실험 질량 분석 부서에서 연구소의 연소 기술, 독일 Zentrum에 Luft-und Raumfahrt (DLR) 슈투트가르트, 독일에서에서 실시 했다. 작품 또한 헬름홀츠 에너지-얼라이언스에 의해 지원 되었다 "합성 액체 탄화수소를", 센터의 우수성 "대체 연료"와 DLR 프로젝트 "미래의 연료". 저자는 패트릭 Le Clercq과 우베 Riedel의 제트 연료에 대 한 유익한 토론 감사 하 고 싶습니다.

1. 분자 빔 질량 분석기 (MBMS)과 흐름 반응 기 시스템의 설치
<ol><li>열 오븐을 지정 시작 온도, 지정된 측정 시리즈에 가장 높은 온도 이다. 제트 a-1와 Φ의 일반적인 조건에 대 한 = 1, 850 ° c (~ 1100 K) 총 산화는 관찰. 조사 연료와 산출할 (Φ)의 화학 특성에 따라 적절 한 시작 온도 선택 합니다.</li>
	<li>중간 종 탐지를 위한 시간의 비행 (TOF) 분석기를 준비 합니다. TOF 분석기 분자 빔에 정렬 되 고 따라서 불안정의 신뢰할 수 있는 검색을 제공 합니다. 참고: 대량 해상도 C/H/O 시스템에 원소 구성의 결정에 대 한 적합 이다. 선택 부드러운 이온화 조건 조각화 방지를 위해. 일반적으로 9.5에서 10.5 eV 값 연소 중간체의 일반적인 조사를 위해 적당 한 입증 되었습니다.</li>
	<li>4 극 자 분석기 주요 종 탐지에 대 한 준비. 참고: (잔류 가스 분석기, RGA 라고도 함)는 4 극 자 분석기는 분자 빔 근처 MBMS 시스템의 이온화 챔버 내부 배치 됩니다, 때문에 그냥 벽에 흩어져 배경 가스 측정 됩니다. 주요 종 안정적 이기 때문에, 배경 압력 샘플링 끝에 그들의 농도 잘 반영 합니다. 더 나은 신호 대 잡음 비율에 대 한이 경우 70 eV의 높은 이온화 에너지를 선택 했다.</li>
</ol>2입니다. 연료 샘플의 준비
<ol><li>연료 공급을 위한 금속 주사기를 준비 합니다. 주의: 적절 한 개인 보호 장비를 사용 하 여 연료 처리에 대 한.<ol>
<li>기화 금속 주사기를 연료 샘플의 30 mL를 입력 합니다.</li>
		<li>밸브를 열고 있지만 시스템에 가압된 공기를 추가 하 여 연료 공급 시스템 (금속 주사기) 5 바 기 압.</li>
		<li>연료 공급 라인에는 밸브를 열어 연료 라인 및 코리올리 질량 유량 계를 환기.</li>
	</ol>
</li>
	<li>기화 기 및 가스 공급 라인이 열. 특정된 설치에 온도 정상 압력 비등 점 보다 훨씬 높은 희석 때문 적용할 수 있습니다. 연료의 높은 끓는 화합물의 지정 된 온도에서 증기 압력 가스 시내에서 그것의 부분 압력 보다 높은 있는지 확인 합니다. 일반적으로, 200 ° C 제트 a-1에 대 한 적절 한입니다.</li>
	<li>시스템에서 추운 자리는 오븐에 강화 입구 플랜지는 note. 이 자리에서 희석된 연료 recondense 수 없습니다 다는 것을 확인 하십시오. 일반적인 제트 a-1 (99% 희석) 설정에 대 한 냉각 시스템을 80 ° C 물 적절 한입니다.</li>
</ol>3. 측정 및 데이터 수집
<ol><li>오븐 샘플링 위치에 배치 합니다. 샘플링 콘 오븐의 세라믹 튜브 내부에 배치 되어야 합니다. 현재에서 실험, 샘플링 위치는 오븐의 공간 온도 프로 파일의 고원 값에 가깝다. 참고: 그림 1 에서 그림 원추와 원자로 보여 줍니다. 열띤된 반응 기 (블루) 석 영 콘으로 레일에 이동 합니다.</li>
	<li>코리올리 스 질량 유량 계를 통해 가스를 추가 하 여 선택의 희석제를 시작 합니다. 참고: 질량 흐름 미터는 원래 소프트웨어 패키지에 의해 제어 됩니다. 여기, 질량 유량 값을 설정할 수 있습니다. 일반적으로, 99% 아르곤이 사용 됩니다. 일반적으로, 액체 연료에 대 한 희석제 흐름 수 있습니다를 추가 코리올리 스 질량 유량 계를 사용 하 여 병렬 Cori 흐름 2 온수 라인을 통과 하 여 기화 기 및 산화 제 가스 스트림을 분할 되며 Cori 흐름 3에서 산화 제 스트림에 직접 연결.</li>
	<li>지정 된 경 음악 소프트웨어를 사용 하 여 연속 데이터 기록 (TOF 및 4 중 극)을 시작 합니다. 참고: 클릭 시작-단추 4 극 자 소프트웨어. TOF 소프트웨어에서 시작 버튼을 클릭 합니다.<ol>
<li>코리올리 유량 계 소프트웨어의 적절 한 흐름 상태를 설정 하 여 산화 제 O2 를 추가 합니다. 질량 스펙트럼에서 새로운 피크로 들어오는 산화 제를 관찰 합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>코리올리 스 질량 유량의 적절 한 흐름 상태를 설정 하 여 연료를 추가 합니다.<ol>
<li>스펙트럼을 확인 합니다. 상체와 화학 량 론 조건의 경우 완전 한 산화를 달성, 안정 된 CO2 대량 신호를 관찰 합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>신호 강도 4 ~ 5 측정에 대 한 안정, 안정화 기간이 끝납니다. 안정화 기간 후 오븐에 일반적으로-200 K/h의 지속적인 온도 치 램프를 적용 합니다. 일반적인 측정 측정 실행 당 2 h의 시간을이 끈다.<ol>
<li>경사로 동안 특정 오븐 온도에서 질량 스펙트럼의 급속 한 변화를 관찰 합니다. 단독 연소 제품 (H2O, CO2 와 CO, H2 풍부한 경우에) 사라지기 시작 하 고 작은 연소 중간체 감지 될. 참고: 추가 온도 감소, 보이는 중간체 될 큰. 차가운 오븐 온도에서 연료와 산소의 신호에만 관찰 될 수 있다; 아무 반응 원자로의 현재 체류 시간 내에서 일어나는.</li>
	</ol>
</li>
	<li>최종 온도 안정 때 (일반적으로 500 ° C, 10 분)는 산화 제를 끄고.<ol>
<li>기록 측정을 계속 합니다. 산화 제 없이 조건에서 (조각의 구성) 측정을 연료 특성을 가져옵니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>0 값을 설정 하 여 코리올리 스 질량 유량 계 소프트웨어에 연료 전환. 데이터는 여전히 기록 될 것 이다; 이러한 스펙트럼을 사용 하 여 배경 측정에 대 한.</li>
	<li>데이터는 소프트웨어의 중지 단추를 클릭 하 여 녹음을 중지 합니다.</li>
</ol>4. 교정 측정
<ol><li>교정 문제에 대 한 샘플링 콘 앞 닫힌된 챔버를 탑재 합니다. 참고: 닫힌된 챔버는 튜브, 노즐 앞 손으로 배치 됩니다.</li>
	<li>오픈 밸브 펌프입니다. 실로 대피.</li>
	<li>이진 혼합물 (관심와 Ar의 탄화수소) 또는 교정에 대 한 상업적인 교정 가스를 적용 합니다. 데모, CO와 CO2 와 아르곤 사용자 정의 가스 혼합 여기 사용 됩니다.</li>
	<li>신호 강도 신호 대 잡음 비율 위와 채도 제한 아래를 니 들 밸브에 의해 교정 챔버에 압력을 조정 합니다.</li>
	<li>데이터 기록 TOF 소프트웨어에서 시작 단추를 클릭 하 여 3.5에서 개별 측정 수행을 시작 하 여 교정 측정을 시작 합니다.</li>
</ol>5입니다. 데이터 처리
참고: 다시 코딩 스펙트럼에서 기록 각 오븐 온도에 일치 해야 합니다.
<ol><li>각 기록 된 온도에, 선택한 각 종족에 대 한 해당 신호에서의 몰 분수를 계산 합니다. 오븐 온도 (그림 3) 대 두더지 분수 프로필을 플롯 합니다.</li>
</ol>

