Name: ניסויי להבה במקור האור מתקדם: תובנה חדשות על תהליכי היווצרות פיח (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-05-26T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 4 s
Description: חקור את הרכב הכימי של להבות הידרוקרבונים במעבדה באמצעות ספקטרומטריית מסה עם יינון UV ריק. שיטה זו מספקת מידע מפורט על תהליכי בעירה וכימיה אטמוספירית.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Sandia הוא מעבדה רבת תכנית המופעלת על ידי Sandia Corporation, לוקהיד מרטין חברה, למנהל הלאומי לביטחון גרעיני תחת חוזה DE-AC04-94-AL85000. העבודה נתמכת גם על ידי משרד אנרגיה האמריקאי, משרד אנרגיה של יסוד מדעי במסגרת פרויקט המחקר בקבוצות קטנה יחיד החוקר (מענק מס &#39;DE-SC0002619) של פרופ&#39; Violi (אוניברסיטת מישיגן, אן ארבור). KRW נתמך על ידי משרד אנרגיה, משרד מדע, בתחילת קריירה של תכנית המחקר במשרד האנרגיה של חוזה מס &#39;DE-AC02-05CH11231 ארה&quot;ב. מקור האור מתקדם נתמך על ידי המינהל, משרד מדע, משרד אנרגיה של יסוד מדעי, של משרד האנרגיה של ארה&quot;ב תחת חוזה מס &#39;DE-AC02-05CH11231. KKH מודה תמיכה מתמשכת של חלק ממחקר זה על ידי DFG תחת חוזה KO 1363/18-3.

1. ניסויי שלב גז <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הצתה בלחץ נמוך המעורבבת מראש הלהבה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ודא כי קירור המים זורמים דרך קיר צורב ותא בעירה וכי קאמרי הלהבה נשאבת אל ~ 0.1 mbar. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להקים L 1 / זרימת דקות של ארגון וזרימת 1.5 ליטר / דקה של חמצן דרך פני השטח צורב ולשמור על לחץ של 80 mbar (60 טור) בתא הבעירה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מקם את מצת חם חוט על פני צורב; להגדיר את זרימת המימן ל0.4 ליטר / דקה, ובמהירות להפעיל את מצת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר הצתה, לכבות את מצת חם תיל, ולמקם אותה מחדש מהמבער. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להקים את התזרים הרצוי של ארגון, חמצן, מימן ודלק. התאם את הלחץ כך שיתאים לתנאים של להבת היעד [בדרך כלל 20-40 mbar (15-30 Torr)]. הערה: תנאי להבה ללהבות בודדות מסופקים בספרות המקורית. לדוגמא, זורם לallene stoichiometric וpropyne להבות הןמופיע בהנסן et 22 אל. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> רכישת יעילה photoionization Curves (פאי) - אנרגיה סריקה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כאשר הלחץ בתא היינון הוא ≤ 10 -6 mbar, להחיל את המתח לאופטיקה יון של ספקטרומטר מסת הזמן של הטיסה וגלאי צלחת microchannel ולפתוח את שסתומי beamline. הערה: ניסויים מוקדם יותר כיול (לא מוצגים בסרטון) היו בשימוש כדי למצוא את הגדרות המתח לקבלת ביצועים אופטימליים של ספקטרומטר המסה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את תכנית רכישת נתונים Labview &quot;הכללי Interface.vi&quot; (איור 2) ולהעביר את צורב למיקום הרצוי באמצעות הכרטיסייה &quot;מוטור&quot; בתוכנה. הערה: קוד Labview זו פותח בbeamline והוא זמין על פי דרישה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בלשונית &quot;הכללית&quot; כדי להגדיר את הפרמטרים של הסריקה, כלומר, מספר צעדים לכל eV של אנרגיית פוטון. בדרך כלל, גודל צעד של 0.05 eV הואבשימוש. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בכרטיסייה &quot;ALS&quot; כדי להגדיר את אנרגיית הפוטון לערך ההתחלה הרצויה, ולהגדיר את &quot;ALS האנרגיה&quot; להיות &quot;פעיל&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בלוח &quot;קונטרול&quot;, להפעיל &quot;K6485&quot; לקרוא את פוטוני שנמדדו על ידי דיודת האור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בכרטיסייה &quot;P7886&quot;, להשתמש בלחצן &quot;הפרמטרים שנקבע&quot; כדי להגדיר את מספר מטאטא (בדרך כלל בין 2 19 ו2 21), מספר הפחים (בדרך כלל 48k), ורוחב הסל (500 psec). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הזן את נתיב קובץ חוקי ושם, ולחץ על &quot;התחל&quot; כדי להתחיל את תהליך רכישת נתונים מבוקר מחשב. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> רכישת ההמונית ספקטרה - מבער סריקה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להחיל את המתחים כלסריקות אנרגיה לאופטיקה יון של ספקטרומטר מסת הזמן של הטיסה וגלאי צלחת microchannel. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פתח את שסתומי beamline לאפשר לקרן הפוטונים בחדר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פתח את acq נתונים Labviewתכנית uisition &quot;הכללי Interface.vi&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שימוש בכרטיסייה &quot;מוטור&quot; בתוכנה, השתמש ב&quot; האצן &quot;כדי להזיז את משטח צורב הקרוב ככל האפשר לקונוס הדגימה, ולהגדיר את העמדה כי בשם&quot; המקור &quot;. הגדר את המנוע כדי להיות &quot;פעיל&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש ללשונית &quot;כללית&quot; כדי להגדיר את הפרמטרים של הסריקה, כלומר, מספר צעדים לכל מ&quot;מ של תנועת מבער. ערכים אופייניים הם 0-5 מ&quot;מ ב20 צעדים, 5-20 מ&quot;מ ב15 צעדים, ו20-30 מ&quot;מ ב 5 שלבים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בכרטיסייה &quot;ALS&quot; כדי להגדיר את אנרגיית הפוטון לערך הרצוי. ערכים אופייניים הם 8-16.65 eV. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בלוח &quot;קונטרול&quot;, להפעיל &quot;K6485&quot; לקרוא את פוטוני שנמדדו על ידי דיודת האור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בכרטיסייה &quot;P7886&quot;, להשתמש בלחצן &quot;הפרמטרים שנקבע&quot; כדי להתחיל תת VI (איור 3) כדי להגדיר את המספר של מטאטא, כלומר, מספר adde ספקטרום ההמוניד על גב אחד את השני בכל עמדת צורב (בדרך כלל בין 2 19 ו2 21), מספר הפחים (בדרך כלל 48k), ורוחב הסל (500 psec). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לספק נתיב קובץ חוקי ושם, ולחץ על &quot;התחל&quot; כדי להתחיל את תהליך רכישת נתונים האוטומטי. </li></ol></li></ol><img alt="איור 2" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51369/51369fig2highres.jpg" width="500" /> איור 2. ממשק משתמש גרפי של תכנית רכישת נתונים. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51369/51369fig2highres.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 3" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51369/51369fig3highres.jpg" width="500" /> interfac משתמשים איור 3. גרפידואר לפרמטרי סקלר רב ערוצי קלט. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51369/51369fig3highres.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> 2. ניסויי תרסיס <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הצתה לחץ הקרוב אטמוספרי מתנגדת זרימת הלהבה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ודא כי קירור המים זורמים דרך המבער, שהשקעים המגיבים הם כ. מלבד 10 מ&quot;מ, וכי קאמרי הלהבה נשאב למטה ללחץ המינימאלי להשגה (~ 2 mbar). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> למלא את תא הבעירה עם ארגון ולהביא את הלחץ עד ~ 860 mbar (650 טור). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את סליל מצת כ. במרכזם של שני שקעי המבער. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את תזרים הגז באופן הבא (Ar צריך להיות כבר זורם כי זה משמש למילוי קאמרי): זרם מחמצן: O 2 0.3 ליטר / דקה וAr 1.6 ליטר / דקה; coflow זרם חמצן: Ar 2.5 ליטר / דקה; דלק זרם: H 2 0.3 ליטר / דקה, Ar 2.5 ליטר / דקה; coflow דלק זרם: Ar2.5 ליטר / דקה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פתח את שסתומי מימן וחמצן, ומייד לעבור על סליל מצת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ברגע שהלהבה שהציתה, כבה את סליל מצת, ולחזור בו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להקים את התזרים הרצוי של חמצן, ארגון, ודלק. כבה את הזרימה של מימן, ובלחץ מוגדר והפרדה לשקע מגיב לערכים רצויים ללהבת היעד. הערה: הספיקות ללהבת הגז, המוצגת בסרטון, מסופקות בסקין ואח&#39; 4 אל. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> רכישת תרסיס המוני ספקטרום <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להחיל את המתחים המתאימים לאופטיקה יון והגלאי של AMS. הערה: הגדרות המתח לביצועים אופטימליים נמצאו בניסויי כיול קודם לכן, שבו לא מוצגים בסרטון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פתח את תכנית רכישת נתונים Labview &quot;כללי מתנגד ממשק-Flow.vi&quot;. הערה: VI זה הוא שינוי של &quot;הכללי Interface.vi&quot;, שבו השליטה המוטורית עודכנה כדילהתאים את הצרכים החדשים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להשתמש ביישום &quot;האצן&quot; בכרטיסייה &quot;מוטור&quot; לתרגם מתנגדת זרימת צורב כך שmicroprobe קוורץ הוא במיקום הקרוב ביותר ליציאת זרם דלק (איור 4). אמנם בעמדה זו, אפס את עמדת צעד מנוע לאפס. הליך זה מגדיר את המצב &quot;המקור&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאט לאט לפתוח את שסתום כדור רבע סיבוב ומאפשר זרימה משורת הלהבה הדגימה לתוך עדשת אווירודינמי המערכת (ADL). ודא שהלחץ בנקודת היציאה של הליגה נגד השמצה הוא ליד mbar 1 x 10 2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בלשונית &quot;הכללית&quot; כדי להגדיר את הפרמטרים של הסריקה, כלומר, מספר צעדים לכל מ&quot;מ של תנועת צורב (סריקת מבער) או אנרגיית פוטון (סריקת אנרגיה). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בכרטיסייה &quot;ALS&quot; כדי להגדיר את אנרגיית הפוטון הרצויה, ולהשתמש בכרטיסייה &quot;מוטור&quot; כדי להעביר את צורב לתפקיד צורב הרצוי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בכרטיסיית &quot;P7886&quot; ואת &quot;הגדר Parameters &quot;כפתור בו כדי להגדיר את הפרמטרים לרכישה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדרה &quot;רכב&quot; (סריקת מבער) או &quot;ALS אנרגיה&quot; (סריקת אנרגיה) להיות &quot;פעיל&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס נתיב קובץ חוקי ושם בשדות המתאימים, ולחץ על &quot;התחל&quot;. ספקטרום המוני תרסיס החברה נלקח באופן אוטומטי. </li></ol></li></ol><img alt="איור 4" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51369/51369fig4highres.jpg" width="500" /> איור 4. ממשק משתמש גרפי לתנועת מבער להרכבה מתנגדת זרימת הלהבה. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51369/51369fig4highres.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a>

