Name: combustion chemistry of fuels: quantitative speciation data obtained from an atmospheric high-temperature flow reactor with coupled molecular-beam mass spectrometer
Uploaded: 2018-02-19T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Combustion Chemistry of Fuels: Quantitative Speciation Data Obtained from an Atmospheric High-temperature Flow Reactor with Coupled Molecular-beam Mass Spectr

Forsøkene ble utført i massespektrometri avdeling ved Institutt for forbrenning teknologi, Deutsches Zentrum für Luft-und Raumfahrt (DLR) i Stuttgart. Arbeidet ble også støttet av Helmholtz energi-Alliansen "Syntetiske flytende hydrokarboner", the Center-of-Excellence "Alternative drivstoff" og DLR prosjekt "Fremtiden brensel". Forfatterne ønsker å takke Patrick Le Clercq og Uwe Riedel for fruktbart diskusjoner om jet brensel.

1. oppsett av molekylære strålen masse spectrometer (MBMS) og reaktor med system
<ol><li>Varme ovnen til angitt start temperatur, som er den høyeste temperaturen i utpekte måling serien. For typisk forhold av Jet A-1 med Φ = 1, totalt oksidasjon er observert under 850 ° C (~ 1100 K). Valg av riktig starter temperaturer avhenger av kjemisk natur undersøkte drivstoff og støkiometri (Φ).</li>
	<li>Forberede tid-av-fly (TOF) spectrometer mellomliggende arter gjenkjenning. TOF spectrometer justeres av molekylære s...

