Laboratory spectroscopic studies of reactive intermediates relevant to the combustionl

Radmila Janečková

Doctoral thesis

Abstract:

Cílem této disertace je characteritika molekulárních iontů významných z hlediska bepečnostních věd, což znamená především chemie hoření, vyšetřovaných pomocí vybraných spektroskopických metod. První kapitola nazvaná “Microwave spectroscopy of the H212C16O” se zabývá mikrovlnnými spektry molekuly formaldehydu, přesněji rotačními přechody v rámci excitovaných vibračních stavů v milimetrové a submilimetrové oblasti elektromagnetického spectra. Tato studie byla motivována atmosférickou a astrofyzikální důležitostí formaldehydu (H2CO) a jejím hlavním cílem bylo doplnění již existujícího přehledu rotačních přechodů v rámci základního vibračního stavu molekuly o zcela nový soupis přechodů v rámci čtyř prvních excitovaných vibračních stavů 21, 31, 41 a 61 k zlepšení detekce této spécie pomocí metod mikrovlnné či milimetrové spektroskopie. Ve druhé kapitole nazvané “Photoacoustic spectroscopy of the C7H14O2” jsou interpretována apbsorpční spectra molekuly n-pentylacetátu zkoumaná metodou optoakustické spektroskopické detekce (PAS) ke koncentrační analýze. Absorpční spektra plynného n-pentylacetátu byla zkoumána infračervenou spektroskopií s Fourierovou transformací (FTIR) a zároveň CO2-laser optoakustickou spektroskopií (PAS) k přímé kvantitativní spektroskopické detekci stopových množství plynu a následné využití této metody při experimentech fyzikálních simulací šíření zástupce nervového plynu (sarinu) uvnitř modelované mezní vrstvy atmosféry v nízkorychlostním aerodynamickém tunelu. A poslední kapitola nazvaná “Infrared spectroscopy of XCN+” se zabývá studiem molekulárních iontů z řady CN• radikálů, především halogen-kyanidových radikálových kationtů XCN+ (X = Br, I, Cl) s použitím metod laditelné laser-diodové (TDL) infračervené spektroskopie. Radikálový kation ICN+ byl studován teoreticky a experimentálně pomocí této metody, stejně tak pomocí FTIR spektroskopie, v nízkoteplotním výbojovém plazmatu jako simulace exotermického prostředí. Byla detekována řada linií s pravidelným vlnočtovým rozestupem, které pravděpodobně indikují nové spécie vznikající ve výboji, což bylo prověřeno analýzou v programu LoomisWood. Dále byla zaznamenána FTIR spektra a byly přiřazeny jednotlivé pásy k přesnějšímu určení chemického složení nově generovaných spécií ve výbojových podmínkách.

Abstract:

The goal of this thesis is to describe studies about molecular species invertigated by spectroscopic methods which are relevant to the safety sciences – it means first of all chemistry of combustion. The first chapter called “Microwave spectroscopy of the H212C16O” deals with molecule of formaldehyde studied by microwave spectroscopic technique, namely rotational transitions within excited vibrational states in the millimeter-wave and submillimeter-wave region. This work has been motivated by the atmospheric and astrophysical importance of formaldehyde (H2CO). The main aid of this study is to complete the already existing list of rotational transitions within the ground vibrational state by a list of transitions within the four first excited 21, 31, 41 and 61 vibrational states, to help the detections of this species by microwave or millimeterwave techniques. In the second chapter called “Photoacoustic spectroscopy of the C7H14O2” are interpretated absorption spectra of molecule of n-pethylacetate studied by photoacoustic detection (PAS) for concentration analysis. The absorption spectra of gaseous n-penthylacetate has been investigated by means of Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) as well as CO2-laser photoacoustic spectroscopy (PAS) for simulation of the dispersion of a nerve agent (sarin) within a modeled atmospheric boundary layer. Three CO2-laser emission lines has been used for photoacoustic detection of n-penthylacetate with detection limit in the range of 1-3 ppm. And the last chapter called “Infrared spectroscopy of XCN+” deals with molecular ions from CN• radical family, especially halogen-cyanide radical cations XCN+ (X = Br, I, Cl) studied by use of tunable diode-laser (TDL) infrared spectroscopic technique. Radical cation ICN+ has been studied theoretically and also experimentally by means of this method as well as by means of the FTIR spectroscopy in the discharge plasma as a simulation of exothermic medium. Series of the lines with periodic wavenumber distances have been detected. It is supposed that they indicate new generated species that has been proved by Loomis Wood analysis. Furthermore the FTIR spectra have been recorded and individual bands have been assigned to determinate the chemical composition of the newly generated species at discharge conditions.

Keywords

bezpečnostní vědy, spektroskopie, chemie hoření

Keywords

safety sciences, spectroscopy, combustion chemistry

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 29. 1. 2016

Thesis defence

• Date of defence: 20. 11. 2018
• Supervisor: Zdeněk Zelinger
• Reader: Štěpán Urban, Pavel Danihelka, Jan Wild

VŠB - Technical University of Ostrava

Fakulta bezpečnostního inženýrství

Doctoral programme / field:
Požární ochrana a průmyslová bezpečnost / Požární ochrana a bezpečnost