|
|
Development of a device and methodology for Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS)
Képeš, Erik ; Ferus,, Martin (oponent) ; Lohninger, Hans (oponent) ; Kaiser, Jozef (vedoucí práce)
This work deals with the transfer of analysis models across various laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) systems and the comparison of LIBS measurements obtained on distinct systems. Both the LIBS instrumentation and the data processing applied to LIBS data are highly flexible. Unfortunately, due to these flexibilities, results obtained on one LIBS system are rarely directly comparable to results obtained by a different system. This is further complicated by the various, often unknown, impact of the wide range of data processing algorithms on the LIBS data. Consequently, analysis models are generally system (and parameter) specific. The transfer of analysis models across various systems would result in the significant enhancement of the analytical capabilities of LIBS and in moderate cost reductions in industrial LIBS applications. The work studies the impact of various data collection strategies on LIBS data. Moreover, the work investigates the transformation of the acquired LIBS data through data processing. Lastly, the work addresses the transfer of analysis models across various LIBS systems.
|
|
|
Diagnostika plazmatu generovaného v atmosféře simulující podmínky na Marsu
Fojtíková, Nikola ; RNDr. Martin Ferus, Ph.D., (oponent) ; Kozáková, Zdenka (vedoucí práce)
Cílem diplomové práce byla diagnostika plazmatu generovaného v atmosféře simulující podmínky na Marsu. Tato diplomová práce je zaměřena na simulaci atmosféry Marsu za atmosférického tlaku a běžné laboratorní teploty. Díky podobným podmínkám atmosféry Marsu se Zemí byla tato planeta zkoumána již v minulosti a výzkum trvá dodnes. Atmosféra Marsu je složena převážně z oxidu uhličitého, který tvoří více jak 90 % atmosféry Marsu. Na simulaci atmosféry Marsu byl využit doutnavý výboj generovaný ve speciálním reaktoru za atmosférického tlaku při průtoku čistého CO2. Část měření proběhla pouze v čistém CO2 při změně proudu 20, 25, 30, 35 a 40 mA. Část měření se zaměřila na studium vlivu přídavku různých plynů jako je dusík, vodík a metan při změnách jejich průtoků 1, 2, 3, 4 a 5 sccm. Produkty vznikající ve speciálním reaktoru byly analyzovány pomocí hmotnostního spektrometru s protonovou ionizací a analyzátorem doby letu. Pro diagnostiku a složení plazmatu byla použita optická emisní spektrometrie. Byly detekovány převážně jednoduché alifatické uhlovodíky, alkoholy, aldehydy a ketony. Se zvyšováním průtoků jednotlivých plynů vznikaly i složitější aromatické sloučeniny s vyšší molekulovou hmotností. Odpovídající si hmotnostní a optická emisní spektra byla měřena současně.
|
|
|
Exploration of extraterrestrial body impact and UV-driven transformation of atmospheres of terrestrial planets
Knížek, Antonín ; Ferus, Martin (vedoucí práce) ; Kabáth, Petr (oponent) ; Kopecký, Vladimír (oponent)
Klíčová slova: exoplanety, Země, impakty, fotochemie, infračervená spektroskopie, atmosférická chemie Impakty a fotochemie jsou dvěma významnými hnacími silami pro chemické přeměny v planetárních atmosférách. Zatímco UV záření produkované mladými hvězdami kontinuálně poskytuje energii, impakty jsou jednorázové události s dalekosáhlými důsledky. Zvlášť významné jsou pak impakty na mladých kamenných planetách, protože tyto planety jsou vystavovány mnohem vyšším tokům dopadající hmoty, obvykle nazývané "těžké bombardování". Toto bombardování je posledním dozvukem turbulentní planetární akrece a hraje důležitou roli při formování podmínek na planetách, včetně chemického složení, povrchu, chemie atmosfér, produkce aerosolů a pravděpodobně i vzniku života. Budoucí pozorování vesmírnými teleskopy, jako např. Vesmírný dalekohled Jamese Webba nebo Ariel, či pozemskými dalekohledy, jako např. Extrémně velký dalekohled, který je v současnosti konstruován v Chile, mohou určit, zda je toto těžké bombardování běžnou součástí evoluce terestrických planet. Jak impakty, tak fotochemie mohou být efektivně simulovány a studovány v laboratorních podmínkách pomocí moderních metod. Tato práce shrnuje naše výsledky zaměřené na rozpoznávání markerových molekul impaktů a s tím souvisejících termodynamických nerovnováh v...
