Visualisation de Ambient Spectrométrie de masse à l'utilisation de Schlieren Photographie

L’objectif général de cette procédure est de visualiser le flux gazeux d’une source d’ionisation ambiante utilisée avec la spectrométrie de masse, dans le but de comprendre et d’optimiser la source d’ionisation. Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés dans le domaine de la spectrométrie de masse à ionisation ambiante, telles que l’efficacité de l’ionisation par rapport à la position de la source. Le principal avantage de cette technique est d’utiliser des flux de gaz visualisés avec une source d’ionisation ambiante pour mieux comprendre le phénomène physique associé à la technique de détection.

Bien que cette méthode puisse donner un aperçu de la spectrométrie de masse ambiante, elle peut également être appliquée à d’autres systèmes, tels que les phénomènes physiques, qui impliquent des flux de gaz. Un exemple serait le domaine de l’aérodynamique. En général, les personnes qui ne connaissent pas cette méthode auront du mal, car il est difficile de comprendre comment ajuster manuellement le système pour obtenir un bon alignement de la caméra.

Tout d’abord, fixez un miroir concave sphérique dans une pince de support d’anneau suffisamment grande pour soutenir le miroir. Fixez la pince du support d’anneau avec le miroir à un support d’anneau de trois pieds perpendiculaire au sol. Placez l’anneau et le miroir sur le côté de la source du spectromètre de masse.

Ajustez la face du miroir de manière à ce qu’elle soit parallèle à la source et à la même hauteur que celle-ci. Ensuite, positionnez le miroir de manière à ce que son centre soit aligné avec la région source centrale du spectromètre de masse. Ensuite, fixez une plaque métallique sur le dessus du trépied.

Fixez une lame de rasoir, connue sous le nom de coupe, à la plaque métallique à l’aide d’un aimant, de sorte que le bord tranchant soit vertical. Placez le trépied dans l’alignement du miroir, à deux fois la distance focale du miroir. Ensuite, alignez la lame du rasoir orthogonalement au chemin de la lumière réfléchie par le miroir.

Ajustez manuellement la hauteur du trépied de sorte que le bord tranchant de la lame du rasoir soit à peu près aligné avec le centre du miroir. Ensuite, montez un appareil photo numérique, avec un téléobjectif de 300 millimètres sur un trépied séparé. Positionnez l’appareil photo de manière à ce que l’objectif se trouve à quatre centimètres directement derrière et à la même hauteur que la lame du rasoir.

Connectez la sortie vidéo de la caméra à un écran d’ordinateur pour visualiser facilement le phénomène de Schlieren en temps réel. Percez un petit trou d’environ six millimètres de diamètre au centre d’un capuchon de flacon afin de le fixer à une lampe de poche. Fixez le capuchon du flacon sur une lampe de poche LED de 200 lumens, à l’aide de ruban adhésif haute température.

L’expérience ne fonctionnera que si l’alignement de tous les composants est correct. Veuillez veiller à ce que le positionnement soit correct. Pour assurer le bon positionnement de la lampe de poche, placez un pointeur laser sur la plaque métallique à côté de la lame de rasoir.

Déplacez manuellement le pointeur laser de manière à ce que le haricot frappe le centre du miroir. Ajustez si nécessaire pour vous assurer que le faisceau réfléchi se coupe orthogonalement à la lame de rasoir, de sorte qu’environ la moitié du faisceau soit bloquée. Si le faisceau n’est pas aligné, ajustez manuellement la position du miroir pour diriger le faisceau du pointeur laser directement sur la lame de rasoir.

Après vous être assuré que le faisceau laser est centré sur la lentille, remplacez le pointeur laser par une lampe de poche couverte pendant que tout est aligné. Ensuite, allumez la lampe de poche. À l’aide d’une feuille de papier blanc, observez la lumière réfléchie à la coupure, en vous assurant que le faisceau est un petit point focalisé.

Effectuez tous les ajustements verticaux nécessaires pour bloquer environ la moitié du faisceau lumineux réfléchi avec la coupure. Ensuite, retirez le capuchon d’objectif de l’appareil photo et faites la mise au point sur le miroir. Alignez manuellement la source ionique de la spectrométrie de masse dans la zone de test, avec une distance de 10 millimètres entre l’extrémité de la buse et l’entrée du spectromètre de masse.

Ensuite, ouvrez manuellement la vanne à pointeau vers la source ambiante, permettant à l’azote de s’écouler à travers elle. Ouvrez le logiciel utilisé pour contrôler le spectromètre de masse. Cliquez sur Fichier, puis sélectionnez Ouvrir la mélodie.

Ensuite, sélectionnez le fichier Tune approprié. Après avoir ouvert le réglage manuel, appliquez toutes les tensions et températures à la source ambiante. Observez l’apparition du débit sortant de la buse avec l’appareil de Schlieren, sur l’écran de visualisation de l’appareil photo numérique lorsque la température augmente.

Une fois que l’image souhaitée est visualisée sur l’appareil photo, collectez-la en prenant une photo du flux de gaz. À ce stade, ouvrez l’image acquise à l’aide d’un logiciel de visualisation d’images et imprimez-la. Tracez manuellement une ligne à l’aide d’un crayon et d’une règle sur l’image imprimée, en définissant l’axe central du flux de gaz parallèlement à la direction de l’écoulement.

À l’aide de la règle, tracez manuellement une ligne le long du bord du flux de gaz visualisé sur l’image imprimée. Marquez les bords extérieurs du flux de gaz pour obtenir une plage pour le demi-angle de pulvérisation. Enfin, mesurez l’angle produit entre l’axe central et la ligne à l’aide d’un rapporteur.

Lorsque tous les composants de la configuration Schlieren sont correctement alignés, les gaz dans la zone de test peuvent être vus comme contrastant entre les régions sombres et claires. Ce contraste peut être utilisé pour observer comment la forme de l’écoulement du jet d’azote à partir de la source de spectrométrie de masse change à mesure que la taille de la tuyère diminue. Une image Schlieren complète, non recadrée, de la source et du flux de gaz, illustre l’orientation des objets testés par rapport au miroir et montre ce à quoi on devrait s’attendre lorsque la quantité appropriée de lumière est coupée.

Si la coupure est trop élevée ou trop basse, il en résultera des images de mauvaise qualité. Avec une taille de buse constante, le demi-angle augmente en conséquence avec une augmentation de la pression, ce qui signifie une augmentation globale de la taille du flux de gaz. Le demi-angle augmente avec le diamètre de la buse à pression constante, ce qui signifie une augmentation globale de la taille du jet d’azote, sortant de la source à mesure que le diamètre de la buse augmente.

Une fois maîtrisée, cette technique peut être réalisée en une à deux heures, si elle est correctement exécutée. Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon de visualiser le flux de gaz d’une source d’ionisation ambiante. N’oubliez pas que travailler avec des pointeurs laser peut être extrêmement dangereux et que des lunettes de protection doivent toujours être portées lors de cette procédure.