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</ol>

저자는 공개 없다.

다양 한 작동 조건에 대 한 분자-빔 질량 분석 검출 시스템 수 양적 speciation 데이터 대기 열 흐름 반응 기의 제시 조합입니다. 여러 연구21,22,,2327 시연 부분 산화 현상에 대 한 관련 풍부한 메탄 조건에서 시작 하는 실험의 유연성 (φ = 2.5), 조사 하는 현대 제트 연료 화합물의 연소 화학 같은 farnesane. 이와 같은 연구 사용 운동 반응 더 기술 분야, 커버 모델링 예: 정제 된 에틸렌 글리콜 메커니즘 기술 가스 화 공정에 적합 합니다.
수십 년 동안 현장에서 진단 흐름 반응 기 디자인의 아이디어를 탐험 위와 같이, 그리고 여기에 소개 하는 방법은 아무것도 획기적인. 그러나, 오늘날의 기술 및 실험 가능성, 현재 연구 분야에 대 한 추가 이렇게 연소 진단에서 잘 설립 전략 혜택 이다.
결정적으로, 제시 대기 흐름 반응 기 MBMS와 결합 방식은 연소 화학에서 설립된 기술에 가치 추가 (소개 참조). 그것은 또한 다른 방법에 대 한 사실이 같은 주요 단점은 공유: 그것은 매우 복잡 하 고 정교한 실험 설치. 적당 한 MBMS 탐지 시스템 설계 소모, 높은 과학 까다로운 작업 이며 시간과 노력이 소요 조심, 신뢰할 수 있는 데이터의 정량화를 포함 하 여 기술 습득. 참고 아무 표준 절차를 상업적으로 사용할 수 있습니다. 그러나,이 같은 사용자 지정 된 설치를 디자인 현대 과학적인 질문에 대 한 새롭고 창의적인 가능성을 제공 합니다.
성공적인 응용 프로그램 및 데이터의 해석에 대 한 중요 한 실험의 주의 특성화 및 경계 조건16의 선택 이다. 탐지 시스템은 강력 하 고 유연한, 흐름 관에 대 한 자료는 실험 조건에 무 겁 게 달려 있습니다. 제시 세라믹 튜브 입증 되었습니다 대부분의 응용 프로그램에 대 한 성공적인 입자와 큰 검 댕 선구자에 초점을 맞추고 수사 예기치 않은 결과 원치 않는 부작용 질량 스펙트럼에 표시 하는 동안. 입자 측정;에 광대 한 개선을 보이고 있다 석 영 소재 변경 그러나, 조사는 최근 테스트 실행 가스 위상 검출에 아무런 영향 나타났습니다 1400 K. 참고 아래 고유한 온도 정권 제한 됩니다.
도전 하드웨어 설치에 따라, 실험 행동 및 특히 온도 필드의 주의 특성은 데이터 평가 해석에 대 한 필수입니다. 결과 합리적 모델 수만 수 경우 각각 온도 프로 파일 각 조건에 대 한 알려져 있다. 벽/가스 단계 상호 작용, 흐름 속성, 침입 검색 및 캐리어 가스 문제 신중 하 게 조사 되었다. 고려 이러한 측면의 모든, 몇 가지 모델링 방법을 기능 및 방법의 유효성을 성공적으로 시연 있고 운동 모델 개발에 귀중 한 추가 밑줄.
가능한 응용 프로그램 시작 지점 운항 미래 기여 해야 더 탐험으로 현재 제한 극치에 언급. 한 가지 주요 한계 까지는 검출 악기의 대량 해상도입니다. 동안 Δm의 대량 해상도 = 3000은 대부분 연소 종족에 대 한 충분 한, 이성질체 종을 분리 하거나 확인 수 없습니다. 최첨단된 실험 처럼 싱크 로트 론 기반 접근28,33,34,35,36,,3738 또는 일반 이론적 연구 반응 속도 론에서 필요 미래에 더 상세한 지식을 제공 하 고 식별 기능을 향상 합니다.
복잡 한 기술 제트 연료에 간단한 메탄에서 급속 한 진화 액세스할 수 화합물의 광범위 한 범위를 다루고 있습니다. 현재, 주요 초점은 액체 단일 구성 요소 및 제트 연료와 같은 기술 응용 프로그램에 대 한 복잡 한 혼합물에 있습니다. 진화에서 다음 수준으로 경계 조건 온도, 흐름 속성 및 압력 대상 수 좋아하고 다차원 측면 그 어느 때 보다39 를 조사 하 고 가치가 있다. 그럼에도 불구 하 고, 온도 이미 열 분해 (2100 K) 낮은 온도 (약 800 K) 연소 범위를 다루고 있습니다. 높은 압력 speciation 데이터는 일반적으로 문학에서 보기 드문 기술 조건 및 모델 개발, 대상에 대 한 도움이 될 것. 현대 재료와 가용성, 고압, 높은 온도 흐름 반응 기에 의해 얻은 speciation 데이터에 대 한 새로운 실험 디자인 도달 시간입니다.

