고급 광원 불꽃 실험 : 그을음 형성 프로세스에 새로운 통찰력

이 절차의 전반적인 목표는 실험실 규모 탄화수소 화염의 화학적 조성을 분석하여 연소 환경에서 이러한 형성에 대한 자세한 이해를 개발하는 것입니다. 이는 먼저 약 20-80mbar의 감소된 압력 하에서 버너 안정화 예혼합 화염을 설정하여 수행됩니다. 두 번째 단계는 이러한 화염에서 가스를 회수한 다음 진공 자외선 광 이온화 기능이 있는 맞춤형 비행 시간 질량 분석기를 사용하여 샘플링된 종의 화학적 특성을 결정하는 것입니다.

다음으로, 이러한 종의 농도는 버너로부터의 거리의 함수로 결정됩니다. 마지막 단계는 유사한 접근 방식을 사용하여 기체 상 형성 과정의 결과인 연소 생성 입자의 화학적 조성을 연구하는 것입니다. 궁극적으로, 진공 자외선을 사용한 화염 샘플링 질량 분석법.

광 이온화는 공명 안정화 라디칼이 중요한 중간체이며 하나의 간단한 메커니즘으로 관찰 된 모든 그을음 성분을 설명 할 수 없다는 것을 보여주는 데 사용됩니다. 이 방법은 연소 과정에 대한 통찰력을 제공할 수 있지만 무엇보다도 대기 화학, 분자 역학 및 역학을 연구하는 데 사용할 수도 있습니다. 먼저 버너 표면을 통해 분당 1리터의 아르곤 흐름과 분당 1.5리터의 산소 흐름을 설정하고 화염 챔버에서 80mbar의 압력을 유지합니다.

버너 표면 위에 열선 점화기를 놓습니다. 그런 다음 수소 흐름을 분당 0.4리터로 설정하고 점화 후 점화기를 빠르게 활성화합니다. 열선 점화기를 끄고 버너에서 멀리 떨어진 곳에 두십시오.

다음으로, 아르곤 산소, 수소 및 연료의 원하는 흐름을 설정합니다. 대상 화염의 조건과 일치하도록 압력을 조정하며, 이온화 챔버의 압력이 10에서 마이너스 6 밀리바 이하일 때 일반적으로 20 - 40 밀리바 사이입니다. 비행 시간 질량 분석기와 마이크로 채널 플레이트 검출기의 이온 광학 장치에 전압을 적용하고 빔라인 밸브를 엽니다.

랩 뷰 데이터 수집 프로그램 일반 인터페이스 vi를 시작하고 소프트웨어의 모터 탭을 사용하여 버너를 원하는 위치로 이동합니다. 그런 다음 일반 탭을 사용하여 스캔 매개변수 또는 광자 에너지의 전자 볼트당 단계 수를 정의합니다. 그런 다음 A LS 탭을 사용하여 광자 에너지를 원하는 시작 값으로 설정하고 P 78 86 탭에서 활성화할 LS 에너지를 정의합니다.

매개변수 설정 버튼을 사용하여 스윕 수, 빈 수 및 빈 너비를 설정합니다. 그런 다음 유효한 파일 경로와 이름을 입력하고 시작을 클릭하여 컴퓨터 제어 데이터 수집 프로세스를 시작합니다. 버너 스캔을 획득하기 위해 에너지 스캔과 같은 전압을 비행 시간 질량 분석기 및 마이크로 채널 플레이트 검출기의 이온 광학 장치에 적용하십시오.

빔라인 밸브를 열어 챔버에 광자 빔이 들어갈 수 있도록 합니다. LabVIEW 데이터 수집 프로그램 일반 인터페이스 vi를 연 후 모터 탭 아래의 조거를 사용하여 버너 표면을 샘플링 원뿔에 최대한 가깝게 이동하고 해당 위치를 원점으로 정의합니다. 그런 다음 모터를 활성화하도록 정의합니다.

일반 탭을 사용하여 스캔 매개변수 또는 버너 이동의 밀리미터당 단계 수를 정의합니다. 그런 다음 a LS 탭을 사용하여 광자 에너지를 원하는 값(일반적으로 P 78 86 탭에서 8개에서 16.65개 사이)으로 설정합니다. 매개변수 설정 버튼을 사용하여 서브 가상 기기를 시작하여 모든 버너 위치에서 스윕 수 또는 서로에 추가된 질량 스펙트럼 수, 빈 수 및 빈 너비를 설정합니다.

그런 다음 유효한 파일 경로와 이름을 제공하고 시작을 클릭하여 자동화된 데이터 수집 프로세스를 시작합니다.에어로졸 실험에 대한 RAA는 유동 화염에 반대됩니다. 먼저 화염 챔버를 아르곤으로 채우고 압력을 약 860mbar까지 높입니다. 점화 코일을 두 버너 배출구의 대략 중앙에 재생합니다.

산소의 경우 산화제 스트림을 분당 0.3리터, 아르곤의 경우 분당 1.6리터로 설정하고 산화제 스트림 공동 흐름을 아르곤의 경우 분당 2.5리터로 설정합니다. 그런 다음 연료 흐름을 수소의 경우 분당 0.3리터, 아르곤의 경우 분당 2.5리터로 설정하고 연료 스트림 공동 흐름을 분당 2.5리터로 설정합니다. 아르곤의 경우 수소 및 산소 밸브를 열고 즉시 점화 코일을 켜십시오.

