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Estabelecimento de um mecanismo consistente e preditivo para processos de crescimento molecular e formação de fuligem é um dos maiores desafios na combustão química 8,9 investigação. Os processos de combustão são responsáveis por mais da metade da poluição do ar de partículas finas (PM 2,5 - partículas finas definidas por um diâmetro aerodinâmico de ≤ 2,5 mm), e, para reduzir a emissão desses subprodutos da combustão indesejados, é importante conhecer as suas identidades, as concentrações , e a formação de vias 10. A natureza dos subprodutos da combustão é influenciada por o combustível e as condições sob as quais ele é queimado. Muitos estudos têm relacionado as emissões de combustão para efeitos ambientais e de saúde agudos 11-13. Por exemplo, as partículas geradas por combustão tem uma forte influência sobre a qualidade do ar, a visibilidade atmosférica, eo balanço radiativo da atmosfera da Terra. Supõe-se que a composição química do pente aerotransportadopartículas geradas por ustion determina sua toxicidade, que é comumente associado com hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (HAP). As últimas espécies são considerados os precursores moleculares da fuligem, e que são formados em processos de combustão incompleta. Mais uma vez, para identificar estes processos é ainda um problema difícil.
De um modo geral, as reações de combustão, que estão na origem dessas emissões, siga decomposição combustível complicado e vias de oxidação, envolvendo muitas espécies reativas diferentes. Eles estão ligados a uma rede de centenas ou mesmo milhares de reacções cujas taxas dependem da temperatura e da pressão de 14,15.
Laminar, pré-misturada, chamas planas estabilizou-queimador, que podem ser estabelecidas a pressões tão baixas quanto 20-80 mbar (15-60 Torr), representam um dos ambientes de combustão padrão comumente utilizados para desvendar essa rede química complexa e investigar o poluente potencial de umy dado combustível prototípico 16. Nesta configuração, o combustível e o oxidante são misturados já quando alcançam a frente da chama; assim, a taxa de combustão é dominada por processos químicos e não por mistura. Ao operar estas chamas a uma pressão sub-atmosférica, a espessura física da região de reacção é aumentada, permitindo uma melhor resolução espacial de temperatura e de concentração de gradientes com técnicas à base de laser ou sonda de amostragem 1,17.
A fim de analisar com precisão a composição química das chamas, um instrumento analítico é exigido que proporciona a detecção universal de todas as espécies, simultaneamente, de alta sensibilidade e gama dinâmica, boa selectividade entre os isómeros, e controlo de fragmentação molecular. Um avanço na combustão química pesquisa foi realizada com o uso da espectrometria de massa-amostragem chama para fontes de luz síncrotron, onde sintonizável vácuo ultravioleta (VUV) a radiação é usada para quase threshold de fóton único ionização 5,6. Nas experiências de chama na Advanced Light Source (ALS) do Lawrence Berkeley National Laboratory, que são mostrados no vídeo acompanhante, as amostras de gás são retiradas de dentro das chamas pré-misturadas por um cone de quartzo, expandiu-se em vácuo elevado, e ionizado por VUV fótons 1,5. O set-up experimental está representado esquematicamente na Figura 1. A chave para o sucesso desta experiência tem sido a capacidade de sintonizar a energia dos fótons ionizantes em um conjunto adequado para minimizar ou mesmo evitar fotofragmentação e permitir isômero especificidade 1,3 , 5,18. Como mostrado no vídeo, a eficiência de fotoionização (PIE) curvas podem ser gravados por meio do ajuste da energia fóton 19, que nos permitem identificar espécies isômeros específicos na mistura chama complicada. As curvas de TORTA para espécies individuais geralmente têm características distintas, ou seja, limiares de ionização, formas e intensidades. O vídeo de umlso mostra a abordagem experimental utilizada para determinar os perfis mol-fracção dos componentes individuais, em função da distância para a superfície do queimador.
Estas experiências de combustão à base de ALS têm sido focados nos processos de formação de fuligem em chamas de hidrocarbonetos e na oxidação de oxigenados, de última geração, os biocombustíveis derivados de 1,20. Com relação ao problema da fuligem-formação, os experimentos revelaram muitos novos insights. Em resumo, é agora entender-se que a estrutura química do combustível influencia a identidade (bem como a quantidade) das moléculas precursoras e que, por conseguinte, muitos caminhos diferentes pode contribuir para o primeiro passo do processo de formação de fuligem total 7,21.
Percepções ainda mais fundo na química fuligem-formação foram ganhos ao identificar os componentes químicos de nanopartículas de fuligem geradas pelo chamas com um espectrômetro de massa de aerossóis baseados em ALS. Nesta nova experiência, que é explained na segunda metade do vídeo, não pré-misturada (difusão) chamas são usados. A montagem experimental é também mostrada na Figura 1. Nesta configuração, a chama é estabelecido a uma pressão quase atmosférica [933 mbar (700 Torr)] entre dois jactos laminares opostas de combustível e oxidante. Como os fluxos de combustível e oxidante permanecem separados fora da zona de reação, essa configuração oferece uma boa oportunidade para analisar os processos de crescimento molecular. Chama-partículas geradas são retirados da chama usando uma microssonda de quartzo e subsequentemente focada com um sistema de lentes aerodinâmico para um alvo de cobre aquecida, em que as partículas de piscar vaporizar e separar nos seus constituintes individuais. Esses blocos de construção moleculares são então ionizado pelos fótons VUV da ALS, e os íons correspondentes são massa selecionada 4. Nem todo o trabalho necessário pode ser mostrado no vídeo, mas os dados de aerossol sugerem que os mecanismos de formação de fuligem pode ser kineticall y e não controlada termodinamicamente. Além disso, os dados também indicam que a amplamente aceita H-abstração-C 2 H (HACA) mecanismo, em que as espécies aromáticas pequenos crescem a hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (HAPs maiores) 2 além de uma sequência repetitiva de H-abstração e C 2 H 2 reações de adição, não pode explicar todos os componentes das partículas observadas.
Combinado com o vídeo, o protocolo seguinte descreve os processos de aquisição de dados.

Figura 1. Diagrama esquemático do feixe molecular-amostragem chama e espectrometria de massa de aerossóis experimentos na fonte luminosa avançada do Lawrence Berkeley National Laboratory. Com as permissões de Refs. 2 e 4.9fig1highres.jpg "target =" _blank "> Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.