<ol><li>Hansen, N., Cool, T. A., Westmoreland, P. R., Kohse-Höinghaus, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recent+contributions+of+flame-sampling+molecular-beam+mass+spectrometry+to+a+fundamental+understanding+of+combustion+chemistry%5BTitle%5D)+AND+%22Progress+in+Energy+and+Combustion+Science%22%5BJournal%5D)">Recent contributions of flame-sampling molecular-beam mass spectrometry to a fundamental understanding of combustion chemistry.</a> Progress in Energy and Combustion Science. 35, 168-191 (2009).</li>
<li>Taatjes, C. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging%22+combustion+chemistry+via+multiplexed+synchrotron-photoionization+mass+spectrometry%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Chemistry+Chemical+Physics%22%5BJournal%5D)">Imaging" combustion chemistry via multiplexed synchrotron-photoionization mass spectrometry.</a> Physical Chemistry Chemical Physics. 10, (1039).</li>
<li>Leone, S. R., Ahmed, M., Wilson, K. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chemical+dynamics%2C+molecular+energetics%2C+and+kinetics+at+the+synchrotron%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Chemistry+Chemical+Physics%22%5BJournal%5D)">Chemical dynamics, molecular energetics, and kinetics at the synchrotron.</a> Physical Chemistry Chemical Physics. 12, 6564-6578 (2010).</li>
<li>Skeen, S. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Near-threshold+photoionization+mass+spectra+of+combustion-generated+high-molecular-weight+soot+precursors%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Aerosol+Science%22%5BJournal%5D)">Near-threshold photoionization mass spectra of combustion-generated high-molecular-weight soot precursors.</a> Journal of Aerosol Science. 58, 86-102 (2013).</li>
<li>Cool, T. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photoionization+mass+spectrometer+for+studies+of+flame+chemistry+with+a+synchrotron+light+source%5BTitle%5D)+AND+%22Review+of+Scientific+Instruments%22%5BJournal%5D)">Photoionization mass spectrometer for studies of flame chemistry with a synchrotron light source.</a> Review of Scientific Instruments. 76, (2005).</li>
<li>Cool, T. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Selective+detection+of+isomers+with+photoionization+mass+spectrometry+for+studies+of+hydrocarbon+flame+chemistry%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Chemical+Physics%22%5BJournal%5D)">Selective detection of isomers with photoionization mass spectrometry for studies of hydrocarbon flame chemistry.</a> Journal of Chemical Physics. 119, 8356-8365 (2003).</li>
<li>Hansen, N., Miller, J. A., Klippenstein, S. J., Westmoreland, P. R., Kohse-Höinghaus, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Exploring+formation+pathways+of+aromatic+compounds+in+laboratory-based+model+flames+of+aliphatic+fuels%5BTitle%5D)+AND+%22Combustion+Explosion+and+Shock+Waves%22%5BJournal%5D)">Exploring formation pathways of aromatic compounds in laboratory-based model flames of aliphatic fuels.</a> Combustion Explosion and Shock Waves. 48, 508-515 (2012).</li>
<li>Wang, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Formation+of+nascent+soot+and+other+condensed-phase+materials+in+flames%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+Combustion+Institute%22%5BJournal%5D)">Formation of nascent soot and other condensed-phase materials in flames.</a> Proceedings of the Combustion Institute. 33, 41-67 (2011).</li>
<li>Bockhorn, H., D'Anna, A., Sarofim, A. F., Wang, H. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBockhorn%2C+H+%22Combustion+generated+fine+carbonaceous+particles%22">Combustion generated fine carbonaceous particles</a>. , KIT Scientific Publishing. Karlsruhe. (2009).</li>
<li>Lewtas, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Air+pollution+combustion+emissions%3A+Characterization+of+causative+agents+and+mechanisms+associated+with+cancer%2C+reproductive%2C+and+cardiovascular+effects%5BTitle%5D)+AND+%22Mutation+Research-Reviews+in+Mutation+Research%22%5BJournal%5D)">Air pollution combustion emissions: Characterization of causative agents and mechanisms associated with cancer, reproductive, and cardiovascular effects.</a> Mutation Research-Reviews in Mutation Research. 636, 95-133 (2007).</li>
<li>Cohen, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Outdoor+air+pollution+and+lung+cancer%5BTitle%5D)+AND+%22Environmental+Health+Perspectives%22%5BJournal%5D)">Outdoor air pollution and lung cancer.</a> Environmental Health Perspectives. 108, 743-750 (2000).</li>
<li>Gaffney, J. S., Marley, N. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+impacts+of+combustion+emissions+on+air+quality+and+climate+-+From+coal+to+biofuels+and+beyond%5BTitle%5D)+AND+%22Atmos.+Environ%22%5BJournal%5D)">The impacts of combustion emissions on air quality and climate - From coal to biofuels and beyond.</a> Atmos. Environ. 43, 23-36 (2009).</li>
<li>Lighty, J. S., Veranth, J. M., Sarofim, A. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Combustion+aerosols%3A+Factors+governing+their+size+and+composition+and+implications+to+human+health%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+Ai.%2C+%26+Waste+Management+Association%22%5BJournal%5D)">Combustion aerosols: Factors governing their size and composition and implications to human health.</a> Journal of the Ai., & Waste Management Association. 50, 1565-1618 (2000).</li>
<li>Gardiner, W. C. Jr <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aGardiner%2C+WC+%22Gas-Phase+Combustion+Chemistry%22">Gas-Phase Combustion Chemistry</a>. , Springer-Verlag. New York, Berlin, Heidelberg. (2000).</li>
<li>Warnatz, J., Maas, U., Dibble, R. W. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aWarnatz%2C+J+%22Combustion%3A+Physical+and+Chemical+Fundamentals%2C+Modeling+and+Simulation%2C+Experiments%2C+Pollutant+Formation%22">Combustion: Physical and Chemical Fundamentals, Modeling and Simulation, Experiments, Pollutant Formation</a>. , 4th edn, Springer. (2006).</li>
<li>McEnally, C. S., Pfefferle, L. D., Atakan, B., Kohse-Höinghaus, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Studies+of+aromatic+hydrocarbon+formation+mechanisms+in+flames%3A+Progress+towards+closing+the+fuel+gap%5BTitle%5D)+AND+%22Progress+in+Energy+and+Combustion+Science%22%5BJournal%5D)">Studies of aromatic hydrocarbon formation mechanisms in flames: Progress towards closing the fuel gap.</a> Progress in Energy and Combustion Science. 32, 247-294 (2006).</li>
<li>Kohse-Höinghaus, K., Barlow, R. S., Alden, M., Wolfrum, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Combustion+at+the+focus%3A+laser+diagnostics+and+control%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+Combustion+Institute%22%5BJournal%5D)">Combustion at the focus: laser diagnostics and control.</a> Proceedings of the Combustion Institute. 30, 89-123 (2005).</li>
<li>Qi, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Combustion+chemistry+probed+by+synchrotron+VUV+photoionization+mass+spectrometry%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+Combustion+Institute%22%5BJournal%5D)">Combustion chemistry probed by synchrotron VUV photoionization mass spectrometry.</a> Proceedings of the Combustion Institute. 34, 33-63 (2013).</li>
<li>Golan, A., Ahmed, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecular+beam+mass+spectrometry+with+tunable+vacuum+ultraviolet+%28VUV%29+synchrotron+radiation%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Molecular beam mass spectrometry with tunable vacuum ultraviolet (VUV) synchrotron radiation.</a> Journal of Visualized Experiments. 50164 (68), (2012).</li>
<li>Kohse-Höinghaus, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biofuel+combustion+chemistry%3A+From+ethanol+to+biodiesel%5BTitle%5D)+AND+%22Angew.+Chem.+Int.+Ed%22%5BJournal%5D)">Biofuel combustion chemistry: From ethanol to biodiesel.</a> Angew. Chem. Int. Ed. 49, 3572-3597 (2010).</li>
<li>Hansen, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fuel-structure+dependence+of+benzene+formation+processes+in+premixed+flames+fueled+by+C6H12+isomers%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+Combustion+Institute%22%5BJournal%5D)">Fuel-structure dependence of benzene formation processes in premixed flames fueled by C6H12 isomers.</a> Proceedings of the Combustion Institute. 33, 585-592 (2011).</li>
<li>Hansen, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Isomer-specific+combustion+chemistry+in+allene+and+propyne+flames%5BTitle%5D)+AND+%22Combustion+and+Flame%22%5BJournal%5D)">Isomer-specific combustion chemistry in allene and propyne flames.</a> Combustion and Flame. 156, 2153-2164 (2009).</li>
<li>Hansen, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Initial+steps+of+aromatic+ring+formation+in+a+laminar+premixed+fuel-rich+cyclopentene+flame%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Physical+Chemistry+A%22%5BJournal%5D)">Initial steps of aromatic ring formation in a laminar premixed fuel-rich cyclopentene flame.</a> Journal of Physical Chemistry A. 111, 4081-4092 (2007).</li>
<li>Hansen, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Identification+of+C5Hx+isomers+in+fuel-rich+flames+by+photoionization+mass+spectrometry+and+electronic+structure+calculations%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Physical+Chemistry+A%22%5BJournal%5D)">Identification of C5Hx isomers in fuel-rich flames by photoionization mass spectrometry and electronic structure calculations.</a> Journal of Physical Chemistry A. 110, 4376-4388 (2006).</li>
<li>Hansen, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Identification+and+chemistry+of+C4H3+and+C4H5+isomers+in+fuel-rich+flames%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Physical+Chemistry+A%22%5BJournal%5D)">Identification and chemistry of C4H3 and C4H5 isomers in fuel-rich flames.</a> Journal of Physical Chemistry A. 110, 3670-3678 (2006).</li>
<li>Hansen, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+combined+ab+initio+and+photoionization+mass+spectrometric+study+of+polyynes+in+fuel-rich+flames%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Chemistry+Chemical+Physics%22%5BJournal%5D)">A combined ab initio and photoionization mass spectrometric study of polyynes in fuel-rich flames.</a> Physical Chemistry Chemical Physics. 10, 366-374 (2008).</li>
<li>Taatjes, C. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enols+are+common+intermediates+in+hydrocarbon+oxidation%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Enols are common intermediates in hydrocarbon oxidation.</a> Science. 308, 1887-1889 (2005).</li>
<li>Tolocka, M. P., Zhao, B., Wang, H., Johnston, M. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chemical+species+associated+with+the+early+stage+of+soot+growth+in+a+laminar+premixed+ethylene-oxygen-argon+flame%5BTitle%5D)+AND+%22Combustion+and+Flame%22%5BJournal%5D)">Chemical species associated with the early stage of soot growth in a laminar premixed ethylene-oxygen-argon flame.</a> Combustion and Flame. 142, 364-373 (2005).</li>
</ol>