불꽃에 불이 붙으면 점화 코일을 끄고 집어넣습니다. 이 시점에서 산소, 아르곤 및 연료의 원하는 흐름을 설정합니다. 수소의 흐름을 끄고 압력과 반응물 출구 분리를 원하는 값으로 설정합니다.

대상 화염의 경우. 에어로졸 질량 분석기의 이온 광학 장치 및 검출기에 적절한 전압을 적용합니다. 그런 다음 랩 뷰 데이터 수집 프로그램 일반 인터페이스 반대 흐름 vi를 엽니다.

모터 탭의 조깅 응용 프로그램을 사용하여 석영 미생물이 연료 스트림 배출구에 가장 가까운 위치에 있도록 반대 흐름 버너를 변환합니다. 이 위치에서 모터 스텝 위치를 0으로 재설정합니다. 이것에 따라.

화염 샘플링 라인에서 공기역학 렌즈 또는 DL 시스템으로 흐름을 허용하는 쿼터 턴 볼 밸브를 천천히 엽니다. A DL의 배출구에서 압력이 1 곱하기 10에서 음의 2밀리바에 가까운지 확인합니다. General(일반) 탭을 사용하여 스캔 매개변수 또는 버너 이동 또는 광자 에너지의 밀리미터당 단계 수를 정의합니다.

LS 탭을 사용하여 원하는 광자 에너지를 설정하고 모터 탭을 사용하여 버너를 원하는 버너 위치로 이동합니다. 다음으로 P 78 86 탭과 그 안에 있는 매개변수 설정 버튼을 사용합니다. 획득 매개변수를 설정하려면 모터 또는 LS 에너지가 활성화되도록 정의합니다.

해당 필드에 유효한 파일 경로와 이름을 삽입하고 시작을 클릭하여 에어로졸 질량 스펙트럼을 획득합니다. 저압 사전 혼합 버너에서 샘플링된 가스의 일반적인 질량 스펙트럼이 여기에 나와 있습니다. 신호에 기여하는 종의 정체는 각 마스터 전하 비율에 대한 화염 샘플링 광 이온화 효율 또는 PIE 곡선과 알려진 이성질체 특정 이온화 에너지 및 PIE 곡선과의 비교에 의해 드러납니다.

화염 샘플링된 PIE 곡선의 일반적인 예가 여기에 나와 있습니다. 마스터 충전 비율은 39와 41입니다. 데이터는 stoia 메트릭 프로판 화염에서 가져옵니다.

이 신호는 ly stabilized arial 및 allele radicals에서 발생하는 특징적인 이온화 임계값에 의해 명확하게 식별됩니다. 많은 마스터 전하 비율 값의 경우, 여러 이성질체는 여러 임계값을 관찰하여 일상적으로 식별됩니다. 많은 사례가 문헌에서 광범위하게 논의되었습니다.

예를 들어, 마스터 충전 비율은 알렌과 프로판의 경우 40, 에탄올과 아세트알데히드의 경우 44, 부타디엔 1개, 부탄 1개, 부탄 2개의 경우 54, 풀린과 벤젠의 경우 78입니다. 이성질체 조성이 알려지면 다양한 광자 에너지와 화염의 다른 위치에서 질량 스펙트럼을 가져와 개별 종의 이성질체 특정 몰 분율 프로파일을 결정할 수 있습니다. 버너 표면으로부터의 거리의 함수로서, 저압 프리믹스 버너로부터의 STO 기하학적 프로판 불꽃에서 풀린과 벤젠의 대표적인 몰 분율 프로파일이 여기에 나타나 있다.

각 화염에 대해 일반적으로 총 40-50개의 개별 몰 분율 프로파일이 과학적 목표에 따라 마스터 전하 비율이 1과 같을 때부터 마스터 전하 비율이 78 이상일 때까지 종에 대해 결정됩니다. 그런 다음 이러한 몰 분율 프로파일을 사용하여 연소 화학 모델의 예측 능력을 평가하고 검증합니다. 전형적인 에어로졸 질량 스펙트럼이 여기에 나타나 있으며, 프로판 대향 흐름 확산 화염 이온 신호 내에서 150에서 600 범위의 마스터 전하 비율을 가진 종에 대해 관찰되었으며 피크는 약 202입니다.

질량 스펙트럼에서 관찰된 모든 종을 식별하거나 가능한 형성 경로를 밝히는 것은 현재의 실험 능력을 넘어서며, 설명된 대로 연료 배출구로부터의 거리의 함수와 같은 질량 스펙트럼을 취하여 공간적으로 해결된 프로파일을 제공합니다. 대표적인 예가 여기에 나와 있는데, 질량 전하 비율이 256인 경우입니다. 다른 종에 대해서도 유사한 프로파일을 얻을 수 있으며, 결과적으로 모든 연소 화학 모델의 검증 대상으로 사용할 수 있습니다.

숙달되면 숙련된 작업자는 이 기술을 사용하여 단 몇 시간 내에 전체 화염 데이터 세트를 기록할 수 있습니다.