<ol>
	<li>Moore, R. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biofuel+blending+reduces+particle+emissions+from+aircraft+engines+at+cruise+conditions.">Biofuel blending reduces particle emissions from aircraft engines at cruise conditions.</a> Nature. 543 (7645), 411-415 (2017).</li><li>Braun-Unkhoff, M., Kathrotia, T., Rauch, B., Riedel, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=About+the+interaction+between+composition+and+performance+of+alternative+jet+fuels.">About the interaction between composition and performance of alternative jet fuels.</a> CEAS Aeronautical Journal. 7 (1), 83-94 (2016).</li><li>Egolfopoulos, F. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advances+and+challenges+in+laminar+flame+experiments+and+implications+for+combustion+chemistry.">Advances and challenges in laminar flame experiments and implications for combustion chemistry.</a> Prog Energ Combust. 43, 36-67 (2014).</li><li>Lynch, P. T., Troy, T. P., Ahmed, M., Tranter, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Probing+combustion+chemistry+in+a+miniature+shock+tube+with+synchrotron+VUV+photo+ionization+mass+spectrometry.">Probing combustion chemistry in a miniature shock tube with synchrotron VUV photo ionization mass spectrometry.</a> Anal Chem. 87 (4), 2345-2352 (2015).</li><li>Pelucchi, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+experimental+and+kinetic+modeling+study+of+the+pyrolysis+and+oxidation+of+n-C3C5+aldehydes+in+shock+tubes.">An experimental and kinetic modeling study of the pyrolysis and oxidation of n-C3C5 aldehydes in shock tubes.</a> Combust. Flame. 162 (2), 265-286 (2015).</li><li>Hanson, R. K., Davidson, D. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+advances+in+laser+absorption+and+shock+tube+methods+for+studies+of+combustion+chemistry.">Recent advances in laser absorption and shock tube methods for studies of combustion chemistry.</a> Prog Energ Combust. 44, 103-114 (2014).</li><li>Sung, C. -. J., Curran, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Using+rapid+compression+machines+for+chemical+kinetics+studies.">Using rapid compression machines for chemical kinetics studies.</a> Prog Energ Combust. 44, 1-18 (2014).</li><li>Kohse-H&#246;inghaus, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cover+Picture:+Biofuel+Combustion+Chemistry:+From+Ethanol+to+Biodiesel.">Cover Picture: Biofuel Combustion Chemistry: From Ethanol to Biodiesel.</a> Angw Chem Int Edit. 49 (21), 3545 (2010).</li><li>K&#246;hler, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=1-,+2-+and+3-Pentanol+combustion+in+laminar+hydrogen+flames+-+A+comparative+experimental+and+modeling+study.">1-, 2- and 3-Pentanol combustion in laminar hydrogen flames - A comparative experimental and modeling study.</a> Combust. Flame. 162 (9), 3197-3209 (2015).</li><li>Li, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+Study+of+a+Fuel-Rich+Premixed+Toluene+Flame+at+Low+Pressure.">Experimental Study of a Fuel-Rich Premixed Toluene Flame at Low Pressure.</a> Energ Fuel. 23 (3), 1473-1485 (2009).</li><li>Yang, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Identification+of+combustion+intermediates+in+isomeric+fuel-rich+premixed+butanol-oxygen+flames+at+low+pressure.">Identification of combustion intermediates in isomeric fuel-rich premixed butanol-oxygen flames at low pressure.</a> Combust. Flame. 148 (4), 198-209 (2007).</li><li>Reuter, C. B., Won, S. H., Ju, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flame+structure+and+ignition+limit+of+partially+premixed+cool+flames+in+a+counterflow+burner.">Flame structure and ignition limit of partially premixed cool flames in a counterflow burner.</a> P Combust Inst. 36 (1), 1513-1522 (2017).</li><li>Reuter, C. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+study+of+the+dynamics+and+structure+of+self-sustaining+premixed+cool+flames+using+a+counterflow+burner.">Experimental study of the dynamics and structure of self-sustaining premixed cool flames using a counterflow burner.</a> Combust. Flame. 166, 125-132 (2016).</li><li>Bufferand, H., Tosatto, L., La Mantia, B., Smooke, M. D., Gomez, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+and+computational+study+of+methane+counterflow+diffusion+flames+perturbed+by+trace+amounts+of+either+jet+fuel+or+a+6-component+surrogate+under+non-sooting+conditions.">Experimental and computational study of methane counterflow diffusion flames perturbed by trace amounts of either jet fuel or a 6-component surrogate under non-sooting conditions.</a> Combust. Flame. 156 (8), 1594-1603 (2009).</li><li>Lefkowitz, J. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+chemical+kinetic+study+of+tertiary-butanol+in+a+flow+reactor+and+a+counterflow+diffusion+flame.">A chemical kinetic study of tertiary-butanol in a flow reactor and a counterflow diffusion flame.</a> Combust. Flame. 159 (3), 968-978 (2012).</li><li>Dryer, F. L., Haas, F. M., Santner, J., Farouk, T. I., Chaos, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interpreting+chemical+kinetics+from+complex+reaction-advection-diffusion+systems:+Modeling+of+flow+reactors+and+related+experiments.">Interpreting chemical kinetics from complex reaction-advection-diffusion systems: Modeling of flow reactors and related experiments.</a> Prog Energ Combust. 44, 19-39 (2014).</li><li>Zhao, H., Yang, X., Ju, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kinetic+studies+of+ozone+assisted+low+temperature+oxidation+of+dimethyl+ether+in+a+flow+reactor+using+molecular-beam+mass+spectrometry.">Kinetic studies of ozone assisted low temperature oxidation of dimethyl ether in a flow reactor using molecular-beam mass spectrometry.</a> Combust. Flame. 173, 187-194 (2016).</li><li>O&#223;wald, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combustion+of+butanol+isomers+-+A+detailed+molecular+beam+mass+spectrometry+investigation+of+their+flame+chemistry.">Combustion of butanol isomers - A detailed molecular beam mass spectrometry investigation of their flame chemistry.</a> Combust. Flame. 158 (1), 2-15 (2011).</li><li>Herrmann, F., O&#223;wald, P., Kohse-H&#246;inghaus, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mass+spectrometric+investigation+of+the+low-temperature+dimethyl+ether+oxidation+in+an+atmospheric+pressure+laminar+flow+reactor.">Mass spectrometric investigation of the low-temperature dimethyl ether oxidation in an atmospheric pressure laminar flow reactor.