현대의 여파로 연소 프로세스 이해, 낮은 방출 연료 재생 가능 자원에서 오늘날의 사회 생태 적이 고 및 경제 주제에 대 한 도전 이다. 그들은 화석 연료에 대 한 의존도 줄이기 위해, CO2 배출량, 오프셋 및 그을음 등의 독성 선구자1유해한 오염 물질 배출량에 긍정적인 영향을 미칠 가능성이 있다. 그들의 이용을 가진이 빠르게 성장 하는 분야를 결합 하 여 현대 연소 시스템에서, 관리 화학 및 물리적 프로세스의 기본적인 이해에 대 한 수요는 극적으로 증가2. 오늘날에, 과격 한 연쇄 반응에서 발생 하는 복잡 한 화학 반응 네트워크 아직도 완전히 이해 하 고. 분석 또는 심지어 오염 물질 형성 또는 (자동) 점화 프로세스 같은 현상 제어, 화학 반응 네트워크의 상세한 지식을 퍼즐3의 중요 한 부분 이다.
조사 하 고 그 화학 반응 네트워크 이해, 실험 및 수 치적 접근은 필수입니다. 실험적으로, 구체적인 질문을 대상으로 단순 하 고 잘 제어 흐름 환경 실험을 적용 하 여 연소 화학을 공부 했다 일반적으로. 높은 복잡성과 개별 하위 프로세스의 역학 기본적인 실험 온도, 압력, 열 지정 된 주요 특징의 추적을 허용 하면서 기술에서는 약관의 정확한 복제 방지 릴리스, 또는 화학 종입니다. 초기에, 다른 실험 방법에 대 한 필요가 되었다, 각 연소 화학의 전반적인 글로벌 그림에 기여 하는 정보의 후속 집합을 제공 하 고 특정 질문을 태 클. 조건의 전체 범위를 커버 하 고 다양 한 접근 방법을 기술 시스템에서 발생 하는 복잡 한 조건을 설명 하기 위해 그 후속 정보 집합을 수집 하려면 개발 성공적으로 되었습니다. 잘 설립 된 기술을 다음과 같습니다.
<ul><li>충격 튜브4,,56 고 빠른 압축 기계7. 이 소자는 넓은 범위 압력 및 온도의 높은 제어를 제공 한다. 그러나, 접근 가능한 반응 시간 및 적합 한 분석 기법 제한 됩니다.</li>
	<li>층 류 premixed 불길3,,89,10,11 얻을 간단한 흐름 필드와 함께에서 높은 온도 조건에 이상적입니다. 이후 반응 영역의 공간 차원 압력 증가 함께 감소, premixed 불길은 speciation 목적 저압 조건에서 일반적으로 조사 됩니다.</li>
	<li>특히 확산 화 염12,13,,1415 난 류 연소에 flamelet 정권 조사에 이상적입니다. 그들은 진짜 난 류 흐름에 이질성으로 인해 긴장을 모방 왔지만, 다시, 높은 종 형성 분석 기법.</li>
	<li>다양 한 반응 기 실험16,,1718 (정적, 촉발 및 플러그 흐름) 환경, 온도 일반적으로 낮은 고압에 대 한 액세스 환경 화 염에 비해 제공. 일반적인 접근은:<ul>
<li>정적 원자로 예: 펄스 photolysis 실험을 위해 널리 이용 된다 그러나 일반적으로 긴 거주 시간과 낮은 온도 의해 제한 됩니다.</li>
		<li>제트-흔들 원자로, 즉 가스 버전 완벽 하 게 촉발된 원자로 (PSR)의 효율적인 가스 위상의 혼합에 의존 하 고 일정 한 체류 시간, 온도와 압력, 모델을 쉽게 정상 상태에서 작동 될 수 있다. 그러나, 분자 시간이 뜨거운 표면에 이동 하 고 이기종 반응을 받을 수 있다.</li>
		<li>수많은 흐름 반응 기 접근으로 알려져 있습니다, 플러그 흐름 반응 기 (PFR) 원통형 형상의 연속, 흐르는 시스템에서 화학 반응을 설명 하기 위한 가장 인기 있는 방법 중 하나. 플러그 흐름 조건 정상 상태에서 이상적인 PFRs에 대 한 위치로의 기능으로는 플러그의 고정된 체류 시간으로 간주 됩니다.</li>
	</ul>
</li>
</ul>실험적인 연소 활동의 분야에 그 귀중 한 기술 보완, 높은-온도 층 흐름 반응 기 실험19,20 추적에 대 한 분자 빔 질량 분석 (MBMS) 기술 채용 자세하게에서 종 개발21,22 여기 표시 됩니다. 층 류, 대기압 및 액세스할 수 온도 최대 1800 K 작업 조건이 흐름 반응 기의 주요 특성 민감한 MBMS 기술 수 종의 거의 모든 화학 연소에 검출 프로세스입니다. 이 포함 되지 않은 기 반응성이 매우 높은 종 또는 거의 다른 검출 방법으로 추적. MBMS 기술 전통과 현대적인 대체 연료, 알콜 또는 에테르23,,2425 등의 화 염에 반응 네트워크의 상세한 조사를 위해 널리 사용 되 고의 것 보여주었다 현대 운동 모델 개발에 대 한 큰 값입니다.
그림 1 샘플링 프로브 (A)의 확대 된 프레임 높은 온도 흐름 반응 기의 회로도 보여준다 고 두 그림 전체 실험 (B) 및 프로브 설치 (C). 시스템은 두 개의 세그먼트에 분할 될 수 있다: 첫째, 가스 공급 및 기화 기 체계 및 초 고온 흐름 반응 기, MBMS 비행 시간 검출 시스템. 작업 흐름 관의 출구는 MBMS 시스템의 샘플링 노즐에 직접 장착 됩니다. 가스는 반응 기 출구에서 직접 샘플링 이며 높은 진공 검출 시스템으로 전송. 여기, 이온화 후속 비행 시간 검출 전자 이온화에 의해 수행 됩니다.
반응 기는 고온 오븐 (예를 들어, 게로, 유형 HTRH 40-1000)에 배치 1,497 m m 길이 40 m m 내경 세라믹 (알루미늄2O3) 파이프. 총 열된 섹션 길이 1000 m m 이다. 가스는 강화 플랜지 (~ 80 ° C에 일반적으로 단련 된)에 의해 premixed 및 반응 기에 미리 증발을 먹인 다. 높은 희석 (ca. 99 vol %ar에서), 층 류 흐르는 반응 혼합물 (온도 특성에 대 한 내용은 아래를 주어질 것 이다) 알려진된 온도 프로 파일을 통해 전달. 가스 성분의 검출 반응 기 출구에 오븐 온도의 기능으로 일어난다. 단순하게 감소 온도 램프 (-200 K/h) 뚜렷한 온도에서 측정 될 때 비슷한 결과 얻을 수 있습니다 1800 K 600 K. 메모의 범위에서 오븐에 적용 하는 동안 지속적인 유입 유량에서 측정 수행 됩니다. 등온선 오븐 온도 및 열 관성 제대로 간주 됩니다. 시스템의 열 안정화 아직도 몇 시간이 고 온도 램프 (무시할 수) 작은 온도 증가 대 한 시간 및 시리즈 당 총 측정 시간 평균의 타협으로 선택 됩니다. 평균 시간 (45 s)는 MBMS의 2.5 공화국에 해당 결과 거주 시간 약 2는 주어진 조건 (에서 1000 K) s. 마지막으로, 온도 재현성 때문 현재 원자로 실험에 대 한 정밀 측정된 온도의 ± K 5의 또는 더 나은 상대를 진술 될 수 있다.
그림 2 기술 제트 연료 등도 복잡 한 탄화수소 혼합물을 조사 하기 위해 최적화 된 기화 시스템의 회로도 보여준다. 모든 입력된 스트림이 코리올리 스 질량 흐름 미터 높은 정밀도 (정확도 ± 0.5%)에 metered 있습니다. 연료의 증발 온도에서 상업 기화 기 시스템에 의해 실현은 최대 200 ° c. 미리 증발된 연료와 모든 공급 라인은 동시에 열 저하를 피하고 있는 동안 액체 연료의 응축을 방지 하기 위해 일반적으로 150 ° C의 온도 가진 preheated. 완벽 하 고 안정적인 증발은 정기적으로 확인 하 고 해당 연료의 정상적인 비등 점의 밑에 온도에 발생할 수 있습니다. 완전 한 증발 연료 작은 분수와 낮은 부분 압력에 의해 보장 되었다 (일반적으로 100 아래 Pa) 필요.
그림 1의 확대 된 프레임에서 자세히 본 가스 주위 압력 (약 960 hPa)에서 반응 기 출구의 중심선에서 석 영 콘에 의해 샘플링 됩니다. 노즐 팁은 대략 반응 영역의 끝에 세라믹 튜브 내부 30 mm 50 μ m 구멍이 있다. 유의 하십시오, 샘플링 위치는 입구에 관하여 고정 됩니다. 오븐의 열 확장 반응 세그먼트의 온도 독립적인 길이에 따른 샘플링 시스템에 기계적으로 연결 되지 않은 콘센트에만 일어난다. 모든 반응 가스는 높은 진공 (2 개의 차동 펌핑 단계; 10-2 와 10-4 Pa)25,26으로 확장 될 때 분자 빔 형성 때문 침묵 즉시 있다. 샘플 전자 영향 (EI) 시간의 비행 (TOF) 질량 분석기의 이온 소스에 가이드 (해상도 연구 질량 = 3000) C/H 내 원소 구성 결정에 적합 한 정밀도에 현재 종의 정확한 질량을 결정 할 수 /O 시스템입니다. 전자 에너지는 이온화 과정으로 인해 조각화를 최소화 하기 위해 낮은 값 (일반적으로 9.5-10.5 eV)로 설정 됩니다. 희석제 및 참조 종 아르곤 이온화 전자 1.4 eV (FWHM)의 광범위 한 에너지 분포 때문에 여전히 감지는 note. 동안 아칸소 낮은 전자 에너지 주요 종 (H2O, CO2, CO, H2와 O2, 연료)의 충분 한 결정에 대 한 허용 하지 않습니다 좋은 S/n, 측정 될 수 있다는 프로필 중요 한 낮은 농도에서 현재 .
TOF에 의해 검출 이외 즉, 사중 극 자 질량 분석기는 잔류 가스 분석기 (RGA), MBMS TOF 측정을 동시에 더 높은 전자 에너지 (70 eV)와 위에 6 종 모니터링 이온화 챔버에 배치 됩니다.