יש המחברים אין לחשוף.

שילוב המתואר של יינון פוטון יחיד להבה דגימה וVUV מבוסס סינכרוטרון עם ספקטרומטריית מסה מספק מבט מפורט ביותר להרכב הכימי של להבות מודל מבוסס מעבדה אפשריות כרגע. ספקטרומטר המסה מספק זיהוי אוניברסלי של כל מיני להבת נדגמו בו זמנית עם רגישות גבוהה (טווח עמודים לדקה) על פני טווח דינמי רחב. אינסטרומנטלי להצלחה של טכניקה זו הוא השימוש בפוטוני VUV-סינכרוטרון שנוצר, שאנרגיות בקלות יכולה להיות מכוון, כדי לספק סלקטיביות טובה בין איזומרים ובקרה של פיצול. הגורם האחרון הוא חשוב בעת ניתוח תערובות מורכבות. היכולות של הניסוי המתואר הם ללא תחרות על ידי גז כרומטוגרפיה, המשמשת בדרך כלל להאיזומר הפרדה, ועל ידי טכניקות יינון קונבנציונליות באמצעות אלקטרונים אנרגטיים. מגבלות של הטכניקה מבוססת סינכרוטרון נובעות מהעובדה כי, במיוחד עבור יחסים המוניים לתשלום גדולים יותר, MAאיזומרים שונים ניו יורק הם על הדעת, שאז לא ניתן לזהות באופן ייחודי, ולא ניתן להפריד את תרומתם באופן מהימן 1. תוצאות הניסוי, בצורה של קומפוזיציות להבה נפתר האיזומר, עשויות להניב דגמים הקינטית משופרים של כימיה בעירה ברמה מולקולרית מפורטת במיוחד. הניסויים שתוארו הם מאוד מסובכים ותיאור של הליכי פתרון הבעיות הוא מעבר למה שיכול להיות מתועד בווידאו ו / או הסעיף בפרוטוקול של כתב היד הזה. עובדה זו נכונה גם להליכי ניתוח נתונים. שינויים בהגדרה הניסיונית בדרך כלל נעשו off-line בין הוקצה &quot;beamtime&quot;. בגלל הדגש של ניסויים אלה הוא בקביעת כמותית של חומרי ביניים בעירה, זה מאוד קריטי יש להבות יציבה ושחזור. יתר על כן, יש צורך לבחור בחוכמה את אנרגיות הפוטון ופרמטרי סריקה אחרות כדי לקבלסט n נאות של נתוני ניסוי שמספיק לקביעה אמינה של מבנה הלהבה. ניסויי הלהבה שבוצעו במקור האור מתקדם בהצלחה תרמו לפענח את הכימיה של היווצרות בנזן בלהבות פחמימנים 7. תפקיד בולט של רדיקלים התייצב תהודה כמו קודמיו כבר נקבע, למשל, עם זיהוי של propargyl, allyl, ו-i-C H 4 5 רדיקלים. מכיוון שהוא חשב היווצרות בנזן להיות רק הצעד הראשון בתהליך היווצרות פיח הכולל, מאמצים נוספים נמצאים בעיצומם במקור האור מתקדם כדי לזהות את ההרכב הכימי של חלקיקי פיח שנדגמו להבה. בהשוואה לניסויי פיח דגימה הקודמות דומים 28, ניסוי בתרסיס דגימה חדש שהוקם זה מאפשר הקלטת ספקטרום קרוב לסף המוני, כלומר, אנרגיית הפוטון יכולה להיות מכוונת דווקא לאo להיות רק מעט מעל אנרגיות יינון הרכיבים &quot;, ובכך להימנע מפיצול. יתר על כן, fragmentations הם גם נמנעו במידה רבה על ידי שימוש בתהליך של פלאש אידוי ברחוב הנחושת בטמפרטורה מבוקרת. עם זאת, הניסוי מוגבל כיום על ידי לא להיות מסוגל לספק נתונים כמותיים. כמו כן, את הספקטרום ההמוני נרשם אינו חלקיק מסוים, אבל בממוצע לכל חלקיקים רבים כנראה משתנה בהרכבם וגודלם. בנוסף, עיבוי יכול ועושה להתרחש בבדיקת הדגימה, שמסבך את זיהוי של מינים הקשורים לחלקיקים בלהבה. יתר על כן, המינים שזוהו חייבים להיות תנודתי מספיק כדי להיות מתאדים בטמפרטורה של הגוש נחושת (C ° 300-400) תחת ואקום. עם זאת, נתונים איכותיים המוקדמים מצביעים על כך שהיצירות של מיני מבשר פיח תלויות במבנה הכימי של הדלק ושמנגנוני פיח מבשר היווצרותם kinetically מונעים בניגוד ליסmodynamically. מאמצי ספקטרומטריית מסת התרסיס נמצאים כיום בשלבים המוקדמים, והתובנות שנרכשו עד כה יותר לזהות הזדמנויות למחקר. עבודה בעתיד על תהליכי היווצרות הפיח צפויה להתמקד בכימיה מעבר לטבעת ארומטית הראשונה, כלומר, היווצרות של indene, נפטלין, anthracene, וכו &#39;, ואיזומרים שלהם. המטרה הסופית היא להבין את הכימיה (ופיסיקה) של הקמת חלקיקים, ולפתח מודל חיזוי שיכול לתאר את התהליך כולו פיח היווצרות (מחמצון דלק לקרישת חלקיקים).