</a> P Combust Inst. 34 (1), 771-778 (2013).</li><li>Li, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+and+kinetic+modeling+study+of+tetralin+pyrolysis+at+low+pressure.">Experimental and kinetic modeling study of tetralin pyrolysis at low pressure.</a> P Combust Inst. 34 (1), 1739-1748 (2013).</li><li>O&#223;wald, P., K&#246;hler, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+atmospheric+pressure+high-temperature+laminar+flow+reactor+for+investigation+of+combustion+and+related+gas+phase+reaction+systems.">An atmospheric pressure high-temperature laminar flow reactor for investigation of combustion and related gas phase reaction systems.</a> Rev Sci Instum. 86 (10), 105109 (2015).</li><li>O&#223;wald, P., Whitside, R., Sch&#228;ffer, J., K&#246;hler, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+experimental+flow+reactor+study+of+the+combustion+kinetics+of+terpenoid+jet+fuel+compounds:+Farnesane,+p-menthane+and+p-cymene.">An experimental flow reactor study of the combustion kinetics of terpenoid jet fuel compounds: Farnesane, p-menthane and p-cymene.</a> Fuel. 187, 43-50 (2017).</li><li>Kathrotia, T., Naumann, C., O&#223;wald, P., K&#246;hler, M., Riedel, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kinetics+of+Ethylene+Glycol:+The+first+validated+reaction+scheme+and+first+measurements+of+ignition+delay+times+and+speciation+data.">Kinetics of Ethylene Glycol: The first validated reaction scheme and first measurements of ignition delay times and speciation data.</a> Combust. Flame. 179, 172-184 (2017).</li><li>Hansen, N., Cool, T. A., Westmoreland, P. R., Kohse-H&#246;inghaus, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+contributions+of+flame-sampling+molecular-beam+mass+spectrometry+to+a+fundamental+understanding+of+combustion+chemistry.">Recent contributions of flame-sampling molecular-beam mass spectrometry to a fundamental understanding of combustion chemistry.</a> Prog Energ Combust. 35 (2), 168-191 (2009).</li><li>Qi, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combustion+chemistry+probed+by+synchrotron+VUV+photoionization+mass+spectrometry.">Combustion chemistry probed by synchrotron VUV photoionization mass spectrometry.</a> P Combust Inst. 34 (1), 33-63 (2013).</li><li>Biordi, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+beam+mass+spectrometry+for+studying+the+fundamental+chemistry+of+flames.">Molecular beam mass spectrometry for studying the fundamental chemistry of flames.</a> Prog Energ Combust. 3 (3), 151-173 (1977).</li><li>K&#246;hler, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Speciation+data+for+fuel-rich+methane+oxy-combustion+and+reforming+under+prototypical+partial+oxidation+conditions.">Speciation data for fuel-rich methane oxy-combustion and reforming under prototypical partial oxidation conditions.</a> Chem Eng Sci. 139, 249-260 (2016).</li><li>O&#223;wald, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+situ+flame+chemistry+tracing+by+imaging+photoelectron+photoion+coincidence+spectroscopy.">In situ flame chemistry tracing by imaging photoelectron photoion coincidence spectroscopy.</a> Rev Sci Instum. 85 (2), 025101 (2014).</li><li>O&#223;wald, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combustion+Chemistry+of+the+Butane+Isomers+in+Premixed+Low-Pressure+Flames.">Combustion Chemistry of the Butane Isomers in Premixed Low-Pressure Flames.</a> Zeitschrift f&#252;r Physikalische Chemie. 225, 1029 (2011).</li><li>Schenk, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detailed+mass+spectrometric+and+modeling+study+of+isomeric+butene+flames.">Detailed mass spectrometric and modeling study of isomeric butene flames.</a> Combust. Flame. 160 (3), 487-503 (2013).</li><li>Li, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multiple+benzene-formation+paths+in+a+fuel-rich+cyclohexane+flame.">Multiple benzene-formation paths in a fuel-rich cyclohexane flame.</a> Combust. Flame. 158 (11), 2077-2089 (2011).</li><li>Bierkandt, T., Hemberger, P., Osswald, P., Kohler, M., Kasper, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Insights+in+m-xylene+decomposition+under+fuel-rich+conditions+by+imaging+photoelectron+photoion+coincidence+spectroscopy.">Insights in m-xylene decomposition under fuel-rich conditions by imaging photoelectron photoion coincidence spectroscopy.</a> P Combust Inst. 36 (1), 1223-1232 (2017).</li><li>Taatjes, C. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enols+Are+Common+Intermediates+in+Hydrocarbon+Oxidation.">Enols Are Common Intermediates in Hydrocarbon Oxidation.</a> Science. 308 (5730), 1887-1889 (2005).</li><li>Li, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+experimental+study+of+the+rich+premixed+ethylbenzene+flame+at+low+pressure.">An experimental study of the rich premixed ethylbenzene flame at low pressure.</a> P Combust Inst. 32 (1), 647-655 (2009).</li><li>Yuan, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+comprehensive+experimental+and+kinetic+modeling+study+of+ethylbenzene+combustion.">A comprehensive experimental and kinetic modeling study of ethylbenzene combustion.</a> Combust. Flame. 166, 255-265 (2016).</li><li>Hansen, N., Skeen, S. A., Michelsen, H. A., Wilson, K. R., Kohse-Hoinghaus, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flame+experiments+at+the+advanced+light+source:+new+insights+into+soot+formation+processes.">Flame experiments at the advanced light source: new insights into soot formation processes.</a> J Vis Exp. (87), e51369 (2014).</li><li>Qi, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Isomeric+identification+of+polycyclic+aromatic+hydrocarbons+formed+in+combustion+with+tunable+vacuum+ultraviolet+photoionization.">Isomeric identification of polycyclic aromatic hydrocarbons formed in combustion with tunable vacuum ultraviolet photoionization.</a> Rev Sci Instum. 77 (8), 084101 (2006).</li><li>Hansen, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=2D-imaging+of+sampling-probe+perturbations+in+laminar+premixed+flames+using+Kr+X-ray+fluorescence.">2D-imaging of sampling-probe perturbations in laminar premixed flames using Kr X-ray fluorescence.</a> Combust. Flame. 181, 214-224 (2017).</li></ol>

