Wizualizacja spektrometrii mas otoczenia z wykorzystaniem fotografii Schlierena

Ogólnym celem tej procedury jest wizualizacja strumienia gazu ze źródła jonizacji otoczenia używanego ze spektrometrią mas, w celu zrozumienia i optymalizacji źródła jonizacji. Ta metoda może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w dziedzinie spektrometrii mas jonizacji otoczenia, takie jak wydajność jonizacji w zależności od położenia źródła. Główną zaletą tej techniki jest wykorzystanie wizualizowanych strumieni gazu ze źródłem jonizacji otoczenia w celu lepszego zrozumienia zjawiska fizycznego związanego z techniką detekcji.

Chociaż metoda ta może zapewnić wgląd w spektrometrię mas otoczenia, może być również stosowana do innych systemów, takich jak zjawiska fizyczne, które obejmują strumienie gazów. Przykładem może być dziedzina aerodynamiki. Ogólnie rzecz biorąc, osoby, które dopiero zaczynają korzystać z tej metody, będą miały trudności, ponieważ początkowo trudno jest wymyślić, jak ręcznie dostosować system, aby uzyskać prawidłowe ustawienie kamery.

Najpierw zamocuj kuliste wklęsłe lustro w pierścieniu stojaka clamp wystarczająco duży, aby podeprzeć lustro. Przymocuj stojak pierścieniowy clamp z lustrem do trzystopowego stojaka pierścieniowego prostopadłego do podłogi. Umieść podstawkę pierścieniową i lustro z boku źródła spektrometru mas.

Wyreguluj powierzchnię lustra tak, aby była równoległa do źródła i znajdowała się na tej samej wysokości. Następnie ustaw lustro tak, aby jego środek był wyrównany ze środkowym obszarem źródłowym spektrometru masowego. Następnie przymocuj metalową płytkę do górnej części statywu.

Przymocuj żyletkę, która jest znana jako odcięcie, do metalowej płytki za pomocą magnesu, tak aby ostra krawędź była pionowa. Umieść statyw w jednej linii z lustrem, na podwójnej ogniskowej lustra. Następnie ustaw żyletkę prostopadle do ścieżki światła odbitego od lustra.

Ręcznie wyreguluj wysokość statywu tak, aby ostra krawędź żyletki była w przybliżeniu wyrównana ze środkiem lustra. Następnie zamontuj aparat cyfrowy z teleobiektywem 300 milimetrów na osobnym statywie. Ustaw aparat tak, aby obiektyw znajdował się cztery centymetry bezpośrednio z tyłu i na tej samej wysokości co żyletka.

Podłącz wyjście wideo kamery do monitora komputerowego, aby łatwo zobaczyć zjawisko Schlierena w czasie rzeczywistym. Wywierć mały otwór o średnicy około sześciu milimetrów w środku nakrętki fiolki, aby przymocować ją do latarki. Przymocuj nakrętkę fiolki do latarki LED o mocy 200 lumenów, używając taśmy foliowej o wysokiej temperaturze.

Eksperyment zakończy się sukcesem tylko wtedy, gdy wyrównanie wszystkich komponentów jest prawidłowe. Zadbaj o prawidłowe ustawienie. Aby zapewnić prawidłowe ustawienie latarki, umieść wskaźnik laserowy na metalowej płytce obok żyletki.

Ręcznie przesuń wskaźnik laserowy tak, aby ziarno uderzało w środek lustra. W razie potrzeby wyreguluj, aby odbita wiązka przecinała się prostopadle do żyletki, tak aby około połowa wiązki była zablokowana. Jeśli wiązka nie jest wyrównana, ręcznie wyreguluj położenie lustra, aby skierować wiązkę wskaźnika laserowego bezpośrednio na żyletkę.

Po upewnieniu się, że wiązka laserowa jest wyśrodkowana na soczewce, wymień wskaźnik laserowy na zakrytą latarkę, gdy wszystko jest wyrównane. Następnie włącz latarkę. Za pomocą kawałka białego papieru obserwuj odbite światło w miejscu odcięcia, upewniając się, że wiązka jest małą, skupioną plamką.

Dokonaj wszelkich korekt pionowych niezbędnych do zablokowania około połowy odbitej wiązki światła z odcięciem. Następnie zdejmij pokrywę obiektywu z aparatu i skup się na lustrze. Ręcznie wyrównaj źródło jonów spektrometrii mas w obszarze testowym, w odległości 10 milimetrów między końcem dyszy a wlotem spektrometru masowego.

Następnie ręcznie otwórz zawór iglicowy do źródła otoczenia, umożliwiając przepływ azotu. Otwórz oprogramowanie używane do sterowania spektrometrem mas. Kliknij Plik i wybierz Otwórz Tune.

Następnie wybierz odpowiedni plik Tune. Po otwarciu ręcznego strojenia zastosuj wszystkie voltages i temperatury do źródła otoczenia. Obserwuj wygląd przepływu wychodzącego z dyszy za pomocą aparatu Schlierena, na view ekran aparatu cyfrowego wraz ze wzrostem temperatury.

Po wizualizacji żądanego obrazu w kamerze zbierz go, robiąc zdjęcie strumienia gazu. W tym momencie otwórz uzyskany obraz za pomocą oprogramowania do przeglądania obrazów i wydrukuj go. Ręcznie narysuj linię za pomocą ołówka i linijki na wydrukowanym obrazie, definiując środkową oś strumienia gazu równoległą do kierunku przepływu.

Za pomocą linijki ręcznie narysuj linię wzdłuż krawędzi wizualizowanego strumienia gazu na wydrukowanym obrazie. Zaznacz zewnętrzne krawędzie strumienia gazu, aby uzyskać zakres dla połowy kąta natrysku. Na koniec zmierz kąt wytworzony między osią środkową a linią za pomocą kątomierza.

Gdy wszystkie komponenty w układzie Schlierena są prawidłowo wyrównane, gazy w obszarze testowym mogą być postrzegane jako kontrastujące ciemne i jasne obszary. Kontrast ten można wykorzystać do obserwacji, jak zmienia się kształt strumienia strumienia azotu ze źródła spektrometrii mas wraz ze zmniejszaniem się rozmiaru dyszy. Pełne, niewykadrowane zdjęcie źródła i przepływu gazu metodą Schlièrena ilustruje orientację badanych obiektów względem lustra i pokazuje, czego należy się spodziewać, gdy odpowiednia ilość światła zostanie odcięta.

Jeśli odcięcie jest zbyt wysokie lub zbyt niskie, spowoduje to słabe obrazy. Przy stałym rozmiarze dyszy kąt połówkowy zwiększa się odpowiednio wraz ze wzrostem ciśnienia, co oznacza ogólny wzrost wielkości strumienia gazu. Kąt połówkowy zwiększa się wraz ze wzrostem średnicy dyszy przy stałym ciśnieniu, co oznacza ogólny wzrost wielkości strumienia azotu, wychodzącego ze źródła wraz ze wzrostem średnicy dyszy.

Po opanowaniu tej techniki można ją wykonać w ciągu jednej do dwóch godzin, jeśli jest wykonywana prawidłowo. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak wizualizować strumień gazu w otaczającym źródle jonizacji. Nie zapominaj, że praca ze wskaźnikami laserowymi może być bardzo niebezpieczna, a podczas wykonywania tej procedury należy zawsze nosić okulary ochronne.