研究目的
使用快速扫描外腔量子级联激光器和激波管装置,测量甲醇和乙醇在930至1170 cm-1范围内C-O伸缩振动带的高温中红外吸收光谱,并将这些测量结果与现有经验模型进行对比,以凸显建立高温光谱数据库的必要性。
研究成果
建立了甲醇和乙醇在高温下的实验截面数据库,显示出温度展宽效应且压力依赖性可忽略。与HITRAN 2016数据库的差异表明,模型中需要纳入高J跃迁和热带。该方法为光谱模型开发提供了验证数据,并支持燃烧科学等领域的应用。
研究不足
最大温度受限于激光调谐速率相对于目标物质热分解速率的比值。由于激光光谱间隔导致的欠采样可能遗漏窄吸收特征。不确定度源于温度和压力波动,尤其是在热分解过程中。
1:实验设计与方法选择:
采用配备激波管的宽调谐快速扫描外腔量子级联激光器(EC-QCL)测量吸收光谱,通过比尔-朗伯定律定义吸收截面。
2:样本选择与数据来源:
以甲醇(CH3OH)和乙醇(C2H5OH)为目标物质,测试气体通过将无水醇类液体蒸汽用氩气稀释制备。
3:实验设备与材料清单:
设备包括激波管(斯坦福动力学激波管)、EC-QCL(MIRcat-QT?)、MCT探测器(Vigo System? PVM-2TE-10.6)、二氧化碳气体激光器(Access Laser公司?)、光谱分析仪(布里斯托仪器? 771B-XIR)、硒化锌分束器与窗口片、滤光片(爱特蒙特光学? 7.3μm长通滤光片、Spectrogon? 9.85-11.5μm带通滤光片)及气体处理系统;材料包含氦气、氮气、氩气(普莱克斯?)、甲醇(西格玛奥德里奇?,纯度99.8%)和乙醇(西格玛奥德里奇?,纯度99.5%)。
4:6)、二氧化碳气体激光器(Access Laser公司?)、光谱分析仪(布里斯托仪器? 771B-XIR)、硒化锌分束器与窗口片、滤光片(爱特蒙特光学? 3μm长通滤光片、Spectrogon? 85-5μm带通滤光片)及气体处理系统;材料包含氦气、氮气、氩气(普莱克斯?)、甲醇(西格玛奥德里奇?,纯度8%)和乙醇(西格玛奥德里奇?,纯度5%)。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:测试气体在加热混合罐中通过压力法配制,导入激波管后经激波产生高温环境;EC-QCL通过压力传感器触发快速调谐扫描光谱范围,探测器采集吸收光谱并校正波长漂移与热辐射影响。
5:数据分析方法:
基于比尔-朗伯定律计算吸收截面,评估温度、压力及吸光度水平的不确定度,并与HITRAN 2016等模型对比。
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spectrum analyzer
771B-XIR
Bristol Instruments TM
Monitoring the wavelength of the CO2 gas laser before and after tests.
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long-pass filter
7.3 μm
Edmund Optics TM
Reducing thermal emissions from hot gas by filtering wavelengths.
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band-pass filter
9.85-11.5 μm
Spectrogon TM
Spectral filtering for the CO2 laser path to reduce interference.
暂无现货
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external-cavity quantum-cascade-laser
MIRcat-QT TM
Probing the mid-infrared absorption spectra with rapid tuning and broad scanning capabilities.
暂无现货
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MCT detector
PVM-2TE-10.6
Vigo System TM
Detecting laser intensity for absorption measurements, used for common-mode rejection and wavelength reference.
暂无现货
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CO2 gas laser
Access Laser Company TM
Monitoring concentration of methanol during high-temperature tests with fixed wavelength operation.
暂无现货
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shock tube
Stanford Kinetics Shock Tube
Creating high-temperature and high-pressure environments for spectroscopic measurements using shock waves.
暂无现货
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pressure transducer
Measuring pressure rise to trigger data acquisition and calculate shock conditions.
暂无现货
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ZnSe beam splitters
Splitting the laser beam for multiple detection paths.
暂无现货
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ZnSe windows
AR-coated, flat or 30 minute wedged
Providing optical access to the shock tube with anti-reflection coating to minimize losses.
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gas cell
Holding reference gases for wavelength calibration.
暂无现货
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iris
Spatial filtering to reduce beam size and improve signal quality.
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neutral density filter
Attenuating laser intensity to prevent detector saturation.
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