Presentert kombinasjonen av en atmosfæriske høy temperatur flyt reaktoren med en molekylær-beam massespektrometri deteksjon system muliggjør kvantitative artsdannelse data for en rekke driftsforhold. Flere studier21,22,23,27 vist fleksibiliteten av eksperimentet fra rike metan forhold relevante for delvis oksidasjon fenomener (φ = 2,5), å undersøke den forbrenning kjemi av moderne jet dr...

Forstå forbrenning prosesser i kjølvannet av moderne, lave utslipp drivstoff fra fornybare ressurser er en utfordring for dagens samfunn økologiske og økonomiske emner. De har potensial til å redusere vår avhengighet av fossilt brensel, forskyvning CO2 -utslipp og har en positiv innvirkning på utslipp av skadelige stoffer som sot og dens giftige forløpere1. Kombinere dette raskt voksende feltet med utnyttelse i moderne combustor systemer, har etterspørselen på en grunnleggende forståelse av styrende kjemiske og fysiske prosessene økt dramatisk2. Selv i dag, er de komplekse kjemiske reaksjon nettverkene som følge av de radikale kjedereaksjoner fortsatt ikke fullt ut forstått. For å analysere eller selv kontrollere fenomener som forurensende formasjon eller (auto) tenning prosesser, er detaljert kunnskap av kjemisk reaksjon nettverk en viktig del av puzzle3.
For å undersøke og forstå de kjemisk reaksjon nettverkene, er eksperimentelle og numerisk tilnærminger obligatorisk. Eksperimentelt, er forbrenning kjemi vanligvis studert ved å bruke eksperimenter med forenklet og godt kontrollerte miljøer å målrette bestemte spørsmål. Høy kompleksiteten og dynamikken i individuelle sub prosesser forhindre eksakt reproduksjon av betingelsene for tekniske combustors av grunnleggende eksperimentene, stund tillater sporing av de utpekte viktigste funksjonene som temperatur, trykk, varme utgivelsen, eller kjemiske arter. Tidlig ble behovet for eksperimentell måter klart, hver håndtere et spesifikt spørsmål og gi et etterfølgende sett med informasjon bidrar til det totale globale bildet i forbrenning kjemi. For å dekke hele spekteret av forhold og samle de etterfølgende settene å beskrive komplekse betingelser forekommer i tekniske systemer ulike tilnærminger ble utviklet. Veletablerte teknikker inkluderer:
<ul><li>Sjokk rør4,5,6 og rask komprimering maskiner7. Disse enhetene gir høy kontroll av trykk og temperatur over et bredt spekter. Men er de tilgjengelige reaksjonstid og egnet analytiske teknikker begrenset.</li>
	<li>Laminær ferdigblandet flammer3,8,9,10,11 er ideelle for å få høy temperatur forhold i kombinasjon med en enkel flyt-feltet. Siden den romlige dimensjonen av sonen reaksjon avtar med økende press, er ferdigblandet flammer vanligvis undersøkt på lavt trykk forhold for artsdannelse formål.</li>
	<li>Motstrøm diffusjon flammer12,13,14,15 er ideelle for å undersøke flamelet regimet i turbulente forbrenning. De etterligner belastningen på grunn av inhomogeneities i en ekte turbulente, men igjen, er svært begrenset i analytisk artsdannelse teknikker.</li>
	<li>Ulike reaktoren eksperimenter16,17,18 (statisk, rørt og plug-flyt) gir tilgang til høytrykks miljøer, mens temperaturen er vanligvis lavere sammenlignet med flammen miljøer. Vanlige er:<ul>
<li>Statisk reaktorer brukes for eksempel puls photolysis eksperimenter, men er generelt begrenset av lang botid times og lave temperaturer.</li>
		<li>Jet-rørt reaktorer, dvs gass versjon av en perfekt rørt reaktor (PSR), stole på effektiv blanding av gassform og kan betjenes ved steady state med konstant botid, temperatur og trykk, gjør det enkelt å modell. Men har molekyler tid til å migrere til de varme overflatene og gjennomgå heterogene reaksjoner.</li>
		<li>Mange flyt reaktoren tilnærminger er kjent med plug flyt reaktoren (PFR) som en av de mest populære tilnærmingene for å beskrive kjemiske reaksjoner i kontinuerlig, flytende systemer sylindriske geometri. Koble flyt forutsettes disse betingelsene ved steady state med fast oppholdstid settes inn som en funksjon av dens posisjon for ideelle PFRs.</li>
	</ul>
</li>
</ul>Utfyllende til disse verdifulle teknikker innen eksperimentelle forbrenning kinetikk, høy temperatur laminær strømning reaktoren eksperimentere19,20 ansette den molekylære stråle massespektrometri (MBMS) metoden for sporing arter utvikling i detalj presenteres21,22 her. Laminær strømningsforhold, arbeider på lufttrykk og tilgjengelig temperaturer opp til 1800 K er sammensatt av flyt reaktoren, mens sensitive MBMS teknikken gjør påvisning av nesten alle kjemiske arter til stede i forbrenning prosessen. Dette inkluderer svært reaktive arter som radikaler som ikke eller knapt sporbar med andre gjenkjenningsmetoder for. MBMS teknikken er mye brukt for detaljert etterforskningen av reaksjon nettverk i flammene av tradisjonell og moderne alternative drivstoff, for eksempel alkohol eller etere23,24,25 , og har vist å kunne stor verdi for moderne kinetic modellen utvikling.
Figur 1 viser skjematisk av høy temperatur flyt reaktoren med et zoomet bilde av prøvetaking sonden (A) og to bilder samlet eksperimentet (B) og sonden oppsett (C). Systemet kan deles inn i to segmenter: første, høy temperatur flyt reaktoren med gass og fordamper og andre, MBMS tid-av-flight detection system. I drift, er utgangen av flow-røret montert direkte til munnstykke prøvetaking av MBMS. Gassen er samplet direkte fra reaktoren stikkontakten og overført til høy-vakuum oppdagelsen system. Her er ionisering utført av elektron ionisering med påfølgende tid-av-flight deteksjon.