<table><tbody><tr><td>Time-Of-Flight MBMS</td><td>Kaesdorf</td><td>n.a.</td><td>custom design</td></tr><tr><td>Molecular Beam Samling Interface</td><td>self made</td><td>n.a.</td><td>custom design</td></tr><tr><td>Laminar Flow Reactor</td><td>Gero</td><td>Type HTRH 40-1000</td><td>custom design</td></tr><tr><td>Quadrupole MS</td><td>Hiden</td><td>HAL/3F 301</td><td>adapted to ionization chamber</td></tr><tr><td>Vaporizer</td><td>Bronkhorst</td><td>CEM</td><td>Vaporizer</td></tr><tr><td>Mass Flow Meter</td><td>Bronkhorst</td><td>Mini Cori-Flow M12, M13, M14</td><td>Flow Controller</td></tr><tr><td>Jet A-1</td><td>n.a.</td><td>n.a.</td><td>Standard Jet fuel of interest</td></tr><tr><td>Metal syringe</td><td>Hugo Sachs</td><td>70-2252</td><td>Fuel Supply</td></tr><tr><td>Heating Hoses</td><td>Hillesheim</td><td>HMI series</td><td>Gas Preheating</td></tr><tr><td>Gas</td><td>Linde</td><td>Ar, O2</td><td>Diluent, Oxidizer</td></tr></tbody></table>

combustion chemistry of fuels: quantitative speciation data obtained from an atmospheric high-temperature flow reactor with coupled molecular-beam mass spectrometer

이 원고는 강력한 분자 빔 질량 분석 (MBMS) 기술을 결합 하 여 고온 흐름 반응 기 실험을 설명 합니다. 이 유연한 도구 잘 제어 된 조건 하에서 반응 흐름 속도 론 화학 가스 위상의 상세한 관찰을 제공합니다. 층 류 흐름 반응 기에서 사용할 수 있는 작동 조건의 광대 한 범위는 일반적으로 불꽃 실험에 의해 달성 하는 특별 한 연소 응용 프로그램을 액세스할을 수 있습니다. 가스 화 공정, 저온 산화 정권 또는 복잡 한 기술 연료의 조사 peroxy 화학 관련 높은 온도에서 풍부한 조건 포함 됩니다. 제시 설치 반응 화학의 체계적인 일반적인 이해 하면서 연소, 가스 화 및 열 분해 과정의 반응 모델 검증에 대 한 양적 speciation 데이터의 측정을 허용 한다. 운동 반응 모델의 유효성 검사는 일반적으로 순수한 화합물의 연소 프로세스를 조사 함으로써 수행 됩니다. 흐름 반응 기 검 댕 선구자 또는 오염 물질 발생 연소 중간체의 현상 학적 분석에 대 한 수 있도록 기술 연료 (예: 제트 a-1 처럼 다 성분 혼합물)에 적합 하도록 향상 되었습니다. 제어 및 유사한 경계 조건 실험 설계에 의해 제공 오염 물질 형성 추세의 예측을 허용 한다. 차가운 반응 premixed 자립 연소 반응을 억제 하기 위해 (아칸소에서 약 99 vol %)에서 높은 희석 하는 원자로에 먹인 다. 층 류 흐름 반응 혼합물 원자로 배기 가스 구성 오븐 온도의 기능으로 결정 되는 동안 알려진된 온도 필드를 통해 전달 합니다. 최대 1800 K. 흐름 반응 기는 대기 온도와 압력에서 운영 스스로 측정-200 K/h의 속도로 일정 하 게 온도 감소 하 여 수행 됩니다. 민감한 MBMS 기술로 자세한 speciation 데이터는 인수 하 고 급진적인 종 등 반응 과정에서 거의 모든 화학 종에 대 한 계량.