|
|
|
Study of Chemical Processes in Extraterrestrial Atmospheres
Chudják, Stanislav ; Ferus, Martin (oponent) ; Matejčík, Štefan (oponent) ; Krčma, František (vedoucí práce)
The aim of this work is study of chemical processes in extraterrestrial atmospheres and the synthesis of organic compounds formed in electrical discharges in gaseous mixtures. Presented study focuses on the simulation of the atmosphere of Titan. The most common composition of the gaseous mixture was methane (1-4 sccm) in 200 sccm of nitrogen. Measurements with trace amounts of oxygen and carbon dioxide were also performed. In addition to the composition of the gas mixture, the experiments also varied the value of the electrical power delivered from 2 W - 12 W. The measurements were carried out at laboratory temperature but also at liquid nitrogen temperature, which made the experiment closer to the real conditions on Titan. Identification of the synthesized gaseous products in the reactor was carried out mainly by proton ionization mass spectrometry. Further measurements were using ion mobility spectrometry and Fourier transform infrared spectrometry. The discharge itself was characterised by optical emission spectrometry, confirming the presence of active nitrogen species and radicals arising from methane. In addition, the first negative and nitrogen second positive systems as well as the violet CN radical system were identified in the measured spectra. From the nitrogen second positive system, the rotational temperature was determined to be 2300 2400 K. The vibrational temperature was also determined from this system depending on the concentration of the gas mixture composition from 3100-3400 K. The vibrational temperature was calculated from the nitrogen first negative system, but it decreased slightly with methane concentration and increased with power in the interval from 3950-4350 K. The vibrational temperature obtained for the violet spectral CN system had similar dependence, with values ranging from 5900-7700 K. A number of aliphatic hydrocarbons, some aromatic hydrocarbons and also amino or cyano compounds were detected at laboratory temperature using a PTR-MS. The highest molecular weights at laboratory temperature were up to 150 g.mol-1 with hydrogen cyanide, acetylene or acetonitrile being the most abundant compounds. In measurements at liquid nitrogen temperature, nearly 200 substances up to a molecular weight of 500 g.mol-1 were identified. Even in low temperature measurements, acetonitrile or diacetylene were the dominant substances, but hydrogen cyanide was not so abundant as at ambient temperature. Small amount of oxygen was also used in the measurements and under these conditions, e.g. formamide or acetone were among the significant detected substances. In both laboratory and low-temperature measurements, it was confirmed that with increasing methane concentration, higher molecular weight substances were formed and lower number of simple substances were formed. The same dependence was observed with increasing power delivered to the system. The thesis also includes measurements by ion mobility spectrometry. The most important gas detected was ammonia, followed by propane-2-ol, ethanol and most likely diethylamine. The last measurements were obtained by FTIR. The basic spectrum shows bands belonging to aliphatic hydrocarbons (3050-2800 cm-1) and aromatic compounds (benzene at 1506 cm-1), nitrogen substituted hydrocarbons bands (1350-1600 cm-1 and 3200 3400 cm-1) were identified too. The spectrum further contains peaks of HCN (713cm-1) and C2H2 (729 cm-1) from which graphs of methane concentration dependence was obtained
|
|
|
Chemismus Venuše a mise satelitu EnVision
Kubíčková, Tereza ; Ferus, Martin (vedoucí práce) ; Kabáth, Petr (oponent)
Tato práce shrnuje základní poznatky o chemických procesech probíhající v atmosféře planety Venuše s akcentem na jejich teoretické modelování a související spektrální prů- zkum. Stručně shrnujeme cíle a technické detaily plánované mise ESA EnVision, která by měla rozšířit dosavadní znalosti o minulosti, současnosti a budoucnosti planety, jejího klimatu, morfologie, geofyziky a chemického prostředí. Výsledkem práce je souhrn spek- trálních měření vybraných atmosférických specií laboratorní metodou vysoce rozlišené infračervené spektrometrie s Fourierovou transformací (HR-FTIR), které jsou zazname- nány v NIR spektru Venuše, se zvláštním zaměřením na rozsah ešeletového spektrometru sondy EnVision. Dále popisujeme související výpočetní atmosférický model ARGO, jehož výsledky jsou pro vybrané komponenty porovnány s reálnými měřeními a jinými atmosfé- rickými modely. Cílem práce je nastínit současný stav výzkumu Venuše a jeho budoucnost v souvislosti s plány mise EnVision a ověřit funkčnost současného výpočetního modelu atmosfér. 1
|
|
| |
|
|
Vznik biomolekul na površích jílů v prostředí raných terestrických planet
Hrnčířová, Jana ; Ferus, Martin (vedoucí práce) ; Vaculovičová, Markéta (oponent)
Otázkou původu života na zemi či ve vesmíru se lidstvo zabývá již od nepaměti. Na počátku dvacátého století nahradila metafyzický přístup vysvětlující božím zásahem vznik života i základních stavebních kamenů biogenních látek, jako jsou aminokyseliny, báze a cukry, Oparinova teorie1 o syntéze těchto chemikálií z abiogenní směsi jednoduchých plynů a následné formování živých struktur v tzv. koacervátech. Syntézu aminokyselin potvrdily experimenty Millera a Ureye2 . Následně se však problém prebioticky relevantní syntézy nukleových bází stal základním rozporem mezi představami evolučních a molekulárních biologů a závěry výzkumu chemiků. Z biologického pohledu se zdá vysoce pravděpodobné, že prvotní živé struktury byly založeny na sebereplikující entitě ribonukleové kyseliny (RNA). Z chemického hlediska se však jevila syntéza nukleových bází značně problematická, takže favorizovány byly modely živých struktur založené na aminokyselinách. To však odporuje základnímu dogmatu molekulární biologie, které klasicky postuluje jednosměrnou transkripci sekvence bází nukleové kyseliny do sekvence aminokyselin. V našich experimentech navazujeme na představu jednoduchého vzniku nukleových bází z molekuly formamidu za možných prebiotických podmínek. Směs formamidu s různými druhy všudypřítomných minerálů, v tomto...
