Studium chemických procesů iniciovaných elektrickým výbojem v atmosféře podobné Titanu ve stacionárním režimu

Abstract

Cílem předložené bakalářské práce bylo studium chemických procesů iniciovaných elektrickým výbojem v atmosféře podobné Titanu. Tato bakalářská práce je zaměřena na simulaci atmosféry Titanu za běžné laboratorní teploty a atmosférického tlaku. Atmosféra Titanu je složena zejména z dusíku, který tvoří 98 % atmosféry. Pro simulaci byl využit jiskrový a doutnavý elektrický výboj generovaný ve speciálním reaktoru. Měření probíhala při změnách průtoku CH4 0, 1, 2, 3 a 4 sccm. První část měření probíhala pro jiskrový výboj a druhá část pro výboj doutnavý, u obou za stejných podmínek. Syntetizované plynné produkty byly analyzovány pomocí hmotnostní spektrometrie s protonovou ionizací (PTR-ToF-MS). Detekovány byly především jednoduché dusíkaté alifatické uhlovodíky, avšak se zvyšujícím se průtokem CH4 docházelo ke vzniku složitějších aromatických uhlovodíků v případě obou výbojů. Složení plazmatu a jeho diagnostika byla zkoumána pomocí optické emisní spektrometrie (OES). Měření pomocí hmotnostní spektrometrie s protonovou ionizací i optické emisní spektrometrie probíhalo současně.

The aim of the presented bachelor's thesis was the study of chemical processes initiated by electric discharge in an atmosphere similar to that of Titan. This bachelor's thesis focuses on simulating Titan's atmosphere at normal laboratory temperature and atmospheric pressure. Titan's atmosphere is mainly composed of nitrogen, which constitutes 98 % of the atmosphere. For the simulation, spark and glow electric discharges generated in a special reactor were used. Measurements were conducted with varying CH4 flow rates of 0, 1, 2, 3, and 4 sccm. The first part of the measurements was conducted for the spark discharge and the second part for the glow discharge, both under the same conditions. The synthesized gaseous products were analyzed using proton transfer reaction time-of-flight mass spectrometry (PTR-ToF-MS). Mainly simple nitrogenous aliphatic hydrocarbons were detected, but with increasing CH4 flow, the formation of more complex aromatic hydrocarbons occurred for both discharges. The composition of the plasma and its diagnostics were investigated using optical emission spectrometry (OES). Measurements using proton transfer reaction mass spectrometry and optical emission spectrometry were conducted simultaneously.