샘플된 가스 구성의 일반적인 질량 스펙트럼은 그림 3에 표시 됩니다. 약 3000, m/z까지 종 대량 해상도의 주어진 설정 = 260 C/H/O 시스템 내에서 검출 될 수 있다. 대량 교정 절차 후 봉우리 아래 해결 신호를 평가 하기 위한 deconvolution 알고리즘 각 질량 대 전 (m/z) 비에 대 한 통합 됩니다. 배경 및 조각화 수정 후 신호 알려진된 concertation (일반적으로 불활성 가스 아르곤)의 참조 종 대 적절 한 보정 요소를 사용 하 여 측정할 수 있습니다. 교정 요소를 얻기 위한 몇 가지 복잡 한 전략 직접 찬 가스 측정 (같이), 내부로 잘 교정 전략으로 크로스 섹션 또는 추정 절차 문학 이온화를 포함 하 여 사용할 수 있습니다. 적절 한 선택은 개별 종, 측정 조건 및 사용 가능한 데이터에 따라 달라 집니다. 적용 방법 및 전략에 대 한 자세한 설명에 대 한 참조18,,2829,30을 참조 하십시오. 흐름 반응 기에 대 한 구체적인 절차 참고 21의 보충 자료에 사용할 수 있습니다. 첩 자 분수 전형적인 두더지 분수 vs 오븐 온도 플롯 그림 3 (C)에 표시 된 결과 해당 2.5 K 간격의 평균 온도 대 한 마지막으로 플롯 됩니다.
검토, 이해 하 고 연소에 복잡 한 반응 네트워크를 분석, 상세한 운동 모델링 귀중 한 상호 보완적인 도구로 자체을 입증 했다. 층 류 흐름 반응 기의 제시 실험 방법을 여러 번20,27 운동 모델 개발을 위한 기초로 유효를 설명 했다. A 플러그 흐름 근사 (즉, 확산, 레이디얼, 뿐만 아니라 축 무시 하 고 균일 한 시선 속도 가정) 층 흐름의 필드 실험 조건에 대 한 적당 한 표현을 주고 표시 되었습니다. 이 근사 허용 공간 위치의 직접 변환에 대 한 뚜렷한 반응 (거주) 시간 τ와 반응 시간의 기능으로 종 및 온도 진화의 간단한 0 D 고려 x만 적용 될 수 있다. 따라서, 공간 온도 프로 파일 원자로 축 참여 종의 공간 진화를 반응 기 모델에 대 한 입력된 매개 변수로 사용 됩니다.
그림 4 는 포 름 알 데히드와 4 개의 선택 된 오븐 온도 화학 량 론4 채널 측정21에서 얻은 아세틸렌의 공간 두더지 분수 프로필. 운동 모델 계산 적용 플러그 흐름 반응 기 모듈 화학 작업 벤치 (CWB)의 수행 됩니다. 접근 각 오븐 온도 대 한 개별 계산 할 수 있습니다. 계산 참고 21, 실험 온도 측정에 따라 주어진 크기 조절 법에서 얻은 개별 온도 프로 파일을 적용 수행 됩니다. 반응 기 출구에서 모델 결과 비교 실험 결과에 대 한 해당 오븐 온도 대 한 다음 플롯 됩니다. 모델링 결과의 일반적인 기능을 보여 주기 위해 계산 잘 검증된 USC II 메커니즘31를 사용 하 여 수행 됩니다. 그림 4 나타냅니다, 측정된 데이터 사이의 우수한 계약 이며 주요 구성 요소 (그림 4 (A))와 중간에 대 한 운동 모델 값을 종 (그림 4 (B)).
산화 과정의 단일 구성 요소 조사에 대 한 일반적인 결과 그림 5에 나와 있습니다. 그림 5 (A)는 잠재적인 제트 연료 복합 p-menthane, 주요 종족 프로 파일을 갖춘, 그림 5(B) 에틸렌 및 포름알데히드, 그림 5(C) 선택 중간의 산출할 의존을 보여줍니다. 화학 량 론 조건 위한 종입니다. 주위 압력에와 화학 량 론에서 결과 얻을 수 있습니다 (φ = 1.0) 조건. 주요 정화, 즉 반응 물 및 제품에 대 한 반응 순서 흐름 반응 기의이 종류에서 일반적으로 관찰 하는 구조에 대 한 대표 예제를 제공 합니다. 공칭 입구 구성 부패 연료 두더지 분수에서 특정 온도에서 관찰 될 때까지 측정 됩니다. 연료 소모 하 고 연소 중간체로 주로 변환. "점화"에 O2 와 연료 전시 농도에 그들의 가파른 감소 및 CO2 와 H2O 전시 그들의 가파른 증가 그라데이션 할 때 발생 합니다. 화학 량 론을 마른 조건 하에서 이것이 또한 중간 공동 소비 빠르게입니다. 아니 자립 반응은 발생 또는 각각 억압 주어진된 설정에서 높은 희석을 사용 하 여 때를 기억 한다. 화학 량 론 유사, 연료 분해 경로 또는 심지어 검 댕 선구자 형성의 전체 분석 중간 종;에 대 한 데이터를 사용 하 여 수행할 수 있습니다. 이 섹션의 범위에 대 한 긴 토론은 생략 됩니다. 화학 반응 모델 개발 제시 데이터를 사용할 수 있습니다.
일반적으로, 운동 반응 모델의 유효성 검사는 순수한 화합물의 연소 프로세스를 조사 함으로써 수행 됩니다. 복잡성에 다음 단계로 흐름 반응 기 설치 기술 연료 제트 연료 등 다 성분 혼합물의 구성에 대 한 사용할 수 있습니다. 그림 6 은 주요 종족 프로 파일에 대 한 화학 량 론 (a: φ = 1.0) 및 풍부한 (b: φ = 1.5) 조건. 프로 파일은 앞에 나온 사람에 게 비슷한. 그러나, 연료 분해 곡선 전형적인 연료 감퇴 동작을 보여주는 여러 단일 화합물의 조합 이다. O2 와 연료 프로필 모두 낮은 온도에서 최대 시작 하 고 원자로 온도 증가로 사용 됩니다. 그림 6(C) 심층 분석 제트 연료 및 그들의 개인 소비에 주요 구성 요소를 보여 줍니다. 일반적으로, 탄화수소 종족에 대 한 유사한 감퇴를 관찰할 수 있습니다. 흥미롭게도, 향기로운 종 약 1000 공화국의 높은 온도에 이동 험한 부패 하기 전에 뚜렷한 고원 지역으로 대부분 편차 표시
기술 연료 (예: 다 성분 혼합물)와 함께 사용 하는 실험을 강화 하 여 그을음 선구자 또는 오염 물질 발생 연소 중간체의 현상 학적 분석 가능 하다. 이 유형의 분석에 대 한 비교 조건 필수입니다. 그것은 동일한 C/H 조건, 측정 디자인에 대 한 입력된 매개 변수로이 값을 필요로 하는 수혜자를 발견 했다. 제어 및 유사한 경계 조건 같이 검 댕 선구자 벤젠 또는 propargyl는 그림 7에서 급진적인 오염 물질 형성 추세의 예측 가능 두 기능 형성 및 반응 과정에서 소모 된 전형적인 중간 프로 파일 모양. 제트 a-1, 대 두 종에 대 한 더 높은 첩 자 분수 사이클로알케인 p-메탄, 더 높은 경향이 연소 화학 오염 물질 형태를 나타내는 대 한 측정 됩니다. 급진적인 propargyl cyclohexane 연소32에서 벤젠 형성에 사소한 영향만을 있기 때문에 이것은 매우 흥미로운. 아주 반대 동작 p 메탄 및 제트기 A-1 참조 연료에 비해 두 종에 대 한 낮은 몰 분수 분기 알칸 farnesane에 대 한 측정 됩니다. 연소 과정에서 발생 하는 그을음 형성 측면에서 그 오염 물질에 대 한 감소 효과가 예상 된다.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56965/56965fig1.jpg"> 그림 1: 사진과 도식 DLR 고온 흐름 반응 기. 확대 된 컷아웃 샘플링 인터페이스와 이온화 소스 (A) 구분 하 여 게이트 밸브의 상세 보기를 보여 줍니다. 높은-온도 오븐 이동식 레일에 탑재 되 고 샘플링 주위 압력 (B)에서 튜브 내부 수행 note. 석 영 노즐 및 제비 갈매기의 그림 (C)에 표시 됩니다. 이 그림은 P. Oßwald 외에서 채택 되었습니다. 21 그리고 M. 쾰러 외. 27. <a href="//cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56965/56965fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56965/56965fig2.jpg"> 그림 2: 연료 기화 시스템. 액체 연료 및 상업 설치22 흐름 반응 기 설치 입구와 단일 화합물을 위한 기화 기 시스템의 회로도 <a href="//cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56965/56965fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56965/56965fig3.jpg"> 그림 3: 원시 신호 데이터에서 추출 몰 분수 곡선. (A) 전형적인 원시 신호 MBMS 시스템에 의해 제공. 주어진된 질량 해상도 종 (B) 의 분리 및 추가 정량화에 대 한 통합 수 있습니다. 오븐 온도 대 두더지 분수 플로팅 층 흐름 반응 기 (C)에 대 한 일반적인 결과 제공 합니다. <a href="//cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56965/56965fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56965/56965fig4.jpg"> 그림 4: USC II 메커니즘31 를 사용 하 여 화학 량 론 메탄 산화의 모델링 키네틱 . 아세틸렌 (C2H2) 및 포름알데히드 (채널2O) 선택 된 오븐 온도 및 해당 온도에서 두더지 모델 일부 프로 파일에 대 한 공간 모델 결과 (라인) 프로필 (A). 오븐의 회로도 보기 패널 위에 표시 됩니다. 주요 종 (B) 및 중간체 (C), 온도 경사로 고려 될 때의 실험 결과 (기호)를 비교 합니다. 이 수치는 P. Oßwald 외에서 업데이트 되었습니다. 21. <a href="//cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56965/56965fig4large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56965/56965fig5.jpg"> 그림 5: 산화 프로세스의 단일 구성 요소 조사에 대 한 일반적인 결과. 주요 수 종은 잠재적인 제트 연료 복합 p-메탄 및 C2H4 및 채널2O (B)산출할 종속성의 비교에 대 한 (A)를 프로 파일링합니다. 선택 된 중간 종에 관한 반응22네트워크 정보를 얻기 위해 화학 량 론 조건에 (C) 표시 됩니다. <a href="//cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56965/56965fig5large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56965/56965fig6.jpg"> 그림 6: 제트 a-1 조사 Speciation 데이터. 화학 량 론 (A) 와 부자 (B) 조건 뿐만 아니라 연료 구성 요소 두더지 분수 고갈에서 주요 종 (C) 원자로 온도의 기능으로 표시 됩니다. 연료 구성 요소는 높은 온도 함께 사용 됩니다. <a href="//cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56965/56965fig6large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56965/56965fig7.jpg"> 그림 7: 깊이 있는 검 댕 선구자 화학. 그을음 전조의 비교22propargyl 급진적인 C3H3 (A) 와 벤젠 C6H6 (B) p-메탄과 제트 a-1에 관하여 farnesane에 대 한 중간. 두 경우 모두, p-Menthane 높은 몰 분수 그을음 선구자 형성에서 감소 추세를 나타내는 낮은 몰 분수 제트 a-1, Farnesane 기능 동안에 비해 보여줍니다. <a href="//cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56965/56965fig7large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>