הקמת מנגנון עקבי ומנבא לתהליכי צמיחה מולקולרית והיווצרות פיח היא אחד האתגרים הגדולים ביותר ב8,9 מחקר בכימיה בעירה. תהליכי בעירה מהווים למעלה ממחצית מזיהום אוויר חלקיקים העדין (PM 2.5 - החלקיקים שהוגדרו על ידי קוטר אווירודינמי של ≤ 2.5 מיקרומטר), וכן, כדי להפחית את הפליטה של תוצרי לוואי של בעירה בלתי רצויים אלה, חשוב לדעת את זהותם, ריכוזים , והיווצרות מסלולי 10. טבעו של תוצרי לוואי הבעירה מושפע הדלק והתנאים שבם הוא נשרף. מחקרים רבים מצאו קשר בין פליטות בעירה להשפעות סביבתיות ובריאותיות אקוטיות 11-13. לדוגמא, יש חלקיקי בעירה שנוצרה יש השפעה חזקה על איכות האוויר, הראות באטמוספרה, ואת יתרת הקרינה של האטמוספרה של כדור הארץ. הנחה הוא כי ההרכב הכימי של המסרק המוטסחלקיקים שנוצר ustion קובעים רעילותם, אשר מזוהה בדרך כלל עם פחמימנים ארומטיים פוליציקליים (PAHs). מיני האחרונים נחשבים למבשרים המולקולריים של פיח, והם נוצרים בתהליכי בעירה לא מושלמים. שוב, לזהות תהליכים אלה הוא עדיין בעיה מאתגרת. באופן כללי, תגובות הבעירה, שהם במקור של פליטות אלה, בצע את פירוק דלק מסובך ומסלולי חמצון, הכולל מינים תגובתי רבים ושונים. הם מחוברים ברשת של מאות או אפילו אלפים של תגובות שיעוריהם תלויים בטמפרטורה ובלחץ 14,15. מינרית, מעורבב מראש, להבות שטוחות התייצב צורב, שניתן להקים בלחצים נמוכים כמו 20-80 mbar (15-60 Torr), מייצגות את אחת מסביבות הבעירה סטנדרטיות הנפוצות לפענח הרשת הכימית המורכבת הזה ולחקור את המזהמים פוטנציאל שלy נתון דלק טיפוסי 16. בתצורה זו, הדלק והחמצן כבר מעורבים כאשר הם מגיעים לחזית הלהבה; וכך, השיעור של בעירה הוא נשלט על ידי תהליכים כימיים ולא על ידי ערבוב. על ידי הפעלת הלהבות האלה בלחץ תת אטמוספרי, העובי הפיזי של אזור התגובה הוא מוגבר, המאפשר רזולוציה מרחבית משופרת של טמפרטורה הדרגתיים וריכוז עם טכניקות המבוסס על לייזר או בדיקה מדגמיות 1,17. על מנת לנתח את ההרכב הכימי של להבות כזה בדיוק, נדרשים כלי ניתוח שמספקים זיהוי אוניברסלי של כל המינים בו זמנית, רגישות גבוהה וטווח דינמי, סלקטיביות טובה בין איזומרים, ושליטה של ​​פיצול מולקולרי. פריצת דרך במחקר הבעירה כימיה הושגה עם השימוש בספקטרומטריית מסת דגימת להבה במקורות סינכרוטרון אור שבו קרינת ואקום אולטרה סגול מתכונן (VUV) משמשת לכמעט threShold 5,6 יינון פוטון יחיד. בניסויים הלהבה במקור האור מתקדם (ALS) של המעבדה הלאומית לורנס ברקלי, שמוצגות בוידאו הנלווה, דגימות גז נסוגו מבתוך הלהבות המעורבבות מראש על ידי קונוס קוורץ, התרחבו לואקום גבוה יותר, ומיונן על ידי VUV הפוטונים 1,5. ניסיוני ההגדרה מוצגת באופן סכמטי באיור 1. המפתח להצלחתו של ניסוי זה כבר את היכולת לכוון את האנרגיה של הפוטונים מייננת בטווח מתאים כדי למזער או אפילו למנוע photofragmentation ולאפשר סגוליות האיזומר 1,3 , 5,18. כפי שניתן לראות בווידאו, ניתן להקליט עקומות יעילות photoionization (פאי), על ידי כוונון אנרגיית פוטון 19, המאפשרת לנו לזהות מיני isomeric ספציפיים בתערובת הלהבה מסובכת. עקומות פאי למינים בודדים בדרך כלל יש תכונות שונות, כלומר, ספי יינון, צורות ועוצמות. הווידאוסימפוני מציג את הגישה הניסויית המשמשת לקביעת פרופילי חפרפרת שבריר של הרכיבים הבודדים כפונקציה של המרחק אל פני השטח המבער. ניסויי בעירה מבוססי ALS אלה התמקדו בתהליכי היווצרות פיח בלהבות פחמימנים ועל החמצון של הדור הבא, דלקים 1,20 מחומצן, שמקורם בביו. בכל הקשור לבעית פיח היווצרות, הניסויים גילו הרבה תובנות חדשות. לסיכום, הוא הבין כעת כי המבנה הכימי של הדלק משפיע על הזהות (וכמות) של המולקולות המבשרת וכי מסלולים שונים וכתוצאה מכך רבים יכולים לתרום לצעד הראשון בתהליך היווצרות פיח הכולל 7,21. תובנות עמוקות אף יותר לכימית פיח היווצרותם זכו בעת זיהוי הרכיבים הכימיים של חלקיקי פיח להבה שנוצרה עם ספקטרומטר מסת תרסיס מבוסס-ALS. בניסוי החדש הזה, שהוא explained במחצית השנייה של הווידאו, להבות שאינן מעורבב מראש (דיפוזיה) נמצאות בשימוש. ההתקנה הניסיונית גם מוצגת באיור 1. בתצורה זו, להבה הוקמה בלחץ קרוב לאטמוספרי [mbar 933 (700 טור)] בין שני מטוסי מינרית התנגדו דלק והחמצן. בגלל זרמי הדלק והמחמצן נשארים מופרדים מחוץ לאזור התגובה, תצורה זו מספקת הזדמנות טובה לבחון את תהליכי צמיחה מולקולריים. חלקיקי להבה שנוצרה הם נסוגו מהאש באמצעות microprobe קוורץ ולאחר מכן התמקדו במערכת עדשות אווירודינמי על יעד נחושת מחומם, שבו החלקיקים יהבהבו לאדות ולהתפרק למרכיבים האישיים שלהם. לאחר מכן אבני בניין המולקולרי אלה מיוננים על ידי הפוטונים VUV מALS, והיונים המתאימים נבחרו 4 המוני. לא כל העבודה הדרושה ניתן לראות בסרטון, אבל הנתונים מצביעים על כך שתרסיס מנגנוני פיח היווצרות עשויים להיות kineticall<html> y ולא נשלט thermodynamically. כמו כן, הנתונים גם מצביעים על כך שH-ההפשטה-C 2 H 2-בנוסף המקובלת המנגנון (HACA), שבו מינים ריחניים קטנים לגדול לפחמימנים ארומטיים פוליציקליים גדולים יותר (PAHs) על ידי רצף חוזר ונשנה של H-הפשטה ו-C 2 תגובות 2-H בנוסף, לא יכולות להסביר את כל מרכיבי חלקיקים שנצפו. בשילוב עם הווידאו, הפרוטוקול המפרט את נהלי רכישת נתונים. <img alt="איור 1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51369/51369fig1highres.jpg" width="500" /> איור 1. תרשים סכמטי של קרן דגימת הלהבה המולקולרית וניסויים ספקטרומטריית מסת אירוסול במקור האור מתקדם של המעבדה הלאומית לורנס ברקלי. עם הרשאות משופטים. 2 ו -4.9fig1highres.jpg &quot;target =&quot; _blank &quot;&gt; לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

<table><tbody><tr>ספקטרומטר <td></td><td></td><td>מסה לדגימת להבה</td><td></td></tr><tr><td>ספקטרומטר</td><td></td><td></td> מסה אירוסול <td>בהתאמה אישית</td></tr></tbody></table>

ניסויי להבה במקור האור מתקדם: תובנה חדשות על תהליכי היווצרות פיח

Flame Experiments at the Advanced Light Source: New Insights into Soot Formation Processes

פרוטוקולי הניסוי הבאים והווידאו הנלווה עוסקים בניסויי הלהבה שמבוצעים בBeamline הכימי הדינמיקה של מקור האור מתקדם (ALS) של לורנס ברקלי המעבדה הלאומי 1-4. סרטון זה מדגים כיצד המבנים הכימיים המורכבים של להבות מודל מבוסס מעבדה מנותחים באמצעות ספקטרומטריית מסת דגימת להבה עם ואקום אולטרה סגול-סינכרוטרון שנוצר מתכונן קרינה (VUV). גישה ניסויית זה משלבת יכולות פתרון-האיזומר עם רגישות גבוהה וטווח דינמי גדול 5,6. החלק הראשון של הסרטון מתאר ניסויים מעורבים, הפחית לחץ (20-80 mbar) להבות מעורבבות מראש מינרית התייצב צורב. דלק פחמימני קטן שימש ללהבה שנבחרה כדי להדגים את הגישה הניסויית הכללית. הוא הראה כיצד פרופילים &#39;המינים נרכשים כפונקציה של מרחק ממשטח צורב וכיצד tunability של VUVאנרגיית פוטון משמשת לתועלתו לזהות ביניים בעירה רבים המבוססים על אנרגיות היינון שלהם. לדוגמא, בטכניקה זו נעשתה שימוש כדי ללמוד היבטי גז שלב של תהליכי פיח היווצרות, והסרטון מראה כיצד רדיקלים התייצב תהודה, כגון C 3 H 3, C 3 H 5, ו-H 4 i-C 5, מזוהה כחומרי ביניים חשובים 7. העבודה התמקדה בתהליכי היווצרות פיח, ו, מנקודת המבט הכימית, התהליך הזה הוא מאוד מעניין, כי מבנים כימיים המכילים מיליון של אטומי פחמן מורכבים ממולקולת דלק שמחזיקה רק כמה אטומים פחמן בתוך אלפיות שנייה. החלק השני של הווידאו מדגיש ניסוי חדש, שבו להבה התנגדה זרימת דיפוזיה וספקטרומטריית מסת תרסיס מבוסס סינכרוטרון משמשים ללמוד את ההרכב הכימי של חלקיקי פיח הבעירה שנוצרה 4. תוצאות הניסוי מצביעות על tכובע המנגנון H-הפשטה-C 2 H 2-בנוסף (HACA) המקובל הוא לא תהליך הצמיחה המולקולרי היחיד אחראי להיווצרות של פחמימנים שנצפו הגדולים ארומטיים פוליציקליים (PAHs).

