Visualizzazione di ambiente spettrometria di massa con l'uso della fotografia Schlieren

L'obiettivo generale di questa procedura è quello di visualizzare il flusso di gas di una sorgente di ionizzazione ambientale utilizzata con la spettrometria di massa, allo scopo di comprendere e ottimizzare la sorgente di ionizzazione. Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nel campo della spettrometria di massa a ionizzazione ambientale, come l'efficienza di ionizzazione rispetto alla posizione della sorgente. Il vantaggio principale di questa tecnica è l'utilizzo di flussi di gas visualizzati con una sorgente di ionizzazione ambientale per comprendere meglio il fenomeno fisico associato alla tecnica di rilevamento.

Sebbene questo metodo possa fornire informazioni sulla spettrometria di massa ambientale, può essere applicato anche ad altri sistemi, come i fenomeni fisici, che coinvolgono flussi di gas. Un esempio potrebbe essere il campo dell'aerodinamica. In generale, le persone che non conoscono questo metodo avranno difficoltà, perché inizialmente è difficile capire come regolare manualmente il sistema per ottenere il corretto allineamento della fotocamera.

Per prima cosa, fissa uno specchio concavo sferico in un morsetto per supporto ad anello abbastanza grande da sostenere lo specchio. Fissare il morsetto del supporto ad anello con lo specchio a un supporto ad anello da tre piedi perpendicolare al pavimento. Posizionare il supporto ad anello e lo specchio a lato della sorgente dello spettrometro di massa.

Regolare la faccia dello specchio in modo che sia parallela e alla stessa altezza della sorgente. Quindi, posizionare lo specchio in modo che il suo centro sia allineato con la regione centrale della sorgente dello spettrometro di massa. Quindi, attacca una piastra di metallo alla parte superiore del treppiede.

Attacca una lama di rasoio, nota come taglio, alla piastra metallica usando un magnete, in modo che il bordo affilato sia verticale. Posizionare il treppiede in linea con lo specchio, al doppio della lunghezza focale dello specchio. Quindi, allineare la lama del rasoio ortogonalmente al percorso della luce riflessa dallo specchio.

Regolare manualmente l'altezza del treppiede in modo che il bordo affilato della lama del rasoio sia approssimativamente allineato con il centro dello specchio. Successivamente, monta una fotocamera digitale, con un teleobiettivo da 300 millimetri su un treppiede separato. Posiziona la fotocamera in modo che l'obiettivo sia quattro centimetri direttamente dietro e alla stessa altezza della lama del rasoio.

Collega l'uscita video della telecamera al monitor di un computer per visualizzare facilmente il fenomeno Schlieren in tempo reale. Praticare un piccolo foro di circa zero virgola sei millimetri di diametro al centro di un tappo di fiala per fissarlo a una torcia. Applicare il tappo della fiala su una torcia a LED da 200 lumen, utilizzando del nastro adesivo ad alta temperatura.

L'esperimento funzionerà solo se l'allineamento di tutti i componenti è corretto. Si prega di fare attenzione a garantire un corretto posizionamento. Per garantire il corretto posizionamento della torcia, posizionare un puntatore laser sulla piastra metallica accanto alla lama del rasoio.

Sposta manualmente il puntatore laser in modo che il fagiolo colpisca il centro dello specchio. Regolare se necessario per assicurarsi che il raggio riflesso si intersechi ortogonalmente alla lama del rasoio, in modo che circa la metà del raggio sia bloccata. Se il raggio non è allineato, regolare manualmente la posizione dello specchio per puntare il raggio del puntatore laser direttamente sulla lama del rasoio.

Dopo essersi assicurati che il raggio laser sia centrato sulla lente, sostituire il puntatore laser con una torcia coperta mentre tutto è allineato. Quindi, accendi la torcia. Usando un pezzo di carta bianca, osserva la luce riflessa al taglio, assicurandoti che il raggio sia un punto piccolo e focalizzato.

Effettuare le regolazioni verticali necessarie per bloccare circa la metà del raggio di luce riflessa con il cutoff. Quindi, rimuovere il copriobiettivo sulla fotocamera e mettere a fuoco lo specchio. Allineare manualmente la sorgente di ioni per spettrometria di massa all'interno della regione di prova, con una distanza di 10 millimetri tra l'estremità dell'ugello e l'ingresso dello spettrometro di massa.

Successivamente, aprire manualmente la valvola a spillo verso la fonte ambiente, consentendo all'azoto di fluire attraverso di essa. Aprire il software utilizzato per controllare lo spettrometro di massa. Fare clic su File e selezionare Apri Tune.

Quindi, selezionare il file di sintonizzazione appropriato. Dopo aver aperto il Tune manuale, applicare tutte le tensioni e le temperature alla sorgente ambiente. Osservare l'aspetto del flusso che esce dall'ugello con l'apparato di Schlieren, sullo schermo di visualizzazione della fotocamera digitale all'aumentare della temperatura.

Una volta visualizzata l'immagine desiderata sulla fotocamera, raccoglierla scattando una foto del flusso di gas. A questo punto, aprire l'immagine acquisita utilizzando un software di visualizzazione delle immagini e stamparla. Disegna manualmente una linea usando una matita e un righello sull'immagine stampata, definendo l'asse centrale del flusso di gas parallelo alla direzione del flusso.

Utilizzando il righello, tracciare manualmente una linea lungo il bordo del flusso di gas visualizzato sull'immagine stampata. Segnare i bordi esterni del flusso di gas per ottenere un intervallo per il mezzo angolo di spruzzo. Infine, misurare l'angolo prodotto tra l'asse centrale e la linea utilizzando un goniometro.

Quando tutti i componenti della configurazione di Schlieren sono allineati correttamente, i gas all'interno della regione di prova possono essere visti come regioni scure e chiare contrastanti. Questo contrasto può essere utilizzato per osservare come la forma del flusso del getto di azoto dalla sorgente di spettrometria di massa cambia al diminuire delle dimensioni dell'ugello. Un'immagine di Schlieren completa, non ritagliata, della sorgente e del flusso di gas, illustra l'orientamento degli oggetti di prova rispetto allo specchio e mostra cosa ci si dovrebbe aspettare quando la giusta quantità di luce viene tagliata.

Se il taglio è troppo alto o troppo basso, risulteranno immagini scadenti. Con una dimensione costante dell'ugello, il semiangolo aumenta di conseguenza con l'aumento della pressione, il che significa un aumento complessivo del flusso di gas. Il semiangolo aumenta con un diametro dell'ugello maggiore a pressione costante, il che significa un aumento complessivo delle dimensioni del getto di azoto, che esce dalla sorgente all'aumentare del diametro dell'ugello.

Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere eseguita in una o due ore, se eseguita correttamente. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come visualizzare il flusso di gas di una sorgente di ionizzazione ambientale. Non dimenticare che lavorare con i puntatori laser può essere estremamente pericoloso e che durante l'esecuzione di questa procedura è necessario indossare sempre occhiali protettivi.