Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Độ nhạy nhiệt độ của quang phổ ion hóa đa photon cộng hưởng phân tử oxy liên quan đến trạng thái trung gian C 3Π g
Tóm tắt
Kỹ thuật đo nhiệt độ quay của O2 bằng cách tán xạ Rayleigh vi sóng đồng bộ từ ion hóa đa photon cộng hưởng tăng cường (Radar REMPI) đã được nghiên cứu để xác định độ nhạy nhiệt độ và khoảng đo. Trạng thái Rydberg phân tử oxy $$\left( {3s\sigma } \right)C{{}^{3}}\Pi_{g} \left( {v^{\prime } = 2} \right)$$ được chọn làm trạng thái trung gian trong quá trình REMPI 2 + 1, được biết đến là cung cấp tín hiệu REMPI tương đối mạnh. Quang phổ phân giải quay đại diện cho chuyển tiếp hai photon $$C{{}^{3}}\Pi_{g} \left( {v^{\prime } = 2} \right) \leftarrow \leftarrow X{{}^{3}}\varSigma _{g}^{ - } \left( {v^{\prime \prime } = 0} \right)$$ đã được thu thập dưới nhiều điều kiện khí khác nhau bao gồm oxy tinh khiết, khí tổng hợp giống không khí, không khí xung quanh và môi trường ngọn lửa từ nhiệt độ phòng (~300 K) đến nhiệt độ ngọn lửa (~1700 K). Một mô hình quang phổ O2 REMPI đã được phát triển để mô phỏng sự phân bố cường độ đường quang phổ thí nghiệm phụ thuộc vào nhiệt độ trạng thái cơ bản của O2. Mô hình đã được xác nhận ở điều kiện nhiệt độ thấp (~5 K) và sau đó được áp dụng cho nhiều môi trường oxy khác nhau trong khoảng nhiệt độ rộng với sai số tổng thể dưới ±10%. Mô hình quang phổ O2 REMPI hiện tại là một cải tiến so với phiên bản đã được báo cáo trước đó cả về độ chính xác và số lượng đường phù hợp để cung cấp các phép đo nhiệt độ quay. Nghiên cứu này chi tiết một mô hình tối ưu hóa phù hợp các quang phổ mô phỏng với các dải quang phổ thực nghiệm đầy đủ trong nhiều điều kiện với một khoảng nhiệt độ rộng, bao gồm cả dải nhiệt độ thấp (<300 K) và cao (>1300 K).
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
P.H. Krupenie, The spectrum of molecular oxygen. J. Phys. Chem. Ref. Data 1(2), 423–534 (1972)
A. Sur, C.V. Ramana, S.D. Colson, Optical-spectra of the lowest-Πg Rydberg states in O2. J. Chem. Phys. 83(2), 904–905 (1985)
A. Sur, C.V. Ramana, W.A. Chupka, S.D. Colson, Rydberg-Valence interactions in the Pi-G states of O2. J. Chem. Phys. 84(1), 69–72 (1986)
A. Sur, R.S. Friedman, P.J. Miller, Rotational dependence of the Rydberg Valence interactions in the 1-Πg states of molecular-oxygen. J. Chem. Phys. 94(3), 1704–1711 (1991)
A. Sur, L. Nguyen, N. Nikoi, Franck–Condon overlap integrals between the 3 sσ 3Πg Rydberg and the 1–3Πg valence states of O2. J. Chem. Phys. 96(9), 6791–6795 (1992)
R.O. Loo, W.J. Marinelli, P.L. Houston, S. Arepalli, J.R. Wiesenfeld, R.W. Field, Multiphoton ionization of O2 X 3Σ −g , A1Δg, and B 1Σ +g via the 2-photon resonant Nsσg, Ndσg, and NdΠg Rydberg levels. J. Chem. Phys. 91(9), 5185–5200 (1989)
R.R. Ogorzalek-Loo, (Cornell University, 1989)
R.D. Johnson, G.R. Long, J.W. Hudgens, 2 photon resonance enhanced multiphoton ionization spectroscopy of gas-phase O2 α 1Δg between 305–350 Nm. J. Chem. Phys. 87(4), 1977–1981 (1987)
J.S. Morrill, M.L. Ginter, E.S. Hwang, T.G. Slanger, R.A. Copeland, B.R. Lewis, S.T. Gibson, Two-photon REMPI spectra from a1Δg and b1Σ +g to d1Πg in O2. J. Mol. Spectrosc. 219(2), 200–216 (2003)
J.S. Morrill, M.L. Ginter, B.R. Lewis, S.T. Gibson, The (X 2Πg) nsσg 1,3 Πg Rydberg states of O2: spectra, structures, and interactions. J. Chem. Phys. 111(1), 173–185 (1999)
B.R. Lewis, S.T. Gibson, J.S. Morrill, M.L. Ginter, Perturbations in the 3 s sigma(g) (1,3)Pi(g) Rydberg states of O2: bound–bound interactions with the second (1)Pi(g) and (1)Delta(g) valence states. J. Chem. Phys. 111(1), 186–197 (1999)
D.C. Cartwrig, W.J. Hunt, W. Williams, S. Trajmar, W.A. Goddard, Theoretical and experimental (electron-impact) studies of low-lying Rydberg states in O2. Phys. Rev. A 8(5), 2436–2448 (1973)