ספקטרום המוני אופייני של גזים שנדגמו מלהבת האש הקטנה המעורבבת מראש בלחץ הנמוך מוצג באיור 5. זהותם של המינים תורמים לאות מתגלה על ידי יעילות נדגמו להבת photoionization עקומות (פאי), עבור כל מסה אל יחס תשלום (m / z) והשוואתם לאנרגיות ידועות האיזומר ספציפי יינון ועקומות עוגה. דוגמאות אופייניות של עקומות PIE-נדגמו להבה מוצגות באיור 6 למ &#39;/ z = 39 (C 3 H 3) ו41 (C 3 H 5). נתוני לקוחים מלהבת propyne stoichiometric 22. האות מזוהה באופן חד משמעי על ידי ספי היינון האופייניים שלהם מקורן רדיקלים propargyl וallyl התייצבו בהדהוד. עבור ערכי m / z רבים, איזומרים מספר מזוהים באופן שיגרתי על ידי התבוננות ספים מרובים. דוגמאות רבות כבר נדונו בהרחבה בספרות, למשל, מ &#39;/ z= 40 (allene וpropyne), 44 (ethenol ואצטאלדהיד), 54 (1,3-ניטריל, 1-butyne, ו2-butyne), או 78 (fulvene ובנזין) 23-27. <img alt="איור 5" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51369/51369fig5highres.jpg" width="500" /> איור 5. ספקטרום ההמוני זמן של הטיסה. הקלטות עם פוטונים של 9.9 eV במרחק מ&quot;מ 1.25 מהצורב המעורבב מראש בלחץ הנמוך בpropyne-O 2 להבת stoichiometric. כל הפסגות ניתן להקצות בקלות ביניים בעירה שונות כפי שמתוארים בשלב הבא. <img alt="איור 6" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51369/51369fig6highres.jpg" width="500" /> איור 6. להבה שנדגמו עקומות יעילות photoionization למ &#39;/ z = 39 ו41. רדיקלים התייצבו בהדהוד propargyl וllyl באופן חד משמעי ניתן לזהות מבוסס על ספי יינון הנצפים. ברגע שרכב isomeric ידוע, ספקטרום המוני נלקחים באנרגיות פוטון שונות ומתוך עמדות שונות בלהבה, כפי שתואר לעיל בסעיף הפרוטוקול, כדי לאפשר לקביעת פרופילי שבריר השומה האיזומר הספציפי של המינים הבודדים כמו פונקציה של מרחק ממשטח המבער. פרופילי חפרפרת שבריר נציג fulvene והבנזין בלהבת propyne stoichiometric מהצורב המעורבב מראש בלחץ הנמוך המוצגים באיור 7 22. עבור כל להבה, בדרך כלל כוללת של 40-50 פרופילי חפרפרת שבריר בודדים נקבעים למינים החל (אטום H) מ &#39;/ z = 1 מ&#39; / z = 78 (בנזן ו / או fulvene) או אפילו גבוה יותר, בהתאם למטרות המדעיות. פרופילי שבריר שומה אלה משמשים לאחר מכן כדי להעריך את יכולות חיזוי של מודלים בעירה כימיה וvalidate. <img alt="איור 7" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51369/51369fig7highres.jpg" width="500" /> איור 7. פרופילי שבריר שומה ניסויי. פרופילים של fulvene ובנזין בלהבת propyne stoichiometric מהצורב המעורבב מראש בלחץ הנמוך. ספקטרום המוני תרסיס טיפוסי מוצג באיור 8. זה נלקח מתוך פרופאן להבה התנגדה זרימת דיפוזיה. אות יון נצפתה עבור מינים עם יחס מ &#39;/ z החל 150-600, עם שיא סביב מ&#39; / z = 226. זה מעבר ליכולות הניסוי הנוכחיות כדי לזהות את כל המינים שנצפו בספקטרום ההמוני או לפענח מסלולי היווצרות האפשריים שלהם. לוקח ספקטרום המוני כגון פונקציה של מרחק מהשקע הדלק כפי שתואר לעיל (וניתן לראות בסרטון) מספק פרופילי מרחבית נפתרו. ייצוגיםדוגמא sentative מוצגת במפרצון של איור 8 למינים מ &#39;/ z = 256 (C 20 H 16). ניתן להשיג פרופילים דומים לכמו גם כל אחד מהמינים האחרים, שכתוצאה מכך יכול לשמש כמטרות אימות עבור כל מודל בעירת כימיה. <img alt="איור 8" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51369/51369fig8highres.jpg" width="500" /> איור 8. ספקטרום המוני תרסיס נדגמו-להבה מלהבת 2 התנגדה זרימת דיפוזיה פרופאן-O. מפרצון תערוכות נציג פרופיל נפתר מרחבית ל20 C H 16 מינים במ &#39;/ z = 256.

דגימת גז מלהבות מעבדה בקנה מידה עם ניתוח באינטרנט של כל המינים על ידי ספקטרומטריית מסה היא שיטה רבת עוצמה כדי לחקור את התערובת המורכבת של תרכובות כימיות המתרחשות בתהליכי בעירה. יחד עם יינון רך מתכונן באמצעות קרינת ואקום אולטרה סגול-סינכרוטרון שנוצר, בטכניקה זו מספקת מידע נפתר האיזומר ואפשרות ללא בר ספקטרום המוני.

The following experimental protocols and the accompanying video are concerned with the flame experiments that are performed at the Chemical Dynamics ...