Reaktoren har en 40 mm indre diameter keramiske (Al2O3) pipe 1,497 mm lengde i en høy temperatur ovn (f.eksGero, Type HTRH 40-1000). Den totale oppvarmede delen er 1000 mm i lengde. Gasser er matet ferdigblandet og pre fordampede til reaktor med en herdet flens (vanligvis herdet til ~ 80 ° C). Den svært fortynnede (ca 99 vol % i Ar), laminær flytende reactant blanding går gjennom en kjent temperatur profil (detaljer på å temperatur vil bli gitt nedenfor). Påvisning av gass sammensetningen foregår på reaktoren utsalgsstedet som en funksjon av ovn temperatur. Mål utføres på konstant innløp massen flyt, mens en monotonically synkende temperatur rampe (-200 K/h) brukes til ovnen mellom 1800 K til 600 K. Note det samme resultat kan oppnås når forskjellige temperaturer er målt til isotermiske ovn temperatur og termiske tregheten anses riktig. Termisk stabilisering av systemet fortsatt tar litt tid og temperatur rampen er valgt som et kompromiss i snitt for en (ubetydelig) lille temperatur økning og totale måling tid per serie. Snitt tiden (45 s) av MBMS tilsvarer 2,5 K. De resulterende residence er rundt 2 s (på 1000 K) for de angitte betingelsene. Til slutt, på grunn av temperaturen reproduserbarhet, en slektning presisjon av de målte temperaturene på ±5 K eller bedre kan angis for nåværende reaktoren eksperimentet.
Figur 2 viser skjematisk av fordampe systemet, optimalisert for å undersøke selv komplekse hydrokarbon blandinger som teknisk jet brensel. Alle inndata bekker er målt i høy presisjon (nøyaktighet ±0.5%) av Coriolis masse Strømningsmålere. Fordamping av drivstoff er realisert av kommersielle fordamper ved temperaturer opp til 200 ° C. Alle forsyningslinjer med pre fordampede brensel er forvarmet med temperaturer vanligvis 150 ° C å hindre kondensering av flytende brensel, mens du unngår Termisk nedbrytning samtidig. Komplett og stabil fordamping kontrolleres rutinemessig, og kan også oppstå ved temperaturer under normale kokepunktet for de respektive drivstoff. Komplett fordampning ble sikret av små drivstoff brøken og lav delvis trykket (vanligvis under 100 Pa) behov.
Gassene samples ved en kvarts kjegle på midtlinjen av reaktoren exit ved ambient Press (rundt 960 hPa) sett mer detaljert i det zoomede bildet i figur 1. Munnstykke tips har en 50 μm orifice, som ligger omtrent 30 mm inne i keramiske røret på slutten av sonen reaksjon. Merk at prøvetaking plasseringen er fast forhold til mengden. Termisk ekspansjon av ovnen røret bare foregår ved utløpet, som ikke er mekanisk koblet til prøvetaking systemet som resulterer i en temperatur uavhengig lengden av linjestykket reaksjon. Alle reaksjoner er umiddelbart slukket grunnet dannelsen av en molekylær bjelke, når gasser utvides til høyvakuum (differensial pumping SCADA, 10-2 og 10-4 Pa)25,26. Utvalget ledes til ion kilde til et elektron innvirkning (EI) tid-av-fly (TOF) masse spectrometer (masse oppløsning R = 3000) i stand til å bestemme nøyaktig masse stede arter i egnet presisjon for å bestemme elementær sammensetningen i en rik /O system. Elektronet energi er satt til lave verdier (vanligvis 9.5-10.5 eV) for å redusere fragmenteringen på grunn av Ioniseringsprosessen. Merk at den fortynningsmiddel og referanse arter argon er fortsatt synlig på grunn av bred energi distribusjon av ionisert elektronene (1,4 eV FWHM). Mens Ar kan måles med god S/N, lav elektronet energi tillater ikke tilstrekkelig bestemmelse av større arter (H2O, CO2, CO, H2, O2og drivstoff) tilstede profiler, som er i betydelig lavere konsentrasjon .
I tillegg til oppdagelsen av TOF plasseres en gjenværende gass analyzer (RGA), dvs en quadrupole masse spectrometer, i ionisering kammeret overvåke seks Art ovenfor med en høyere elektronet energi (70 eV) samtidig med MBMS-TOF målene.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Time-Of-Flight MBMS</td>
			<td>Kaesdorf</td>
			<td>n.a.</td>
			<td>custom design</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Molecular Beam Samling Interface</td>
			<td>self made</td>
			<td>n.a.</td>
			<td>custom design</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laminar Flow Reactor</td>
			<td>Gero</td>
			<td>Type HTRH 40-1000</td>
			<td>custom design</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Quadrupole MS</td>
			<td>Hiden</td>
			<td>HAL/3F 301</td>
			<td>adapted to ionization chamber</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vaporizer</td>
			<td>Bronkhorst</td>
			<td>CEM</td>
			<td>Vaporizer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mass Flow Meter</td>
			<td>Bronkhorst</td>
			<td>Mini Cori-Flow M12, M13, M14</td>
			<td>Flow Controller</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Jet A-1</td>
			<td>n.a.</td>
			<td>n.a.</td>
			<td>Standard Jet fuel of interest</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Metal syringe</td>
			<td>Hugo Sachs</td>
			<td>70-2252</td>
			<td>Fuel Supply</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heating Hoses</td>
			<td>Hillesheim</td>
			<td>HMI series</td>
			<td>Gas Preheating</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gas</td>
			<td>Linde</td>
			<td>Ar, O2</td>
			<td>Diluent, Oxidizer</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

