تصور المحيطة الطيف الكتلي مع استخدام انعراجي التصوير الفوتوغرافي

الهدف العام من هذا الإجراء هو تصور تيار الغاز لمصدر تأين محيطي يُستخدم مع مطيافية الكتلة، وذلك بغرض فهم مصدر التأين وتحسين أدائه. يمكن لهذه الطريقة أن تساعد في الإجابة على أسئلة جوهرية في مجال مطيافية الكتلة بالتأين المحيطي، مثل كفاءة التأين مقابل موضع المصدر. وتتمثل الميزة الرئيسية لهذه التقنية في استخدام تيارات الغاز المرئية مع مصدر تأين محيطي لفهم الظاهرة الفيزيائية المرتبطة بتقنية الكشف بشكل أفضل.

على الرغم من أن هذه الطريقة يمكن أن توفر رؤية متعمقة في مطيافية الكتلة المحيطية، إلا أنه يمكن تطبيقها أيضاً على أنظمة أخرى، مثل الظواهر الفيزيائية التي تتضمن تدفقات غازية. ومن الأمثلة على ذلك مجال الديناميكا الهوائية. وبوجه عام، سيواجه الأشخاص المبتدئون في هذه الطريقة بعض الصعوبات، لأنه من الصعب في البداية تحديد كيفية ضبط النظام يدوياً لتحقيق المحاذاة الصحيحة للكاميرا.

أولاً، قم بتثبيت مرآة مقعرة كروية باستخدام ماسك حامل حلقي يكون كبيراً بما يكفي لدعم المرآة. قم بتثبيت ماسك الحامل الحلقي مع المرآة على حامل حلقي بطول ثلاثة أقدام بشكل عمودي على الأرض. ضع الحامل الحلقي والمرآة إلى جانب مصدر مطياف الكتلة.

اضبط وجه المرآة بحيث يكون موازيًا للمصدر وفي نفس ارتفاعه. بعد ذلك، ضع المرآة بحيث يكون مركزها محاذيًا لمركز منطقة المصدر في مطياف الكتلة. ثم، قم بتثبيت لوحة معدنية في الجزء العلوي من الحامل ثلاثي القوائم.

قم بتثبيت شفرة حلاقة، والتي تُعرف باسم حافة القطع، على الصفيحة المعدنية باستخدام مغناطيس، بحيث تكون الحافة الحادة في وضع رأسي. ضع الحامل ثلاثي القوائم على استقامة واحدة مع المرآة، وعلى مسافة تعادل ضعف البعد البؤري للمرآة. بعد ذلك، قم بمحاذاة شفرة الحلاقة بشكل متعامد مع مسار الضوء المنعكس من المرآة.

اضبط ارتفاع الحامل ثلاثي القوائم يدويًا بحيث تكون الحافة الحادة لشفرة الحلاقة محاذية تقريبًا لمركز المرآة. بعد ذلك، قم بتركيب كاميرا رقمية مزودة بعدسة تقريب 300 millimeter على حامل ثلاثي قوائم منفصل. ضع الكاميرا بحيث تكون العدسة على بُعد 4 centimeters مباشرة خلف شفرة الحلاقة، وعلى الارتفاع نفسه.

قم بتوصيل مخرج فيديو الكاميرا بشاشة كمبيوتر لمشاهدة ظاهرة شليرن (Schlieren) بسهولة في الوقت الفعلي. احفر ثقباً صغيراً بقطر 0.6 mm تقريباً في مركز غطاء القارورة من أجل تثبيته بمصباح يدوي. قم بتثبيت غطاء القارورة فوق مصباح LED يدوي بقوة 200 lumen، باستخدام شريط رقائق مقاوم لدرجات الحرارة العالية.

لن تنجح التجربة إلا إذا كان محاذاة جميع المكونات صحيحة. يرجى الحرص على ضمان التموضع السليم. ولضمان التموضع الصحيح للمصباح اليدوي، ضع مؤشر ليزر على الصفيحة المعدنية بجوار شفرة الحلاقة.

حرك مؤشر الليزر يدويًا بحيث يصيب الشعاع مركز المرآة. اضبط الوضع حسب الضرورة لضمان تقاطع الشعاع المنعكس بشكل متعامد مع شفرة الحلاقة، بحيث يتم حجب نصف الشعاع تقريبًا. إذا لم يكن الشعاع محاذيًا، فقم بضبط موضع المرآة يدويًا لتوجيه شعاع مؤشر الليزر مباشرة نحو شفرة الحلاقة.