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Combustion Chemistry of Fuels: Quantitative Speciation Data Obtained from an Atmospheric High-temperature Flow Reactor with Coupled Molecular-beam Mass Spectrometer

연료의 연소 화학: 양적 Speciation 데이터와 대기 고 열 흐름 반응 기에서 얻은 결합 분자 빔 질량 분석기

새로운 바이오 연료, 연료 구성 요소, 또는 비교 데이터를 제시 하는 양적 speciation의 제트 연료의 산화 연소 화학의 수사. 데이터 운동 모델 유효성 검사에 사용 될 수 있다 고 연료 평가 전략을 수 있습니다. 이 원고는 대기 열 흐름 반응 기를 설명 하 고 그 기능을 보여 줍니다.

This manuscript describes a high-temperature flow reactor experiment coupled to the powerful molecular beam mass spectrometry (MBMS) technique. This ...

combustion-chemistry-fuels-quantitative-speciation-data-obtained-from

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Chemistry

10.0K 조회수.  German Aerospace Center (DLR). 새로운 바이오 연료, 연료 구성 요소, 또는 비교 데이터를 제시 하는 양적 speciation의 제트 연료의 산화 연소 화학의 수사. 데이터 운동 모델 유효성 검사에 사용 될 수 있다 고 연료 평가 전략을 수 있습니다. 이 원고는 대기 열 흐름 반응 기를 설명 하 고 그 기능을 보여 줍니다.

비디오: Combustion Chemistry of Fuels: Quantitative Speciation Data Obtained from an Atmospheric High-temperature Flow Reactor with Coupled Molecular-beam Mass Spectrometer

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

The following experimental protocols and the accompanying video are concerned with the flame experiments that are performed at the Chemical Dynamics Beamline of the Advanced Light Source (ALS) of the Lawrence Berkeley National Laboratory1-4. This video demonstrates how the complex chemical structures of laboratory-based model flames are analyzed using flame-sampling mass spectrometry with tunable synchrotron-generated vacuum-ultraviolet (VUV) radiation. This experimental approach combines isomer-resolving capabilities with high sensitivity and a large dynamic range5,6. The first part of the video describes experiments involving burner-stabilized, reduced-pressure (20-80 mbar) laminar premixed flames. A small hydrocarbon fuel was used for the selected flame to demonstrate the general experimental approach. It is shown how species&#8217; profiles are acquired as a function of distance from the burner surface and how the tunability of the VUV photon energy is used advantageously to identify many combustion intermediates based on their ionization energies. For example, this technique has been used to study gas-phase aspects of the soot-formation processes, and the video shows how the resonance-stabilized radicals, such as C3H3, C3H5, and i-C4H5, are identified as important intermediates7. The work has been focused on soot formation processes, and, from the chemical point of view, this process is very intriguing because chemical structures containing millions of carbon atoms are assembled from a fuel molecule possessing only a few carbon atoms in just milliseconds. The second part of the video highlights a new experiment, in which an opposed-flow diffusion flame and synchrotron-based aerosol mass spectrometry are used to study the chemical composition of the combustion-generated soot particles4. The experimental results indicate that the widely accepted H-abstraction-C2H2-addition (HACA) mechanism is not the sole molecular growth process responsible for the formation of the observed large polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs).

Gas sampling from laboratory-scale flames with online analysis of all species by mass spectrometry is a powerful method to investigate the complex mixture of chemical compounds occurring during combustion processes. Coupled with tunable soft ionization via synchrotron-generated vacuum-ultraviolet radiation, this technique provides isomer-resolved information and potentially fragment-free mass spectra.