המטרה הכוללת של הליך זה היא לנתח את ההרכב הכימי של להבות פחמימנים בקנה מידה מעבדתי, כדי לפתח הבנה מפורטת של תהליכי היווצרות אלו בסביבות בעירה. דבר זה מושג תחילה על ידי יצירת להבות תערובת מוקדמות המיוצבות על ידי מבער תחת לחץ מופחת של כ-20 עד 80 millibars. השלב השני הוא דגימת גזים מלהבות אלו ולאחר מכן קביעת הזהות הכימית של המינים שנדגמו באמצעות ספקטרומטר מסות מסוג time of flight שנבנה בהתאמה אישית עם יינון פוטואלקטרי באולטרה-סגול בוואקום.בשלב הבא, נקבע ריכוזם של מינים אלו כפונקציה של המרחק מהמבער. השלב הסופי הוא שימוש בגישה דומה כדי לחקור את ההרכב הכימי של חלקיקים הנוצרים כתוצאה מהבעירה, אשר מהווים את תוצרי תהליכי ההיווצרות בשלב הגז. לבסוף, ספקטרומטריית מסות לדגימת להבה עם Ultraviolet vacuum.יינון פוטו-כימי משמש כדי להראות שרדיקלים המיוצבים על ידי רזוננס הם תוצרי ביניים חשובים, וכי מנגנון פשוט אחד אינו יכול להסביר את כל רכיבי הפיח שנצפו. בעוד ששיטה זו יכולה לספק תובנות לגבי תהליכי בעירה, ניתן להשתמש בה גם כדי לחקור כימיה אטמוספרית, דינמיקה מולקולרית וקינטיקה, בין היתר. ראשית, הגדירו זרימה של 1 liter per minute של ארגון וזרימה של 1.5 liter per minute של חמצן דרך פני השורף, ושמרו על לחץ של 80 millibars בתא הלהבה.מקמו את מדליק חוט החימום מעל פני השטח של המבער. לאחר מכן, כוון את זרימת המיאל ל-0.4 liters per minute והפעילו במהירות את המדליק לאחר ההצתה. כבו את מדליק חוט החימום והזיזו אותו הרחק מהמבער.בשלב הבא, הגדירו את ספיקות ה-Argonne הרצויות של חמצן, מימן ודלק. כווננו את הלחץ כך שיתאים לתנאים של הלהבה המטרה, אשר נעים בדרך כלל בין 20 ל-40 millibars כאשר הלחץ בתא היינון הוא 10 to the minus six millibar או פחות. הפעילו את המתחים על האופטיקה היונית של ספקטרומטר מסות זמן מעוף (time of flight mass spectrometer) ועל גלאי לוחות מיקרו-ערוציים (microchannel plate detector), ופתחו את שסתומי קו הקרן.הפעל את ממשק ה-vi הכללי של תוכנת רכישת הנתונים LabVIEW והזז את המבער למיקום הרצוי באמצעות לשונית המנוע (motor) בתוכנה. לאחר מכן, השתמש בלשונית הכללי (general) כדי להגדיר את פרמטרי הסריקה או את מספר השלבים לכל electron volt של אנרגיית פוטון. לאחר מכן, השתמש בלשונית ה-A LS כדי להגדיר את אנרגיית הפוטון לערך ההתחלה הרצוי והגדר את אנרגיית ה-a LS להיות פעילה בלשונית P 78 86.השתמשו בכפתור set parameters כדי להגדיר את מספר הסריקות (sweeps), מספר הbins ואת רוחב ה-bin. לאחר מכן, הזינו נתיב קובץ ושם תקינים ולחצו על start כדי להתחיל את תהליך איסוף הנתונים בבקרה ממוחשבת. עבור איסוף סריקות המבער (burner scans), הפעילו את המתחים על אופטיקת היונים של ספקטרומטר מסות מסוג זמן מעוף (time of flight mass spectrometer) ועל גלאי לוחות מיקרו-ערוציים (microchannel plate detector), כפי שנעשה בסריקות האנרגיה.פתחו את שסתומי קו האלומה כדי לאפשר לאלומת הפוטונים להיכנס לתא. לאחר פתיחת ממשק ה-vi הכללי של תוכנת רכישת הנתונים LabVIEW, השתמשו בבקר התנועה (jogger) תחת לשונית המנוע כדי להזיז את פני השטח של המבער קרוב ככל האפשר לאסיפת הדגימה (sampling cone), והגדירו מיקום זה כנקודת הראשית. לאחר מכן, הגדירו את המנוע כפעיל.השתמשו בלשונית הכללית (general) כדי להגדיר את פרמטרי הסריקה או את מספר השלבים למילימטר של תנועת המבער. לאחר מכן, השתמשו בלשונית ה-LS כדי להגדיר את אנרגיית הפוטונים לערך הרצוי, שלרוב הוא בין 8 ל-16.65 eV בלשונית P 78 86. השתמשו בכפתור הגדרת הפרמטרים (set parameters) כדי להפעיל מכשיר וירטואלי משני להגדרת מספר הסריקות (sweeps) או מספר ספקטרומי המסות המצברים זה על זה בכל מיקום של המבער, מספר הסלסולות (bins) ורוחב הסלסולה.לאחר מכן, ספקו נתיב קובץ ושם קובץ תקינים ולחצו על start כדי להתחיל את תהליך רכישת הנתונים האוטומטי; עבור ניסוי הארוסול משתמשים ב-RAAs עבור להבות בזרימה נגדית. כדי להתחיל, מלאו את תא הלהבה בארגון והעלו את הלחץ לכ-860 millibars. מקמו את סליל ההצתה בקירוב במרכז שתי יציאות המבער.