甲烷电离特性的等离子体发射光谱法研究.pdfVIP

第29卷，第7期 光谱学与光谱分析 2009年7月 and SpectroscopySpectralAnalysis July，2009 甲烷电离特性的等离子体发射光谱法研究 李金平1’2，代斌弘，范婷1 1．石河予大学师范学院物理系．新疆石河子832003 2．石河子大学化学化工学院，新疆石河子832003 摘要应用等离子体发射光谱法，用CCD(chargecoupleddevice)光栅光谱仪记录并标识了脉冲电晕甲烷 100 kV，100 等离子体370～1hill的发射光谱，确定了常温常压下高纯甲烷(99．99％)经100Hz脉冲高压电 离后的产物为H，C+，CH，C，C2，C3，c4，C5和烃等。通过分析实验检测到的甲烷等离子体发射光谱，给 出r甲烷经脉冲高压电离形成电晕等离子体的机理和自由基CH。(n=3，2，1)、碳、烃等产物的电离途径。 结果显示甲烷分子经高能电子非弹性碰撞后脱氢程度很高，大量氢原子及其离子和甲烷自由基在进一步被 高能电子作用下合成了烯烃、炔烃、烷烃和高聚碳化物。实验所获得的脉冲甲烷等离子体发射光谱及其机理 分析可为甲烷及其转化研究提供相关依据。 关键词 甲烷；脉冲电晕等离子体；等离子体发射光谱；自由基 中图分类号：C1433．4；0531文献标识码：AⅨ)I：10．3964／j．issrLi000-0593(2009}07—1979-04 rim)，CH(431．4啪)等的发射光谱。 引 言 本文实验用高压脉冲电源将高纯甲烷(纯度99．99％) 电离形成流注电晕，通过cCD光栅光谱仪检测了370～ 1100 等离子体发射光谱法是一种无干扰并可应用于多种等离 nm光谱范围内甲烷的发射光谱，光谱分析结果显示甲 子体的特征光谱、电子温度、电子密度、激发温度、粒种组 烷经高压脉冲信号电离后除上述文献检测到的H，CH，C， 成和粒子能量分布等状态参数的诊断方法[1‘7]。 cz，C+外，还包括C3，c‘，G等的发射光谱。 甲烷是烷烃中结构最简单的一个，是植物腐烂的最终产 物，广泛存在于石油气，天然气和沼气中。通过高压脉冲放 1实验 电使甲烷分子电离，形成等离子体，用光栅光谱仪可以实时 获得甲烷分子的发射光谱。张秀玲等[8]用甲烷冷等离子体技 实验流程如图1所示，实验反应器外部压强为P一 1．00179x105 术在250～670帆波长范围内检测到CH(391，431rim)、C Pa，温度T一281K。高压脉冲电压V=10t) (315rim)、G(516 rim)等的发射光谱。Rie等[9]用发射光谱kV，频率，一100Hz。光栅光谱仪探测系统为CCD，可以实 法考察了Ar／Hz／CH4混合气体等离子体，检测到了C时采集光谱数据。针状电极为正极，板状电极为负极。由于 (492．64，493．21，505．22，538．01，561．60，586．49，放电是在常温常压条件下进行的，所以产生的是非热平衡甲 600．60，601．30，607．98咖)，矿(386．89，387．17。烷等离子体。 426．70。462．99，571．25砌)，G(501．50his)，CH (314．41，431．42rim)等的发射光谱。Vandevelde等[10]通过 2结果和讨论 甲烷和氢气混合气体等离子体检测到了c2(516．5，512．9