利用微秒时间分辨超灵敏红外光谱仪研究高温反应动力学
近期,斯坦福大学的NICOLAS H. PINKOWSKI研究团队与IRsweep公司合作成功利用微秒时间分辨超灵敏双光梳红外光谱仪-IRis-F1(Dual-comb spectrometer, DCS)演示了中红外QCL的双梳状光谱仪在高能气相反应中的微秒分辨单次测量的应用。实验中配备了两个频率梳和多套立的验证测量系统,在压力驱动下的高温、高压反应釜中研究了一种剧烈的丙炔氧化化学反应 。具体而言,作者在1225 K,2.8 大气压和2%p-C3H4 / 18%O2的预点火条件下,测量了丙炔与氧气之间1.0 毫秒高温反应的详细动力学光谱。实验所采用的量子联激光的双梳状光谱仪(DCS)是由两个立运行的,非固定频率的频率梳组成,其发射波长带宽为179 cm-1 (1174 cm-1-1233 cm-1), 具有9.86 GHz的自由频谱范围和5 MHz的频梳间距,可实现实测4 μ s的时间分辨率(理论时间分辨率 2 μ s)。同时,作者使用另一套立的带间联激光(ICL)光谱仪对DCS测量的精度做了仔细的对比研究,确认了DCS测量的准确性。研究结果表明,单脉冲DCS可以以4 μ s时间分辨测量速率解析丙炔氧化动力学,DCS数据清楚显示:在反应早期(0-0.6 ms)能观察到宽带丙炔吸收特征峰,而在0.75 ms之后可以观察到水的精细特征光谱。在剧烈的高温高压反应中(1 ms 内约2500K和60倍的温度和压力变化)DCS数据显示了出良好的信噪比,其信号的自然噪声抑制和时间分辨率在高焓测试环境中显示出明显优势。同时,立的辅助激光测量光谱(ICL)结果与DCS系统测量结果具有良好的一致性。此外,DCS能够解析与温度直接相关的量子态信息。并且,随着光谱模型和高温截面数据库的改进,将来DCS系统的测量准确性会进一步提升。 随着中红外双梳光谱技术的出现,为超灵敏双光梳红外光谱仪在高焓反应和非平衡环境的反应动力学研究中提供了广阔的研究机遇。研究者坚信超灵敏双光梳红外光谱仪在高能反应动力学研究中将会有更多应用前景。