|
|
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.
|
|
|
Selected ion flow tube mass spectrometry, SIFT-MS
Sovová, Kristýna ; Španěl, Patrik (advisor) ; Glosík, Juraj (referee) ; Matejčík, Štefan (referee)
This thesis describes research that has been carried out during the years 2009-2013 as a part of my PhD project related to the method of selected ion flow tube mass spectrometry (SIFT-MS) and its application in interdisciplinary areas of research. SIFT-MS is a method that allows accurate quantification of trace gases and vapours presented in humid air with the focus on human breath; without any sample preparation and in real time. The thesis is divided into several parts. The first part reviews the history of mass spectrometry as a background for the quantitative analytical methods as PTR-MS and SIFT-MS. The second part discusses the detailed history of development of SIFT-MS, starting from principles of selected ion flow tube (SIFT) technique that has been used for study of ion-molecule reactions in the gas phase and forms the basis of SIFT-MS. The next part discusses volatile organic compounds of different biological origin: bacterial, plant and human breath metabolites that can be analyzed in real time using SIFT-MS. The main part "Results and Discussion" is divided into several subsections that serve as commentaries to the enclosed research papers published in peer reviewed journals. The first is a detailed step by step overview of the kinetics of ion molecule reactions which is the basis of...
|
|
|
Ion processes in gases for the trace analysis of volatile compounds in air
Spesyvyi, Anatolii ; Španěl, Patrik (advisor) ; Matejčík, Štefan (referee) ; Tichý, Milan (referee)
This thesis describes development of the new selected ion flow-drift tube mass spectrometry technique, SIFDT-MS, for online quantification of volatile organic compounds, VOCs, based on gas phase ion-molecule reactions. SIFDT-MS represents a new generation of the successfully used selected ion flow tube, SIFT- MS, analytical method. The essential extension of SIFDT-MS is the uniform electric field E applied across the flow tube reactor, thus converting it to the flow-drift tube where the ion processes can be governed by strength of field E. Newly introduces Hadamard modulation of the gate lens before the flow-drift tube enables direct ion residence, and correspondently ion-molecule reaction, time measurement that is necessary for the precise concentration calculations under variable conditions. The detailed experimental study of these processes results was carried out to form a basis of the analytical method. In order to overcome a well-known issue of SIFT-MS, when mass spectral peaks of isobaric ions overlap, the pseudoinverse matrix multiplication for isobaric mixtures was demonstrated. Finally two data mining approaches were successfully tested on the data of the fragmentation signals of seven monoterpene isomers obtained in SIFT-MS.
|
|
|
Selected ion flow tube mass spectrometry, SIFT-MS
Sovová, Kristýna ; Španěl, Patrik (advisor) ; Glosík, Juraj (referee) ; Matejčík, Štefan (referee)
This thesis describes research that has been carried out during the years 2009-2013 as a part of my PhD project related to the method of selected ion flow tube mass spectrometry (SIFT-MS) and its application in interdisciplinary areas of research. SIFT-MS is a method that allows accurate quantification of trace gases and vapours presented in humid air with the focus on human breath; without any sample preparation and in real time. The thesis is divided into several parts. The first part reviews the history of mass spectrometry as a background for the quantitative analytical methods as PTR-MS and SIFT-MS. The second part discusses the detailed history of development of SIFT-MS, starting from principles of selected ion flow tube (SIFT) technique that has been used for study of ion-molecule reactions in the gas phase and forms the basis of SIFT-MS. The next part discusses volatile organic compounds of different biological origin: bacterial, plant and human breath metabolites that can be analyzed in real time using SIFT-MS. The main part "Results and Discussion" is divided into several subsections that serve as commentaries to the enclosed research papers published in peer reviewed journals. The first is a detailed step by step overview of the kinetics of ion molecule reactions which is the basis of...
|
guest ::