combustion chemistry of fuels: quantitative speciation data obtained from an atmospheric high-temperature flow reactor with coupled molecular-beam mass spectrometer

Dette manuskriptet beskriver en høy temperatur flyt reaktoren eksperiment kombinert med kraftige molekylær strålen massespektrometri (MBMS) teknikken. Dette fleksible verktøyet tilbyr en detaljert observasjon av kjemiske gassfase-kinetics i reagere strømmer under godt kontrollerte forhold. Det store utvalget av forholdene i laminær strømning reaktoren gir tilgang til ekstraordinære forbrenning programmer som vanligvis ikke oppnåelig av flammen eksperimenter. Disse inkluderer rik forhold ved høye temperaturer relevante for gassifisering prosesser, peroxy kjemi for lav temperatur oksidasjon regime eller undersøkelser av komplekse tekniske brensel. Presentert oppsettet tillater målinger av kvantitative artsdannelse dataene for reaksjon modell validering av forbrenning og gassifisering pyrolyse prosesser, mens en systematisk generell forståelse av reaksjon kjemi. Validering av kinetic reaksjon modeller er vanligvis utført av undersøker forbrenning prosesser av ren forbindelser. Flyt reaktoren er blitt forsterket for å være egnet for teknisk brensel (f.eks multi-komponent blandinger som Jet A-1) å tillate fenomenologiske analysen av forekommende forbrenning mellomprodukter som sot forløpere eller forurensing. Kontrollert og sammenlignbare grensen vilkår av eksperimentell design tillater spådommer av forurensende formasjon tendenser. Kaldt reaktantene fôres ferdigblandet til reaktor som er svært utvannet (i nærheten 99 vol % i Ar) for å undertrykke selvdrevet forbrenning reaksjoner. Laminær flytende reactant blandingen går gjennom et kjent temperatur felt, mens gass sammensetningen bestemmes på reaktorer eksos som en funksjon av ovn temperatur. Flyt reaktoren drives på atmosfærisk trykk med temperaturer opp til 1800 K. Målingene seg utføres ved å redusere temperaturen monotonically frekvensen av-200 K/t. Med sensitiv MBMS teknikk, detaljert artsdannelse data ervervet og kvantifisert for nesten alle kjemiske arter i reaktive prosessen, inkludert radikale arter.