כוון את זרימת המחמצן ל-0.3 liters per minute עבור חמצן ו-1.6 liters per minute עבור ארגון, ואת זרימת ה-co של המחמצן ל-2.5 liters per minute עבור ארגון. לאחר מכן, כוון את זרימת הדלק ל-0.3 liters per minute עבור מימן ו-2.5 liters per minute עבור ארגון, ואת זרימת ה-co של הדלק ל-2.5 liters per minute. עבור ארגון, פתח את שסתומי המימן והחמצן והפעל מיד את סליל ההצתה.מרגע שהלהבה ניצתה, כבה את סליל ההצתה והסת אותו לאחור. בנקודה זו, קבע את ספיקות החמצן, הארגון והדלק הרצויות. כבה את זרימת המימן והגדר את הלחץ ואת המרחק בין פתחי יציאת המגיבים לערכים הרצויים.עבור להבת המטרה. הגש את המתחים המתאימים לאופטיקת היונים ולגלאי של ספקטרומטר מסות האירוסול. לאחר מכן, פתח את ממשק המשתמש הכללי של תוכנת רכישת הנתונים LabVIEW ב-VI של זרימה נגדית.השתמש באפליקציית ה-jogger בלשונית המנוע כדי להזיז את מבער הזרימה הנגדית כך שמיקרו-קוורץ יהיה במיקום הקרוב ביותר ליציאת זרם הדלק. בעודו במיקום זה, אפס את מיקום פסיעות המנוע. לאחר מכן.פתחו לאט את שסתומי הכדור של רבע הסיבוב כדי לאפשר זרימה מקו דגימת הלהבה אל העדשה האווירודינמית או למערכת DL. ודאו שהלחץ במוצא של ה-A DL הוא קרוב ל-1 × 10⁻² millibars. השתמשו בלשונית הכללית (general tab) כדי להגדיר את פרמטרי הסריקה או את מספר השלבים למילימטר של תנועת המבער או אנרגיית הפוטון.השתמשו בלשונית ה-LS כדי להגדיר את אנרגיית הפוטונים הרצויה והשתמשו בלשונית המנוע (motor) כדי להזיז את המבער לעמדת המבער הרצויה. לאחר מכן, השתמשו בלשונית ה-P 78 86 ובכפתור הגדרת הפרמטרים שבה. כדי להגדיר את פרמטרי הרכישה, הגדירו את המנוע או את אנרגיית ה-LS שיהיו פעילים.הזינו נתיב קובץ ושם קובץ תקינים בשדות המתאימים ולחצו על start כדי לרכוש את ספקטרומי המסות של הארסול. ספקטרום מסים טיפוסי של גזים שנדגמו מלהבה מבעירה מקדימה בלחץ נמוך מוצג כאן. זהויות המינים התורמים לאות נחשפות באמצעות עקומות נצילות יינון פוטו-כימי (PIE) של גזים שנדגמו מלהבה עבור כל יחס מטען ראשי, והשוואתם לאנרגיות יינון ספציפיות לאיזומרים ולעקומות PIE ידועות.דוגמאות טיפוסיות של עקומות PIE שנמדדו בלהבה מוצגות כאן. עבור יחסי מטען ראשי של 39 ו-41. הנתונים נלקחו מלהבת פרופאן סטויכיומטרית.האות מזוהה באופן חד-משמעי, על פי ספי thresholds יינון האופייניים להם, כנובע מהרדיקלים ly stabilized arial ו-allele. עבור ערכי יחס מטען-מסה רבים, מזוהים באופן שגרתי מספר איזומרים באמצעות תצפית על מספר thresholds. דוגמאות רבות נידונו בהרחבה בספרות המקצועית.לדוגמה, יחס המטען הראשי שווה ל-40 עבור אלן ופרופאן, 44 עבור אתנול ואצטאלדהיד, 54 עבור one, three butadiene, one butane ו-two butane, או 78 עבור פולין ובנזן. ברגע שהרכב האיזומרים ידוע, נלקחים ספקטרומי מס באנרגיות פוטון שונות וממיקומים שונים בתוך הלהבה כדי לאפשר קביעה של פרופילי שבר מולי ספציפיים לאיזומר עבור המינים הבודדים. כפונקציה של המרחק מפני השטח של המבער, מוצגים כאן פרופילי שבר מולי מייצגים של פולין ובנזן בלהבת פרופאן גיאומטרית מסוג STO ממבער מקדימ-ערבוב בלחץ נמוך.עבור כל להבה, נקבעים בדרך כלל סה"כ 40 עד 50 פרופילי שבר מולי עבור מינים החל מיחס מטען ראשי השווה ל-1 ועד יחס מטען ראשי השווה ל-78 או אף יותר, תלוי במטרות המדעיות. פרופילי שבר מולי אלו משמשים לאחר מכן להערכת יכולות הניבוי של מודלים לכימיה של בעירה ולאימותם. ספקטרום מסה של אירוסול טיפוסי מוצג כאן, אשר נלקח מתוך להבת דיפוזיה של פרופאן בזרימה נגדית; אות יונים נצפה עבור מינים עם יחסי מטען ראשי הנעים בין 150 ל-600, עם שיא סביב 202.זיהוי כל המינים שנצפו בספקטרום המסיות או פענוח מסלולי היווצרות האפשריים שלהם חורגים מהיכולות הניסיוניות הנוכחיות. השגת ספקטרומי מסיות כאלו כפונקציה של המרחק מפתח יציאת הדלק, כפי שתואר, מספקת פרופילים בעלי רזולוציה מרחבית. דוגמה מייצגת מוצגת כאן עבור יחס מסה-מטען השווה ל-256. ניתן להשיג פרופילים דומים גם עבור כל אחד מהמינים האחרים, אשר כתוצאה מכך יוכלו לשמש כיעדי תיקוף עבור כל מודל של כימיית בעירה.לאחר רכישת מיומנות, מפעיל מיומן יכול להשתמש בטכניקה זו כדי להקליט סט מלא של נתוני להבה תוך מספר שעות בלבד.

