利用舒利伦摄影技术可视化环境质谱

该实验方案的总体目标是通过可视化质谱联用的常压电离源中的气体流，以理解和优化电离源的性能。该方法有助于解答常压电离质谱领域中的关键问题，例如电离效率与电离源位置之间的关系。该技术的主要优势在于利用可视化气体流与常压电离源相结合，从而更深入地理解与检测技术相关的物理现象。

尽管该方法可为环境质谱分析提供见解，但它也可应用于其他涉及气流的系统，例如物理现象。一个实例是空气动力学领域。通常，刚接触该方法的人员会遇到困难，因为最初很难掌握如何手动调节系统以实现相机的正确对准。

首先，将一个球面凹面镜固定在足够支撑该镜片的铁环架夹具中。将夹有凹面镜的铁环架夹具安装在垂直于地面的三英尺高铁环架上。将铁环架及凹面镜置于质谱仪离子源侧边的位置。

调整镜面，使其与源平行且处于相同高度。然后，将镜子定位，使其中心与质谱仪的源中心区域对齐。接下来，将一块金属板固定在三脚架顶部。

使用磁铁将被称为“截断刀片”的剃须刀片固定在金属板上，使刀片的锋利边缘保持垂直。将三脚架放置在与反射镜共轴的位置，距离为反射镜焦距的两倍。然后，将剃须刀片与反射镜反射的光路垂直对齐。

手动调节三脚架的高度，使剃刀刃口大致与镜子中心对齐。随后，将配备300毫米远摄镜头的数码相机安装在另一个三脚架上。调整相机位置，使镜头位于剃刀后方4厘米处，且与剃刀处于同一高度。

将相机的视频输出连接到计算机显示器，以便实时轻松观察 schlieren 现象。在小瓶盖中心钻一个直径约 0.6 毫米的小孔，以便将其固定在手电筒上。使用耐高温铝箔胶带将小瓶盖固定在 200 流明的 LED 手电筒上。

只有当所有组件正确对准时，实验才能成功。请仔细确保各部件的准确定位。为确保手电筒的正确位置，将一个激光笔放置在金属板上剃须刀片旁边。

手动移动激光笔，使光束照射到镜面中心。根据需要进行调整，确保反射光束与剃刀刀片垂直相交，从而使约一半的光束被遮挡。如果光束未对准，需手动调节镜片位置，使激光笔的光束直接对准剃刀刀片。

在确保激光束已对准透镜中心后，保持所有部件位置不变，将激光笔更换为带遮盖的手电筒。接着，打开手电筒。使用一张白纸在截止位置观察反射光，确保光束形成一个细小且聚焦的光斑。

进行必要的垂直调整，使遮挡物挡住约一半的反射光束。然后，取下相机的镜头盖，对准镜面进行聚焦。手动将质谱离子源在测试区域内对准，使喷嘴末端与质谱仪入口之间的距离为10毫米。

随后，手动打开通向环境气源的针阀，使氮气流经该阀。打开用于控制质谱仪的软件，点击“文件”，然后选择“打开调谐”。

然后，选择合适的调谐文件。打开手动调谐后，将所有电压和温度施加到常压电离源。随着温度升高，通过数字相机的显示屏利用纹影装置观察喷嘴流出气流的形态变化。

当在相机上观察到所需图像后，拍摄气流图像以进行采集。随后，使用图像查看软件打开所获取的图像并将其打印出来。在打印好的图像上，使用铅笔和直尺手动绘制一条直线，定义气流中心轴线，该轴线应与气流方向平行。

使用直尺，在打印出的图像上沿着可视化气流边缘手动绘制一条线。标记气流的外侧边缘，以获得喷雾半角的范围。最后，使用量角器测量中心轴与该线之间形成的夹角。

当所有Schlieren装置组件正确对准后，测试区域内的气体可呈现明暗对比的区域。这种对比可用于观察随着喷嘴尺寸减小，质谱源中氮气射流形状的变化情况。一幅完整且未裁剪的Schlieren图像展示了源和气体流动相对于反射镜的方向，并显示了在遮挡适量光线时应观察到的现象。

如果阈值过高或过低，都会导致图像质量下降。在喷嘴尺寸固定的情况下，随着压力的增加，半角相应增大，表明气体射流的整体尺寸增大。在压力恒定时，随着喷嘴直径的增大，半角也随之增大，表明氮气射流的整体尺寸按比例增大，即随着喷嘴直径的增加，从源端喷出的氮气射流尺寸增大。

一旦掌握，若操作得当，该技术可在一至两小时内完成。观看本视频后，您应能充分理解如何对常压电离源的气体流进行可视化。请注意，使用激光笔可能具有极高危险性，在执行该操作时务必佩戴护目镜。