고급 광원 불꽃 실험 : 그을음 형성 프로세스에 새로운 통찰력

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

연구

공학

Preparation and Reactivity of Gasless Nanostructured Energetic Materials

High-Energy Ball Milling (HEBM) is a ball milling process where a powder mixture placed in the ball mill is subjected to high-energy collisions from the balls. Among other applications, it is a versatile technique that allows for effective preparation of gasless reactive nanostructured materials with high energy density per volume (Ni+Al, Ta+C, Ti+C). The structural transformations of reactive media, which take place during HEBM, define the reaction mechanism in the produced energetic&#160;composites. Varying the processing conditions permits fine tuning of the milling-induced microstructures of the fabricated composite particles. In turn, the reactivity, i.e., self-ignition temperature, ignition delay time, as well as reaction kinetics, of high energy density materials depends on its microstructure. Analysis of the milling-induced microstructures suggests that the formation of fresh oxygen-free intimate high surface area contacts between the reagents is responsible for the enhancement of their reactivity. This manifests itself in a reduction of ignition temperature and delay time, an increased rate of chemical reaction, and an overall decrease of the effective activation energy of the reaction. The protocol provides a detailed description for the preparation of reactive nanocomposites with tailored microstructure using short-term HEBM method. It also describes a high-speed thermal imaging technique to determine the ignition/combustion characteristics of the energetic materials. The protocol can be adapted to preparation and characterization of a variety of nanostructured energetic composites.

This protocol describes the preparation of gasless nanostructured energetic materials (Ni+Al, Ta+C, Ti+C) using the short-term high-energy ball milling (HEBM) technique. It also describes a high-speed thermal imaging method to study the reactivity of mechanically fabricated nanocomposites. These protocols can be extended to other reactive nanostructured energetic materials.

준비 및 Gasless 나노 구조의 반응성 정력 재료

High-Energy Ball Milling (HEBM) is a ball milling process where a powder mixture placed in the ball mill is subjected to high-energy collisions from the ...

Experimental Methodology for Estimation of Local Heat Fluxes and Burning Rates in Steady Laminar Boundary Layer Diffusion Flames

Modeling the realistic burning behavior of condensed-phase fuels has remained out of reach, in part because of an inability to resolve the complex interactions occurring at the interface between gas-phase flames and condensed-phase fuels. The current research provides a technique to explore the dynamic relationship between a combustible condensed fuel surface and gas-phase flames in laminar boundary layers. Experiments have previously been conducted in both forced and free convective environments over both solid and liquid fuels. A unique methodology, based on the Reynolds Analogy, was used to estimate local mass burning rates and flame heat fluxes for these laminar boundary layer diffusion flames utilizing local temperature gradients at the fuel surface. Local mass burning rates and convective and radiative heat feedback from the flames were measured in both the pyrolysis and plume regions by using temperature gradients mapped near the wall by a two-axis traverse system. These experiments are time-consuming and can be challenging to design as the condensed fuel surface burns steadily for only a limited period of time following ignition. The temperature profiles near the fuel surface need to be mapped during steady burning of a condensed fuel surface at a very high spatial resolution in order to capture reasonable estimates of local temperature gradients. Careful corrections for radiative heat losses from the thermocouples are also essential for accurate measurements. For these reasons, the whole experimental setup needs to be automated with a computer-controlled traverse mechanism, eliminating most errors due to positioning of a micro-thermocouple. An outline of steps to reproducibly capture near-wall temperature gradients and use them to assess local burning rates and heat fluxes is provided.

We describe the use of micro-thermocouples to estimate local temperature gradients in steady laminar boundary layer diffusion flames. By extension of the Reynolds Analogy, local temperature gradients can be further used to estimate the local mass burning rates and heat fluxes in such flames with high accuracy.

정상 층류 경계층 확산 불길에 지역 열 플럭스와 불타는 환율의 평​​가에 대한 실험 방법론

Modeling the realistic burning behavior of condensed-phase fuels has remained out of reach, in part because of an inability to resolve the complex ...

Combustion Characterization and Model Fuel Development for Micro-tubular Flame-assisted Fuel Cells

Combustion based power generation has been accomplished for many years through a number of heat engine systems. Recently, a move towards small scale power generation and micro combustion as well as development in fuel cell research has created new means of power generation that combine solid oxide fuel cells with open flames and combustion exhaust. Instead of relying upon the heat of combustion, these solid oxide fuel cell systems rely on reforming of the fuel via combustion to generate syngas for electrochemical power generation. Procedures were developed to assess the combustion by-products under a wide range of conditions. While theoretical and computational procedures have been developed for assessing fuel-rich combustion exhaust in these applications, experimental techniques have also emerged. The experimental procedures often rely upon a gas chromatograph or mass spectrometer analysis of the flame and exhaust to assess the combustion process as a fuel reformer and means of heat generation. The experimental techniques developed in these areas have been applied anew for the development of the micro-tubular flame-assisted fuel cell. The protocol discussed in this work builds on past techniques to specify a procedure for characterizing fuel-rich combustion exhaust and developing a model fuel-rich combustion exhaust for use in flame-assisted fuel cell testing. The development of the procedure and its applications and limitations are discussed.

A protocol for creating a model fuel-rich combustion exhaust is developed through combustion characterization and is applied for micro-tubular flame-assisted fuel cell testing and research.

에 대한 연소 특성 및 모델 연료 개발 마이크로 관상 화염 이용한 연료 전지

Combustion based power generation has been accomplished for many years through a number of heat engine systems. Recently, a move towards small scale power ...

Reaction Kinetics and Combustion Dynamics of I4O9 and Aluminum Mixtures

Tetraiodine nonoxide (I4O9) has been synthesized using a dry approach that combines elemental oxygen and iodine without the introduction of hydrated species. The synthesis approach inhibits the topochemical effect promoting rapid hydration when exposed to the relative humidity of ambient air. This stable, amorphous, nano-particle material was analyzed using differential scanning calorimetry (DSC) and thermal gravimetric analysis (TGA) and showed an exothermic energy release at low temperature (i.e., 180 &#176;C) for the transformation of I4O9 into I2O5. This additional exothermic energy release contributes to an increase in overall reactivity of I4O9 when dry mixed with nano-aluminum (Al) powder, resulting in a minimum of 150% increase in flame speed compared to Al + I2O5. This study shows that as an oxidizer, I4O9 has more reactive potential than other forms of iodine(V) oxide when combined with Al, especially if I4O9 can be passivated to inhibit absorption of water from its surrounding environment.

Reaction Kinetics and Combustion Dynamics of I4O9 and Aluminum Mixtures

A protocol for measuring flame speeds of a reactive mixture composed of tetraiodine nonoxide (I4O9) and aluminum (Al) is presented. A method for resolving reaction kinetics using differential scanning calorimetry (DSC) is also presented. It was found that I4O9 is 150% more reactive than other iodine(V) oxides.

반응 속도와 I의 연소 역학<sub&gt; 4</sub&gt; O<sub&gt; 9</sub&gt; 및 알루미늄 혼합물

Tetraiodine nonoxide (I4O9) has been synthesized using a dry approach that combines elemental oxygen and iodine without the introduction of hydrated ...