بعد التأكد من تمركز شعاع الليزر على العدسة، استبدل مؤشر الليزر بمصباح يدوي مغطى بينما لا تزال كافة المكونات في حالة محاذاة. بعد ذلك، قم بتشغيل المصباح اليدوي. وباستخدام قطعة من الورق الأبيض، لاحظ الضوء المنعكس عند نقطة القطع، مع التأكد من أن الشعاع عبارة عن بقعة صغيرة ومركزة.

قم بإجراء أي تعديلات رأسية ضرورية لحجب ما يقرب من نصف شعاع الضوء المنعكس باستخدام القاطع. بعد ذلك، قم بإزالة غطاء العدسة من الكاميرا والتركيز على المرآة. قم بمحاذاة مصدر أيونات مطياف الكتلة يدويًا داخل منطقة الاختبار، بحيث تكون المسافة 10 millimeters بين نهاية الفوهة ومدخل مطياف الكتلة.

بعد ذلك، افتح صمام الإبرة المؤدي إلى المصدر المحيط يدويًا، مما يسمح بتدفق النيتروجين من خلاله. افتح البرنامج المستخدم للتحكم في مطياف الكتلة. انقر فوق File، ثم اختر Open Tune.

بعد ذلك، اختر ملف الضبط (Tune) المناسب. وبعد فتح ملف الضبط اليدوي، قم بتطبيق جميع الجهود الكهربائية ودرجات الحرارة على المصدر المحيط. راقب ظهور التدفق الخارج من الفوهة باستخدام جهاز شليرن (Schlieren apparatus)، وذلك على شاشة العرض الخاصة بالكاميرا الرقمية مع ارتفاع درجة الحرارة.

بمجرد ظهور الصورة المطلوبة على الكاميرا، قم بالتقاطها عن طريق تصوير تيار الغاز. في هذه المرحلة، افتح الصورة التي تم الحصول عليها باستخدام برنامج لعرض الصور، ثم قم بطباعتها. ارسم خطاً يدوياً باستخدام قلم رصاص ومسطرة على الصورة المطبوعة، بحيث يحدد المحور المركزي لتيار الغاز وبشكل موازٍ لاتجاه التدفق.

باستخدام المسطرة، ارسم خطاً يدوياً على طول حافة تيار الغاز المرئي في الصورة المطبوعة. حدد الحواف الخارجية لتيار الغاز للحصول على نطاق لنصف زاوية الرش. وأخيراً، قم بقياس الزاوية المتكونة بين المحور المركزي والخط باستخدام المنقلة.

عندما يتم محاذاة جميع المكونات في تجهيزة شليرن (Schlieren) بشكل صحيح، يمكن رؤية الغازات داخل منطقة الاختبار على شكل مناطق متباينة داكنة وفاتحة. ويمكن استخدام هذا التباين لمراقبة كيفية تغير شكل تدفق نفث النيتروجين من مصدر مطياف الكتلة مع تناقص حجم الفوهة. توضح صورة شليرن كاملة وغير مقصوصة للمصدر وتدفق الغاز توجيه الأجسام المختبرة بالنسبة للمرآة، وتظهر ما يجب توقعه عند حجب الكمية المناسبة من الضوء.

إذا كانت نقطة القطع عالية جداً أو منخفضة جداً، فسيؤدي ذلك إلى الحصول على صور رديئة. ومع ثبات حجم الفوهة، تزداد نصف الزاوية طردياً مع زيادة الضغط، مما يشير إلى زيادة الحجم الإجمالي لتدفق الغاز. كما تزداد نصف الزاوية مع زيادة قطر الفوهة عند ضغط ثابت، وهو ما يشير إلى زيادة في المقياس العام لحجم نفث النيتروجين الخارج من المصدر مع زيادة قطر الفوهة.

بمجرد إتقان هذه التقنية، يمكن تنفيذها في غضون ساعة إلى ساعتين، إذا تم إجراؤها بشكل صحيح. بعد مشاهدة هذا الفيديو، يجب أن يتكون لديك فهم جيد لكيفية تصور تيار الغاز لمصدر تأين محيطي. لا تنسَ أن العمل بمؤشرات الليزر يمكن أن يكون خطيراً للغاية، لذا يجب دائماً ارتداء نظارات واقية أثناء تنفيذ هذا الإجراء.