Et typisk masse spekter av samplet gass sammensetningen er vist i Figur 3. Med gitt oppsettet av en masse oppløsning på ca. 3000, arter til m/z = 260 du kan oppdages i C/H/O systemet. Etter en masse kalibreringsprosedyren, er toppene integrert for hver masse-til-charge (m/z) forholdet med deconvolution algoritmer for å vurdere under-løst signaler. Etter bakgrunn og fragmentering rettelser, kan signalet kvantifiseres hjelp av riktig kalibrering faktorene v...

Watch this Scientific Journal Video about Combustion Chemistry of Fuels: Quantitative Speciation Data Obtained from an Atmospheric High-temperature Flow Reactor with Coupled Molecular-beam Mass Spectr

Combustion Chemistry of Fuels: Quantitative Speciation Data Obtained from an Atmospheric High-temperature Flow Reactor with Coupled Molecular-beam Mass Spectrometer

Forbrenning kjemi av drivstoff: kvantitative artsdannelse Data fra en atmosfærisk høy temperatur flyt reaktoren med kombinert molekylær-beam masse Spectrometer

En undersøkelse av oksidativt forbrenning kjemien i romanen biodrivstoff, drivstoff komponenter eller jet brensel ved sammenligning av kvantitative artsdannelse data presenteres. Dataene kan brukes for kinetic modell validering og gjør drivstoff vurdering strategier. Dette manuskriptet beskriver atmosfæriske høy temperatur flyt reaktoren og viser sine evner.

