Název: Studium chemických procesů v atmosféře Titanu iniciovaných výbojem v elektrodové konfiguraci klouzavého obloukového výboje
Překlad názvu: Study of Chemical Processes in Titan Atmosphere Initiated by Discharge in Electrode Configuration Like Gliding Arc Discharge
Autoři: Töröková, Lucie ; Zahoranová, Anna (oponent) ; Žabka,, Ján (oponent) ; Krčma, František (vedoucí práce)
Typ dokumentu: Disertační práce
Rok: 2015
Jazyk: cze
Nakladatel: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická
Abstrakt: [cze] [eng]
Cílem disertační práce je studium plazmochemických procesů a syntéza organických sloučenin vznikajících v elektrickém výboji plynné směsi odpovídající složení atmosféry Saturnova největšího měsíce Titanu. Atmosféra Titanu je svým chemickým složením velmi podobná atmosféře Země v době jejího vzniku. Látky obsažení v atmosféře jsou převážně dusík a metan s malý obsahem organických látek. Dosud byla publikována celá řada prací zabývajících se jak teoretickým-modelovým výzkumem, tak i laboratorními experimenty, v poslední době je snaha o jejich propojení. Hlavním cílem práce je identifikace plynných organických, amino, imino a kyano sloučenin promocí různých analytických metod jako jsou PTR-MS, FTIR a GC-MS. K získání vybraných parametrů plazmatu pak bylo využito OES. Ke studiu generace plynných produktů a radikálů bylo využito výboje generovaného ve směsích N2-CH4 (podíl metanu byl 0,5 až 5 %) za atmosférického tlaku v průtočném režimu při celkových průtocích 50 až 200 sccm a výbojovém proudu v rozmezí 15 až 40 mA. Část měření se rovněž zaměřila na studium vlivu příměsí vodíku a oxidu uhličitého. První část výsledků měření předložených v této práci byla získána z OES za vybraných podmínek (složení plynné směsi, dodávaný výkon). V naměřených spektrech byly identifikovány první negativní a druhý pozitivní systém dusíku, fialový systém radikálu CN a Swanův systém C2. Kromě nich byly rovněž detekovány čáry vodíku H, H a ve spektru druhého řádu i čára atomárního uhlíku. Tato spektra pak byla využita pro výpočet rotačních a vibračních teplot plazmatu. In situ analýzy plynných produktů pomocí FTIR ukázaly ve všech experimentech přítomnost různých nitrilů a uhlovodíků. Jako hlavní produkty generované výbojem byly identifikovány HCN, C2H2, NH3, přičemž jejich koncentrace odpovídaly relaci HCN > NH3 > C2H2. Tato relace byla potvrzena v závislosti na různých experimentálních parametrech. Další část práce byla zaměřena na studium vlivu příměsi CO2 na reaktivitu výše zmíněných plynných směsí. Kromě hlavních produktů, zmíněných výše, byly navíc detekovány CO2 a CO a také některé složitější kyslíkaté organické sloučeniny. Ty ale nebylo možné přesněji určit kvůli velké komplexnosti změřených spekter a překryvu jednotlivých absorpčních pásů. V případě příměsi vodíku do reakční směsi se nepodařilo identifikovat žádné nové látky ani funkční skupiny. K detailnější analýze plynných produktů výboje bylo využito in situ PTR-MS. V tomto případě bylo detekováno velké množství molekulárních struktur obsahujících nitrilové (–CN), amino (–NH2, –NH– a –N CH3CN > C2H5CN. Mimo tyto sloučeniny byla detekována celá řada dalších uhlovodíků i nitrilů. The aim of this work is the study of plasma processes and the synthesis of organic compounds due to electric discharge generated in gas mixture corresponding to the composition of the atmosphere of Saturn's largest moon Titan. This study focuses on the mimic of Titan's atmosphere at atmospheric pressure and ambient laboratory temperature. The chemical composition of Titan's atmosphere is very similar to atmosphere of prehistoric Earth. Many articles have been published with theoretical model-research, and laboratory experiments are the pursuit of their interconnection. The main aim of thesis is the identification of synthesized gaseous organic, amino, imino and cyano compounds by use to various analytical methods such as the PTR-MS, FTIR and GC-MS. The OES and electric measurements were applied to the determination of selected electric discharge parameters. The gaseous products and radicals formed in an atmospheric discharge fed by different mixtures of N2:CH4 (0,5 up to 5 % of CH4) operated in a flowing regime at the total gas mixture flows from 50 to 200 sccm at different discharge currents from 15 up to 40 mA were determined. A part of experiments was carried out with admixtures of CO2 and hydrogen. This first part of results has been obtained using OES in dependence on the gas mixture composition and supplied power. The bands of the nitrogen second positive and the first negative systems, CN violet system and Swan system of C2 were recorded. Besides them, atomic lines H, H, and C (in the second order) were also observed. These spectra allowed calculation of rotational and vibrational temperatures. FTIR in situ analysis of the gaseous products showed presence of various nitrile compounds and hydrocarbons in all experiments. The HCN, C2H2, NH3 were the main products generated in our system. The dependences of their concentrations on various experimental parameters were measured. The other part of this work was devoted to estimate the influence of CO2 traces addition on the reactivity in the gaseous mixtures mentioned above. Besides the main products mentioned above, CO2 and CO were detected and also some more complicated oxygen molecules has been confirmed but not estimated because of FTIR spectra complexity. In the case of hydrogen traces addition into the reaction gas mixture, no other compounds were determined. Impurities of CO2 as well as hydrogen have a great positive influence on the production efficiency of the major generated compounds at all conditions. The more detailed gaseous products analyses were carried out using the in situ PTR-MS. A huge number of different molecular structures containing nitrile groups (–CN), amino groups (–NH2, –NH–, –N CH3CN > C2H5CN. Besides them, many other hydrocarbons and nitriles were detected. Presence of all compounds was studi
Klíčová slova: Atmosféra měsíce Titanu; atmosférický doutnavý výboj; hmotnostní spektrometrie s protonovou ionizací; infračervená spektrometrie s Fourierovou transformací a plynová chromatografie spojená s hmotnostním spektrometrem.; optická emisní spektrometrie; plazmo-chemické reakce; atmospheric glow discharge; Fourier transform infrared spectroscopy; gas chromatography.; optical emission spectroscopy; plasma-chemical reactions; proton transfer reaction mass spectrometry; Titan’s atmosphere

Instituce: Vysoké učení technické v Brně (web)
Informace o dostupnosti dokumentu: Plný text je dostupný v Digitální knihovně VUT.
Původní záznam: http://hdl.handle.net/11012/51780

Trvalý odkaz NUŠL: http://www.nusl.cz/ntk/nusl-561337


Záznam je zařazen do těchto sbírek:
Školství > Veřejné vysoké školy > Vysoké učení technické v Brně
Vysokoškolské kvalifikační práce > Disertační práce