|
|
|
Spektrální analýza termolytických produktů drog a kouře cigaret
Vodenková, Eva ; Ferus, Martin (vedoucí práce) ; Nejdl, Lukáš (oponent)
Tato bakalářská práce se zaměřuje na spektrální analýzu spalných a termolytických produktů vybraných návykových látek. Byla provedena spektrální analýzy kouře různých tabákových výrobků (cigareta, elektronické cigarety, vodní dýmka) s cílem kvalitativně určit složení kouře a porovnat škodlivost jejich jednotlivých druhů. Hlavním cílem bylo zjistit, jestli jsou elektronické cigarety zdraví méně škodlivé z hlediska složení hlavních produktů detekovatelných vysoce rozlišenou spektroskopií vyskytujících se v kouři v plynné fázi. Dále se práce zabývá podrobnějším rozborem termolýzy drog v širší teplotní škále a opakovatelnosti měření po delším časovém úseku. K měření absorpčních spekter byly využity také nové spektrální monokrystalové zdroje záření od firmy Crytur a bylo testována jejich použitelnost v oblasti overtonových spekter. Všechna tato měření byla prováděna pomocí infračervené spektroskopie s Fourierovou transformací (FTIR). U tabákových výrobků bylo detekováno méně sloučenin u elektronických cigaret a vodní dýmky oproti klasickým cigaretám. V případě drog se nám podařilo potvrdit opakovatelnost měření a určit procentuální zastoupení jednotlivých látek při různých teplotách. Dále se podařilo prokázat použitelnost měření drog pomocí termolýzy a následnou analýzou pomocí FTIR v praxi. Dále bylo...
|
|
|
Studium nestabilních částic a prekurzorů biomolekul pomocí spektroskopických technik
Ferus, Martin ; Civiš, Svatopluk (vedoucí práce) ; Šponerová, Judit E. (oponent) ; Wild, Jan (oponent)
Předložená dizertační práce je složena ze studií zaměřených na spektroskopický popis, kinetiku a dynamiku molekul, radikálů a iontů v plazmě výboje a laserové jiskry. Výzkum těchto fragmentů je rozšířen o vznik biomolekul z těchto jednoduchých specií včetně vlivu látek s katalytickým účinkem. Dynamika radikálů, iontů a nestabilních molekul byla studována pomocí časově rozlišené spektrometrie s Fourierovou transformací. Byla měřena časově rozlišená emisní spektra výbojů v CH4, HCONH2, BrCN, CH3CN, CF3Br, (CF3)2CHBr a dalších plynech. Následně byl výboj simulován pomocí modelu zahrnujícího molekulární dynamiku, kolizní, chemické a radiační procesy. Modely byly porovnány s experimentálními výsledky a byla vysvětlena získaná emisní časově rozlišená spektra. Fitem na komplexní mechanismus byla experimentálně zjištěna hodnota rychlostní konstanty konverze HCN na HNC kolizí s excitovaným atomem vodíku. V rámci studia prekurzorů biomolekul bylo pomocí vysoce rozlišené infračervené absorpční spektrometrie s Fourierovou transformací analyzováno složení plynných látek vznikajících po expozici par formamidu a plynné směsi oxidu uhelnatého s dusíkem a izotopově značenou vodou laserové jiskře generované vysoce výkonným pražským laserovým systémem Asterix (PALS). Pomocí chemického modelu byla studována dynamika...
|
|
|
Development of a device and methodology for Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS)
Képeš, Erik ; Ferus,, Martin (oponent) ; Lohninger, Hans (oponent) ; Kaiser, Jozef (vedoucí práce)
This work deals with the transfer of analysis models across various laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) systems and the comparison of LIBS measurements obtained on distinct systems. Both the LIBS instrumentation and the data processing applied to LIBS data are highly flexible. Unfortunately, due to these flexibilities, results obtained on one LIBS system are rarely directly comparable to results obtained by a different system. This is further complicated by the various, often unknown, impact of the wide range of data processing algorithms on the LIBS data. Consequently, analysis models are generally system (and parameter) specific. The transfer of analysis models across various systems would result in the significant enhancement of the analytical capabilities of LIBS and in moderate cost reductions in industrial LIBS applications. The work studies the impact of various data collection strategies on LIBS data. Moreover, the work investigates the transformation of the acquired LIBS data through data processing. Lastly, the work addresses the transfer of analysis models across various LIBS systems.
|
host ::
RSS.