|
|
Study of electrical discharge initiated chemical processes in Titan like atmosphere in stationary regime
Zbytek, Filip ; Chudják, Stanislav (referee) ; Krčma, František (advisor)
The aim of the presented bachelor's thesis was the study of chemical processes initiated by electric discharge in an atmosphere similar to that of Titan. This bachelor's thesis focuses on simulating Titan's atmosphere at normal laboratory temperature and atmospheric pressure. Titan's atmosphere is mainly composed of nitrogen, which constitutes 98 % of the atmosphere. For the simulation, spark and glow electric discharges generated in a special reactor were used. Measurements were conducted with varying CH4 flow rates of 0, 1, 2, 3, and 4 sccm. The first part of the measurements was conducted for the spark discharge and the second part for the glow discharge, both under the same conditions. The synthesized gaseous products were analyzed using proton transfer reaction time-of-flight mass spectrometry (PTR-ToF-MS). Mainly simple nitrogenous aliphatic hydrocarbons were detected, but with increasing CH4 flow, the formation of more complex aromatic hydrocarbons occurred for both discharges. The composition of the plasma and its diagnostics were investigated using optical emission spectrometry (OES). Measurements using proton transfer reaction mass spectrometry and optical emission spectrometry were conducted simultaneously.
|
|
|
Study of Chemical Processes in Extraterrestrial Atmospheres
Chudják, Stanislav ; Ferus, Martin (referee) ; Matejčík, Štefan (referee) ; Krčma, František (advisor)
Cieľom predkladanej práce je štúdium chemických procesov v mimozemských atmosférach a syntéza organických zlúčenín vznikajúcich v elektrických výbojoch v plynnej zmesi. Táto štúdia je zameraná najmä na simuláciu atmosféry Titanu. Najčastejšie zloženie plynnej zmesi bolo metán (1-4 sccm) v 200 sccm dusíku. Prebiehali tiež merania so stopovým množstvom kyslíku a oxidu uhličitého. Okrem zloženia plynnej zmesi sa menila aj velkosť dodávaného elektrického výkonu od 2 W – 12 W. Merania prebiehali za laboratórnej teploty ale aj pri teplote kvapalného dusíka, čím sa experiment výrazne priblížil reálnym podmienkam na Titane. Identifikácia syntetizovaných plynných produktov v reaktore prebiehala väčšinou pomocou hmotnostnej spektrometrie s protónovou ionizáciou. Ďalej prebehli aj merania pomocou iónovej mobilnej spektrometrie a infračervenej spektrometrie s Fourierovou transformáciou. Samotný výboj bol charakterizovaný pomocou optickej emisnej spektrometrie, ktorá potvrdzuje prítomnosť aktívnych foriem dusíka a radikálov vznikajúcich z metánu. Okrem toho boli v nameraných spektrách identifikované aj prvý negatívny a druhý pozitívny systém dusíku a tiež fialový systém radikálu CN. Z druhého pozitívneho systému dusíka bola stanovená rotačná teplota na približnú hodnotu 2300-2400 K. Vibračná teplota bola stanovená tiež z tohto systému v závislosti na zložení plynnej zmesi od 3100-3400 K. Ďalej bola vibračná teplota vypočítaná z prvého negatívneho systému dusíka, ktorá ale s koncentráciou metánu mierne klesala a rástla s výkonom v intervale od 3950-4350 K. Veľmi podobnú závislosť mala aj vibračná teplota získaná pre fialový spektrálny systém CN, ktorej hodnota sa nachádzala v intervale od 5900 do 7700 K. Pomocou hmotnostného spektrometra s protónovou ionizáciou bolo detegovaných za laboratórnej teploty množstvo alifatických uhľovodíkov, niektoré aromatické uhľovodíky a tiež amino či kyano zlúčeniny. Najvyššie molekulové hmotnosti za laboratórnej teploty boli do 150 g.mol-1 pri čom najviac zastúpenými látkami boli kyanovodík, acetylén či acetonitril. Pri meraniach za teploty kvapalného dusíka bolo identifikovaných až 200 látok do molekulovej hmotnosti 500 g.mol-1. Aj pri meraniach za nízkej teploty boli dominantnými látkami acetonitril či diacetylene, no kyanovodík už tak dominantným nebol. Ďalej bolo v meraniach použité aj malé množstvo kyslíka, a za týchto podmienok boli významnými detegovanými látkami napr. formamid či acetón. Pri meraniach za laboratórnej aj nízkej teploty platilo, že so vzrastajúcou koncentráciou metánu vznikalo viac látok s vyššou molekulovou hmotnosťou a menej jednoduchých látok, ktoré sa pravdepodobne spotrebúvali na syntézu zložitejších látok. Rovnaká závislosť bola sledovaná aj pri narastajúcom výkone dodávanom do systému. Práca obsahuje aj merania pomocou iónovej mobilnej spektrometrie. Najvýznamnejším detegovaným plynom bol amoniak, ďalej bol detegovaný propan-2-ol, etanol a s najväčšou pravdepodobnosťou aj dietylamín. Poslednou sadou meraní boli merania pomocou FTIR, ktoré sú v zhode s výsledkami z PTR-TOF-MS. V spektre sú tiež vidieť intenzívne pásy prislúchajúce jak alifatickým uhľovodíkom (3050-2800 cm-1), tak aromatickým zlúčeninám (benzén na 1506 cm-1) a takisto aj pásy prislúchajúce dusíkom substituovaným uhľovodíkom (1350-1600 cm-1 a 3200-3400 cm-1). V spektre sú ďalej viditeľné píky HCN (713 cm-1) a C2H2 (729 cm-1), z ktorých boli zostrojené grafy závislostí na koncentrácii metánu.
|
guest ::
