدف. قم بتطبيق الفولتية المناسبة على البصريات الأيونية وكاشف مطياف كتلة الهباء الجوي. ثم افتح المختبر عرض برنامج الحصول على البيانات الواجهة العامة المخالف للتدفق السادس.

استخدم تطبيق الركض في علامة تبويب المحرك لترجمة موقد التدفق المعاكس بحيث يكون ميكروب الكوارتز في الموضع الأقرب إلى مخرج تيار الوقود. أثناء التواجد في هذا الموضع ، أعد ضبط موضع خطوة المحرك إلى الصفر. بعد هذا.

افتح الصمام الكروي ربع الدوران ببطء مما يسمح بالتدفق من خط أخذ العينات باللهب إلى العدسة الديناميكية الهوائية أو نظام DL. تأكد من أن الضغط عند مخرج A DL يقترب من واحد في 10 أس سالب ملليبارين. استخدم علامة التبويب العامة لتحديد معلمات المسح أو عدد الخطوات لكل ملليمتر من حركة الموقد أو طاقة الفوتون.

استخدم علامة التبويب LS لضبط طاقة الفوتون المطلوبة واستخدم علامة تبويب المحرك لتحريك الموقد إلى موضع الموقد المطلوب. بعد ذلك ، استخدم علامة التبويب P 78 86 وزر تعيين المعلمات فيه. لتعيين معلمات الاستحواذ ، حدد المحرك أو طاقة LS لتكون نشطة.

أدخل مسارا واسما صالحا للملف في الحقول المناسبة وانقر فوق ابدأ للحصول على أطياف كتلة الهباء الجوي. يظهر هنا طيف كتلي نموذجي للغازات المأخوذة من اللهب من الموقد المخلوط مسبقا منخفض الضغط. يتم الكشف عن هويات الأنواع التي تساهم في الإشارة من خلال كفاءة التأين الضوئي المأخوذة من اللهب أو منحنيات PIE لكل نسبة شحنة رئيسية ومقارنتها بطاقات التأين المحددة للأيزومر ومنحنيات PIE.

عرض أمثلة نموذجية لمنحنيات PIE التي تم أخذ عينات من اللهب هنا. بالنسبة لنسبة الشحن الرئيسية تساوي 39 و 41. البيانات مأخوذة من لهب البروبان المتري stoia.

يتم تحديد الإشارة بشكل لا لبس فيه من خلال عتبات التأين المميزة الخاصة بها لتنشأ من جذور الأليل والأليل المستقرة. بالنسبة للعديد من قيم نسبة الشحنة الرئيسية ، يتم تحديد أيزومرات متعددة بشكل روتيني من خلال مراقبة عتبات متعددة. تمت مناقشة العديد من الأمثلة على نطاق واسع في الأدبيات.

على سبيل المثال ، نسبة الشحن الرئيسية تساوي 40 للألين والبروبان ، و 44 للإيثانول والأسيتالديهايد 54 لواحد ، وثلاثة بوتادين ، وبيوتان واحد ، واثنين من البيوتان أو 78 للفولين والبنزين. بمجرد معرفة تكوين الأيزومر ، يتم أخذ أطياف الكتلة في طاقات فوتون مختلفة ومن داخل مواقع مختلفة في اللهب للسماح بتحديد ملامح جزء الخلد المحدد للأيزومر للأنواع الفردية. كدالة للمسافة من سطح الموقد ، يتم عرض ملامح كسر الخلد التمثيلي للفولين والبنزين في لهب البروبان الهندسي STO من الموقد المخلوط مسبقا منخفض الضغط هنا.

لكل لهب ، عادة ما يتم تحديد ما مجموعه 40 إلى 50 من ملفات تعريف كسر الخلد الفردية للأنواع التي تتراوح من نسبة الشحنة الرئيسية التي تساوي نسبة شحنة واحدة إلى نسبة شحنة رئيسية تساوي 78 أو حتى أعلى اعتمادا على الأهداف العلمية. ثم يتم استخدام ملامح كسر الخلد هذه لتقييم القدرات التنبؤية لنماذج كيمياء الاحتراق والتحقق من صحتها. يظهر هنا طيف كتلة الهباء الجوي النموذجي ، وهو مأخوذ من داخل إشارة أيون اللهب لانتشار التدفق المعاكس للبروبان لوحظ للأنواع ذات نسب الشحنة الرئيسية التي تتراوح من 150 إلى 600 مع ذروة حوالي 202.

إنه يتجاوز القدرات التجريبية الحالية تحديد جميع الأنواع التي لوحظت في الطيف الكتلي أو الكشف عن تكوينها المحتمل ، توفر المسارات التي تأخذ مثل هذه الأطياف الكتلية كدالة للمسافة من مخرج الوقود كما هو موضح ملفات تعريف محلوة مكانيا. يظهر هنا مثال تمثيلي لنسبة شحنة الكتلة تساوي 256. يمكن الحصول على ملفات تعريف مماثلة لأي من الأنواع الأخرى أيضا ، والتي يمكن بالتالي استخدامها كأهداف للتحقق من الصحة لأي نموذج كيمياء احتراق.

بمجرد إتقانها ، يمكن للمشغل الماهر استخدام هذه التقنية لتسجيل مجموعة كاملة من بيانات اللهب في غضون ساعات قليلة.