flame-experiments-at-advanced-light-source-new-insights-into-soot

Research

JoVE Journal

Engineering

הנדסה

פיתוח של חומרים אבלטיביים חדשים והמודלים המספריים שלהם דורש מחקר ניסיוני מקיף. פרוטוקול זה מתאר נהלים לאפיון תגובת חומר בזרימות פלזמה כאשר טכניקות הליבה הן שיטות לא פולשניות למעקב אחר נסיגת החומר יחד עם הכימיה בשכבת הגבול הריאקטיבית על ידי ספקטרוסקופיה של פליטה.

חקירת Layer פליטה ספקטרליים Boundary במהלך פולשני חומר בדיקה ב Plasmatron

אנו מתארים את השימוש במיקרו-צמדים תרמיים כדי להעריך שיפועי טמפרטורה מקומיים בלהבות דיפוזיה של שכבת גבול למינרית יציבה. על ידי הרחבה של אנלוגיית ריינולדס, ניתן להשתמש בשיפועי טמפרטורה מקומיים כדי להעריך את קצב שריפת המסה המקומית ושטפי החום בלהבות כאלה בדיוק גבוה.

מתודולוגיה ניסויית עבור הערכת שטפי חום מקומי שיעורי הבוער Steady להבות דיפוזיה שכבה למינרית גבול

פרוטוקול ליצירת דגם פליטת בעירה עשירה בדלק מפותח באמצעות אפיון בעירה ומיושם לבדיקה ומחקר של תאי דלק בסיוע להבה מיקרו-צינורית.

אפיון שרפה ופיתוח דלק מודל מיקרו-צינורי בתאי דלק הלהבה בסיוע

פרוטוקול למדידה מירויות להבת תערובת תגובתי המורכבת nonoxide tetraiodine (לי 4 O 9) ואלומיניום (Al) מוצג. שיטה לפתרון קינטיקה תגובה באמצעות סריקת calorimetry דיפרנציאלי (DSC) מוצגת אף הוא. נמצא כי לי 4 O 9 הם 150% תגובתי יותר יוד אחרות (V) תחמוצות.

קינטיקה התגובה ו שרפה Dynamics של לי<sub&gt; 4</sub&gt; O<sub&gt; 9</sub&gt; ותערובות אלומיניום

פרוטוקול זה מתאר מנהרת רוח ניסויים שנועדו ללמוד את המעבר של אש מעל פני האדמה החופה של שפרל שיחים.

מנהרת רוח ניסויים ללמוד שפרל הכתר שריפות

חקירה של הכימיה בעירה חמצוני של הרומן דלק ביולוגי, דלק רכיבים או דלקים jet על-ידי השוואה של היווצרות המינים כמותיים המידע יוצג. הנתונים ניתן להשתמש עבור אימות מודל קינטי ומאפשר אסטרטגיות הערכה דלק. כתב יד זה מתאר את הכור אטמוספרי בטמפרטורות גבוהות זרימה ומדגים את יכולותיה.

כימיה בעירה של דלקים: נתונים כמותיים היווצרות המינים המתקבל של הכור אטמוספרי בטמפרטורות גבוהות לזרום עם מצמידים ספקטרומטר מסה מולקולרית-קרן אור

כאן, אנו מציגים פרוטוקול ללמוד בו זמנית דליקות ויעילות הבוער של הנפט הגולמי בליה ורענן בתנאים המדמים בחיי עיר צריבה פעולות על הים.

התהליך הניסיוני במחקרי מעבדה של בחיי עיר בוער: דליקות והיעילות צריבה של נפט גולמי

סיליקון polycrystalline סרט דק תאים סולריים על זכוכית מיוצרים על ידי הפקדת שכבות בורון וזרחן סיליקון מסוממים ואחריו פסיבציה, פגם גבישים ו metallisation. Plasmonic אור השמנה הוא הציג על ידי יצירת חלקיקים שמייצרת חברת על משטח סיליקון תא כתרים עם רפלקטור מתפזרת וכתוצאה מכך שיפור ~ פוטוני 45%.

סיליקון polycrystalline תאים סולאריים סרט דק עם plasmonic משופרת אור השמנה

המטרה הכללית של שיטה זו היא לקבוע את המבנה האלקטרוני האנרגיה נמוכה של מוצקים בטמפרטורות נמוכות במיוחד באמצעות ספקטרוסקופיה Photoemission angle-resolved עם קרינת סינכרוטרון.

Angle-resolved ספקטרוסקופיה Photoemission בטמפרטורות נמוכות במיוחד

מכשיר משולב, כוללים יחידות השמדת תא ושלישיית שלישייה סולרית צבען רגיש עד המרה הופק, ונותן קצירת אור משופר, מסעיף רחב יותר של ספקטרום השמש. תחת רמות קרינה צנועות תגובה משופרת באופן משמעותי לפוטוני אנרגיה נמוכים הודגמה, מניב שיא דמותו של הכשרון עבור תאים סולריים צבען רגיש.

שילוב מערכת Up-המרת שלישיית שלישיית השמדה כדי לשפר רגיש-Dye תגובת תאי שמש לאור תת bandgap

חקור את הרכב הכימי של להבות הידרוקרבונים במעבדה באמצעות ספקטרומטריית מסה עם יינון UV ריק. שיטה זו מספקת מידע מפורט על תהליכי בעירה וכימיה אטמוספירית.

ניסויי להבה במקור האור מתקדם: תובנה חדשות על תהליכי היווצרות פיח

גלה סרטונים נוספים