|
|
Study of Chemical Processes in Exoplanetary Atmospheres
Chudják, Stanislav ; doc. Mgr. Vít Kudrle,Ph.D. (referee) ; Krčma, František (advisor)
In the present work, the abnormal glow discharge at atmospheric pressure was generated in the nitrogen-methane (1 to 5 %) gaseous mixtures related to the atmosphere of Titan. The discharge itself was monitored by optical emission spectrometry that confirmed presence of active nitrogen species and various radicals formed from methane. Besides them, the CN spectral bands were observed. Intensities of all light emitting species were studied in the dependence on applied power and composition of nitrogen-methane mixture. The rotational temperature of about 2000 K was calculated from the second positive nitrogen system. The vibrational temperature also obtained from neutral nitrogen molecule increased nearly directly with methane from 3000 K (1 % CH4) to 3600 K (5 % CH4). In the contrary, vibrational temperature obtained from nitrogen molecular ion decreased with methane in the gaseous mixture and increased with applied discharge power from 3700 K to 4200 K. The same trend showed the vibrational temperature calculated from violet system of CN with value from 4600 K to 5800 K. The stable discharge products were analysed by proton transfer time of flight mass spectrometry of the exhausting gas. Presence of many aliphatic and some aromatic hydrocarbons was confirmed as well as quite a lot of amino and cyano compounds. Increasing concentrations of methane have produced more substances with higher molecular weight and less simple substances that were likely to be consumed on more complex substances. Their relative intensities were determined under the same conditions as optical emission spectra were collected.
|
|
|
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.
|
|
|
Study of Chemical Processes in Exoplanetary Atmospheres
Chudják, Stanislav ; doc. Mgr. Vít Kudrle,Ph.D. (referee) ; Krčma, František (advisor)
In the present work, the abnormal glow discharge at atmospheric pressure was generated in the nitrogen-methane (1 to 5 %) gaseous mixtures related to the atmosphere of Titan. The discharge itself was monitored by optical emission spectrometry that confirmed presence of active nitrogen species and various radicals formed from methane. Besides them, the CN spectral bands were observed. Intensities of all light emitting species were studied in the dependence on applied power and composition of nitrogen-methane mixture. The rotational temperature of about 2000 K was calculated from the second positive nitrogen system. The vibrational temperature also obtained from neutral nitrogen molecule increased nearly directly with methane from 3000 K (1 % CH4) to 3600 K (5 % CH4). In the contrary, vibrational temperature obtained from nitrogen molecular ion decreased with methane in the gaseous mixture and increased with applied discharge power from 3700 K to 4200 K. The same trend showed the vibrational temperature calculated from violet system of CN with value from 4600 K to 5800 K. The stable discharge products were analysed by proton transfer time of flight mass spectrometry of the exhausting gas. Presence of many aliphatic and some aromatic hydrocarbons was confirmed as well as quite a lot of amino and cyano compounds. Increasing concentrations of methane have produced more substances with higher molecular weight and less simple substances that were likely to be consumed on more complex substances. Their relative intensities were determined under the same conditions as optical emission spectra were collected.
|
guest ::