Quantitative Analysis by Thermogravimetry-Mass Spectrum Analysis for Reactions with Evolved Gases

During energy conversion, material production, and metallurgy processes, reactions often have the features of unsteadiness, multistep, and multi-intermediates. Thermogravimetry-mass spectrum (TG-MS) is seen as a powerful tool to study reaction features. However, reaction details and reaction mechanics have not been effectively obtained directly from the ion current of TG-MS. Here, we provide a method of an equivalent characteristic spectrum analysis (ECSA) for analyzing the mass spectrum and giving the mass flow rate of reaction gases as precise as possible. The ECSA can effectively separate overlapping ion peaks and then eliminate the mass discrimination and temperature-dependent effect. Two example experiments are presented: (1) the decomposition of CaCO3 with evolved gas of CO2 and the decomposition of hydromagnesite with evolved gas of CO2 and H2O, to evaluate the ECSA on single-component system measurement and (2) the thermal pyrolysis of Zhundong coal with evolved gases of inorganic gases CO, H2, and CO2, and organic gases C2H4, C2H6, C3H8, C6H14, etc., to evaluate the ECSA on multi-component system measurement. Based on the successful calibration of the characteristic spectrum and relative sensitivity of specific gas and the ECSA on mass spectrum, we demonstrate that the ECSA accurately gives the mass flow rates of each evolved gas, including organic or inorganic gases, for not only single but multi-component reactions, which cannot be implemented by the traditional measurements.

Precise determination of the evolved gases&#39; flow rate is key to study the details of reactions. We provide a novel quantitative analysis method of equivalent characteristic spectrum analysis for thermogravimetry-mass spectrum analysis by establishing the calibration system of the characteristic spectrum and relative sensitivity, for obtaining the flow rate.

Thermogravimetry 질량 스펙트럼 분석 진화 가스와 반응에 대 한 정량 분석

During energy conversion, material production, and metallurgy processes, reactions often have the features of unsteadiness, multistep, and ...

Infrared Degenerate Four-wave Mixing with Upconversion Detection for Quantitative Gas Sensing

We present a protocol for performing gas spectroscopy using infrared degenerated four-wave mixing (IR-DFWM), for the quantitative detection of gas species in the ppm-to-single-percent range. The main purpose of the method is the spatially resolved detection of low-concentration species, which have no transitions in the visible or near-IR spectral range that could be used for detection. IR-DFWM is a nonintrusive method, which is a great advantage in combustion research, as inserting a probe into a flame can change it drastically. The IR-DFWM is combined with upconversion detection. This detection scheme uses sum-frequency generation to move the IR-DFWM signal from the mid-IR to the near-IR region, to take advantage of the superior noise characteristics of silicon-based detectors. This process also rejects most of the thermal background radiation. The focus of the protocol presented here is on the proper alignment of the IR-DFWM optics and on how to align an intracavity upconversion detection system.

Here, we present a protocol to perform sensitive, spatially resolved gas spectroscopy in the mid-infrared region, using degenerate four-wave mixing combined with upconversion detection.

적외선 타락 한 4 웨이브 혼합 양적 가스 감지에 대 한 업 검출

We present a protocol for performing gas spectroscopy using infrared degenerated four-wave mixing (IR-DFWM), for the quantitative detection of gas species ...

Nitrogen Compound Characterization in Fuels by Multidimensional Gas Chromatography

Certain nitrogen-containing compounds can contribute to fuel instability during storage. Hence, detection and characterization of these compounds is crucial. There are significant challenges to overcome when measuring trace compounds in a complex matrix such as fuels. Background interferences and matrix effects can create limitations to routine analytical instrumentation, such as GC-MS. In order to facilitate specific and quantitative measurements of trace nitrogen compounds in fuels, a nitrogen-specific detector is ideal. In this method, a nitrogen chemiluminescence detector (NCD) is used to detect nitrogen compounds in fuels. NCD utilizes a nitrogen-specific reaction that does not involve the hydrocarbon background. Two-dimensional (GCxGC) gas chromatography is a powerful characterization technique as it provides superior separation capabilities to one-dimensional gas chromatography methods. When GCxGC is paired with a NCD, the problematic nitrogen compounds found in fuels can be extensively characterized without background interference. The method presented in this manuscript details the process for measuring different nitrogen-containing compound classes in fuels with little sample preparation. Overall, this GCxGC-NCD method has been shown to be a valuable tool to enhance the understanding of the chemical composition of nitrogen-containing compounds in fuels and their impact on fuel stability. The % RSD for this method is &#60;5% for intraday and &#60;10% for interday analyses; the LOD is 1.7 ppm and the LOQ is 5.5 ppm.

Here, we present a method utilizing two-dimensional gas chromatography and nitrogen chemiluminescence detection (GCxGC-NCD) to extensively characterize the different classes of nitrogen-containing compounds in diesel and jet fuels.

Certain nitrogen-containing compounds can contribute to fuel instability during storage. Hence, detection and characterization of these compounds is ...

화학

Carbon and Nitrogen Analysis of Environmental Samples

Source: Laboratories of Margaret Workman and Kimberly Frye - Depaul University
Elemental Analysis is a method used to determine elemental composition of a material. In environmental samples such as soils, scientists are particularly interested in the amounts of two ecologically important elements, nitrogen and carbon. Elemental analysis by the flash combustion technique works by oxidizing the sample with a catalyst through combustion in a high-temperature chamber. The products of combustion are then reduced to N2 and CO2 and detected with a thermal conductivity detector.
Unlike other methods for total nitrogen determination (Kjeldahl method) and total carbon determination (Walkley-Black, Heanes or Leco methods), the flash combustion technique does not use toxic chemicals and is therefore much safer to use.
This video will demonstrate combustion-based elemental analysis using the Flash EA 1112 instrument from Thermo Fisher Scientific.

환경 검체의 탄소 및 질소 분석

Source: Laboratories of Margaret Workman and Kimberly Frye - Depaul University
Elemental Analysis is a method used to determine elemental composition of a ...

교육

JoVE Science Education

환경 과학

Atomic Absorption Spectroscopy: Atomization Methods

Atomic Absorption Spectroscopy (AAS) atomizes samples through flame atomization or electrothermal atomization. Flame atomization typically involves a nebulizer and spray chamber assembly to combine the sample with a fuel&#8211;oxidant mixture, creating a fine aerosol mist that enters a burner. Typically, the fuel and oxidant are combined in an approximately stoichiometric ratio. However, for atoms that are easily oxidized, a fuel-rich mixture may be more advantageous. Only about 5% of the aerosol droplets reach the flame, where they undergo desolvation in the primary combustion zone, leaving bare particles atomized in the inner flame. The gaseous atoms, ions, and molecular species quickly pass through the interzonal region for analysis before exiting the flame. Flame atomizers have low atomization efficiency due to large aerosol droplets not reaching the flame and significant sample dilution from combustion gases. However, the flame atomization efficiencies can be enhanced by continuously aspirating the sample, optimizing fuel-to-oxidant ratios, adjusting nebulizer flow rates, and setting the burner height.
Flame atomization is not suitable for samples with low analyte concentrations or limited volumes due to the small number of samples successfully atomized and detected. In contrast, electrothermal atomization, also known as graphite furnace atomization, uses a graphite tube to capture and concentrate the analytes and works well for small, discrete samples. In this technique, the sample is dried and charred before being atomized at high temperatures.
Elements such as As, Se, Sb, Bi, Ge, Sn, Te, and Pb can be atomized under milder conditions by chemically converting them into volatile hydrides before carrying them to the flame. Additionally, mercury determination can utilize a unique cold-vapor method due to its natural volatility.

원자 흡수 분광법: 분무 방법

Atomic Absorption Spectroscopy (AAS) atomizes samples through flame atomization or electrothermal atomization. Flame atomization typically involves a ...

연료의 연소 화학: 양적 Speciation 데이터와 대기 고 열 흐름 반응 기에서 얻은 결합 분자 빔 질량 분석기

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