T.A. York, J. Comer, Electron energy-loss studies of molecular-oxygen in the region 6.0–16.1 eV using a multidetector electron spectrometer. J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 16(19), 3627–3639 (1983)
Y. Wu, Z.L. Zhang, T.M. Ombrello, Spatially resolved measurement of singlet delta oxygen by radar resonance-enhanced multiphoton ionization. Opt. Lett. 38(13), 2286–2288 (2013)
Z.L. Zhang, M.N. Shneider, R.B. Miles, Coherent microwave rayleigh scattering from resonance-enhanced multiphoton ionization in argon. Phys. Rev. Lett. 98(26), 265005 (2007)
M.N. Shneider, Z. Zhang, R.B. Miles, Plasma induced by resonance enhanced multiphoton ionization in inert gas. J. Appl. Phys. 102(12), 123103 (2007)
Y. Wu, A. Bottom, Z.L. Zhang, T.M. Ombrello, V.R. Katta, Direct measurement of methyl radicals in a methane/air flame at atmospheric pressure by radar REMPI. Opt. Express 19(24), 23997–24004 (2011)
Y. Wu, Z. Zhang, Two-dimensional quantitative measurements of methyl radicals in methane/air flame. Appl. Opt. 54(2), 157–162 (2015)
S.T. Sanders, J. Wang, J.B. Jeffries, R.K. Hanson, Diode-laser absorption sensor for line-of-sight gas temperature distributions. Appl. Opt. 40(24), 4404–4415 (2001)
M.C. Thurber, F. Grisch, R.K. Hanson, Temperature imaging with single- and dual-wavelength acetone planar laser-induced fluorescence. Opt. Lett. 22(4), 251–253 (1997)
R.D. Hancock, K.E. Bertagnolli, R.P. Lucht, Nitrogen and hydrogen CARS temperature measurements in a hydrogen/air flame using a near-adiabatic flat-flame burner. Combust. Flame 109(3), 323–331 (1997)
J. Kojima, Q.V. Nguyen, Single-shot rotational Raman thermometry for turbulent flames using a low-resolution bandwidth technique. Meas. Sci. Technol. 19(1), 015406 (2008)
S.F. Adams, Y. Wu, Z.L. Zhang, Oxygen rotational temperature determination using empirical analyses of C3Π(v′ = 2) ← X3Σ(v″ = 0) transitions. Appl. Spectrosc. 69(9), 1036–1041 (2015)
Y. Wu, Z.L. Zhang, S.F. Adams, O2 rotational temperature measurements by coherent microwave scattering from REMPI. Chem. Phys. Lett. 513(4–6), 191–194 (2011)
J. Sawyer, Y. Wu, Z.L. Zhang, S.F. Adams, O2 rotational temperature measurements in an atmospheric air microdischarge by radar resonance-enhanced multiphoton ionization. J. Appl. Phys. 113(23), 233304 (2013)
Y. Wu, J. Sawyer, Z.L. Zhang, S.F. Adams, Flame temperature measurements by radar resonance-enhanced multiphoton ionization of molecular oxygen. Appl. Opt. 51(28), 6864–6869 (2012)
C. Mainos, Multiphoton rotational line strength in diatomic-molecules and for states with Hunds-case-(a) or Hunds-case-(B) coupling. Phys. Rev. A 33(6), 3983–3992 (1986)
S.F. Adams, J.M. Williamson, D.M. Fisher, Rotational temperature analysis of N2 by resonant enhanced multi-photon ionization with fluorescence detection. J. Appl. Phys. 110(8), 3309 (2011)
N. Georgiev, M. Alden, Two-dimensional imaging of flame species using two-photon laser-induced fluorescence. Appl. Spectrosc. 51(8), 1229–1237 (1997)
G.P. Smith, D.M. Golden, M. Frenklach, N.W. Moriarty, B. Eiteneer, M. Goldenberg, C.T. Bowman, R.K. Hanson, S. Song, J. W.C. Gardiner, V.V. Lissianski, Z. Qin, GRI-Mech 3.0. http://www.me.berkeley.edu/gri_mech
J.M. Brown, A. Carrington, Rotational Spectroscopy of Diatomic Molecules,, vol. 8 (Cambridge University Press, Cambridge, 2003)
G. Herzberg, Molecular Spectra and Molecular Structure. Volume I: Spectra of Diatomic Molecules, 2nd edn. (D. Van Nostrand, New York, 1950)
Y. Wu, Z.L. Zhang, N.B. Jiang, S. Roy, J.R. Gord, Resonant- and avalanche-ionization amplification of laser-induced plasma in air. J. Appl. Phys. 116(14), 143304 (2014)