La visualización del ambiente Espectrometría de Masas con el uso de la fotografía Schlieren

El objetivo general de este procedimiento es visualizar la corriente de gas de una fuente de ionización ambiental utilizada con espectrometría de masas, con el fin de comprender y optimizar la fuente de ionización. Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo de la espectrometría de masas de ionización ambiental, como la eficiencia de la ionización frente a la posición de la fuente. La principal ventaja de esta técnica es el uso de corrientes de gas visualizadas con una fuente de ionización ambiental para comprender mejor el fenómeno físico asociado con la técnica de detección.

Aunque este método puede proporcionar información sobre la espectrometría de masas ambiental, también se puede aplicar a otros sistemas, como los fenómenos físicos, que involucran corrientes de gas. Un ejemplo sería el campo de la aerodinámica. Por lo general, las personas nuevas en este método tendrán dificultades, porque al principio es difícil averiguar cómo ajustar manualmente el sistema para lograr la alineación adecuada de la cámara.

Primero, sujete un espejo cóncavo esférico en una abrazadera de soporte de anillo lo suficientemente grande como para soportar el espejo. Fije la abrazadera del soporte del anillo con el espejo a un soporte del anillo de tres pies perpendicular al piso. Coloque el soporte del anillo y el espejo a un lado de la fuente del espectrómetro de masas.

Ajuste la cara del espejo para que quede paralela y a la misma altura que la fuente. A continuación, coloque el espejo de modo que su centro esté alineado con la región de la fuente central del espectrómetro de masas. A continuación, coloque una placa de metal en la parte superior del trípode.

Fije una hoja de afeitar, que se conoce como corte, a la placa de metal con un imán, de modo que el borde afilado quede vertical. Coloque el trípode en línea con el espejo, al doble de la distancia focal del espejo. Luego, alinee la hoja de afeitar ortogonalmente a la trayectoria de la luz reflejada por el espejo.

Ajuste manualmente la altura del trípode para que el borde afilado de la hoja de afeitar esté aproximadamente alineado con el centro del espejo. A continuación, monta una cámara digital, con un teleobjetivo de 300 milímetros en un trípode separado. Coloque la cámara de modo que la lente esté cuatro centímetros directamente detrás y a la misma altura que la hoja de afeitar.

Conecte la salida de vídeo de la cámara a un monitor de ordenador para ver fácilmente el fenómeno de Schlieren en tiempo real. Taladre un pequeño orificio de aproximadamente cero punto seis milímetros de diámetro en el centro de la tapa de un vial para sujetarlo a una linterna. Coloque la tapa del vial sobre una linterna LED de 200 lúmenes, utilizando cinta de aluminio de alta temperatura.

El experimento solo funcionará si la alineación de todos los componentes es correcta. Tenga cuidado de asegurar una colocación adecuada. Para asegurar la colocación correcta de la linterna, coloque un puntero láser en la placa de metal junto a la hoja de afeitar.

Mueva manualmente el puntero láser para que el frijol golpee el centro del espejo. Ajuste según sea necesario para asegurarse de que el haz reflejado se intersecta ortogonalmente con la hoja de afeitar, de modo que aproximadamente la mitad del haz quede bloqueada. Si el haz no está alineado, ajuste manualmente la posición del espejo para apuntar el haz del puntero láser directamente a la hoja de afeitar.

Después de asegurarse de que el rayo láser esté centrado en la lente, reemplace el puntero láser con una linterna cubierta mientras todo está alineado. A continuación, encienda la linterna. Con un pedazo de papel blanco, observe la luz reflejada en el corte, asegurándose de que el haz sea un punto pequeño y enfocado.

Realice los ajustes verticales necesarios para bloquear aproximadamente la mitad del haz de luz reflejado con el corte. Luego, retire la tapa de la lente de la cámara y concéntrese en el espejo. Alinee manualmente la fuente de iones de espectrometría de masas dentro de la región de prueba, con una distancia de 10 milímetros entre el extremo de la boquilla y la entrada del espectrómetro de masas.

Después de esto, abra manualmente la válvula de aguja a la fuente ambiente, permitiendo que el nitrógeno fluya a través de ella. Abra el software utilizado para controlar el espectrómetro de masas. Haga clic en Archivo y seleccione Abrir sintonía.

A continuación, seleccione el archivo de ajuste adecuado. Después de abrir el sintonizado manual, aplique todos los voltajes y temperaturas a la fuente ambiente. Observe la apariencia del flujo que sale de la boquilla con el aparato Schlieren, en la pantalla de visualización de la cámara digital a medida que aumenta la temperatura.

Una vez que la imagen deseada se visualice en la cámara, recójala tomando una foto de la corriente de gas. En este punto, abra la imagen adquirida utilizando un software de visualización de imágenes e imprímala. Dibuje manualmente una línea con un lápiz y una regla en la imagen impresa, definiendo el eje central de la corriente de gas paralelo a la dirección del flujo.

Con la regla, dibuje manualmente una línea a lo largo del borde del flujo de gas visualizado en la imagen impresa. Marque los bordes exteriores de la corriente de gas para obtener un rango para el medio ángulo de rociado. Finalmente, mida el ángulo producido entre el eje central y la línea usando un transportador.

Cuando todos los componentes de la configuración de Schlieren están correctamente alineados, los gases dentro de la región de prueba se pueden ver como regiones oscuras y claras contrastantes. Este contraste se puede utilizar para observar cómo cambia la forma del flujo de chorro de nitrógeno de la fuente de espectrometría de masas a medida que disminuye el tamaño de la boquilla. Una imagen de Schlieren completa, sin recortar, de la fuente y el flujo de gas, ilustra la orientación de los objetos de prueba en relación con el espejo y muestra lo que se debe esperar cuando se corta la cantidad adecuada de luz.

Si el corte es demasiado alto o demasiado bajo, se obtendrán imágenes deficientes. Con un tamaño de boquilla constante, el medio ángulo aumenta en consecuencia con un aumento de la presión, lo que significa un aumento del tamaño total de la corriente de gas. El medio ángulo aumenta con un diámetro de boquilla más grande a presión constante, lo que significa un aumento general de la escala en el tamaño del chorro de nitrógeno, que sale de la fuente a medida que aumenta el diámetro de la boquilla.

Una vez dominada, esta técnica se puede realizar en una o dos horas, si se realiza correctamente. Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo visualizar la corriente de gas de una fuente de ionización ambiental. No olvide que trabajar con punteros láser puede ser extremadamente peligroso, y siempre se deben usar gafas protectoras mientras se realiza este procedimiento.