This manuscript describes a high-temperature flow reactor experiment coupled to the powerful molecular beam mass spectrometry (MBMS) technique. This ...

Research

JoVE Journal

Chemistry

PTR-ToF-MS Coupled with an Automated Sampling System and Tailored Data Analysis for Food Studies: Bioprocess Monitoring, Screening and Nose-space Analysis

PTR-ToF-MS kombinert med et automatisert utvalgssystem og skreddersydd dataanalyse for matstudier: Bioprosessovervåking, screening og nese-romanalyse

Proton Transfer Reaction (PTR), combined with a Time-of-Flight (ToF) Mass Spectrometer (MS) is an analytical approach based on chemical ionization that ...

Non-equilibrium Microwave Plasma for Efficient High Temperature Chemistry

Ikke-likevekt Mikrobølge Plasma for effektiv høy temperatur kjemi

A flowing microwave plasma based methodology for converting electric energy into internal and/or translational modes of stable molecules with the purpose ...

A Practical Guide on Coupling a Scanning Mobility Sizer and Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer (SMPS-ICPMS)

A Practical Guide on Coupling a Scanning Mobility Sizer and Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer SMPS-ICPMS

En praktisk veiledning for kobling av en skanningsmobilitetssperre og induktivt koblet plasmamassespektrometer (SMPS-ICPMS)

A large variety of analytical methods are available to characterize particles in aerosols and suspensions. The choice of the appropriate technique depends ...

Fizzy Extraction of Volatile Organic Compounds Combined with Atmospheric Pressure Chemical Ionization Quadrupole Mass Spectrometry

Fizzy Ekstraksjon av flyktige organiske forbindelser kombinert med atmosfærisk trykk kjemisk ionisering Quadrupole massespektrometri

Chemical analysis of volatile and semivolatile compounds dissolved in liquid samples can be challenging. The dissolved components need to be brought to ...

Real-time Breath Analysis by Using Secondary Nanoelectrospray Ionization Coupled to High Resolution Mass Spectrometry

Sanntid pusten analyse ved hjelp av sekundære Nanoelectrospray Ionization koblet til høy oppløsning massespektrometri

Exhaled volatile organic compounds (VOCs) have aroused considerable interest, since they can serve as biomarkers for disease diagnosis and environmental ...

Continuous Flow Chemistry: Reaction of Diphenyldiazomethane with p-Nitrobenzoic Acid

Continuous Flow Chemistry: Reaction of Diphenyldiazomethane with p-Nitrobenzoic Acid

Kontinuerlig kjemi: Reaksjon av Diphenyldiazomethane med p- Nitrobenzoic syre

Continuous flow technology has been identified as instrumental for its environmental and economic advantages leveraging superior mixing, heat transfer and ...

Time-resolved Photophysical Characterization of Triplet-harvesting Organic Compounds at an Oxygen-free Environment Using an iCCD Camera

Tid-løst Photophysical karakteristikk av trilling-fangst organiske forbindelser på et oksygenfri miljø ved hjelp av en iCCD kamera

Here, we present a sensible method of the acquisition and analysis of time-resolved photoluminescence using an ultrafast iCCD camera. This system enables ...

A Continuous-flow Photocatalytic Reactor for the Precisely Controlled Deposition of Metallic Nanoparticles

En kontinuerlig strøm Photocatalytic reaktoren presist kontrollert ham av metallisk nanopartikler

In this work, a novel photocatalytic reactor for the pulsed and controlled excitation of the photocatalyst and the precise deposition of metallic ...

Reducing Willow Wood Fuel Emission by Low Temperature Microwave Assisted Hydrothermal Carbonization

Redusere Willow Wood Fuel utslipp ved lav temperatur mikrobølgeovn assistert hydrotermisk karbonisering

Biomass is a sustainable fuel, as its CO2 emissions are reintegrated in biomass growth. However, the inorganic precursors in the biomass cause a negative ...

Integrated Cell Manipulation Platform Coupled with the Single-probe for Mass Spectrometry Analysis of Drugs and Metabolites in Single Suspension Cells

Integrert Cell manipulasjon Platform sammen med single-probe for Mass massespektrometri analyse av narkotika og metabolitter i single suspensjon celler

Single cell mass spectrometry (SCMS) enables sensitive detection and accurate analysis of broad ranges of cellular species on the individual-cell level. ...