反應系統與管路架設

不鏽鋼反應槽置於光譜儀之樣品室中，其體積約為 1372 cm³。反 應槽設計示意圖如圖 3-2 所示。反應槽於(x 軸方向)前後兩側各別裝 有長方形石英(quartz)光窗，其長寬各為 12.5 與 3.0 cm，使雷射光可 入射反應槽。反應槽底座(z 軸方向) 則裝有兩片材質為 KBr 的 1 吋圓

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形光窗，可使偵測樣品之紅外光射入及射出反應槽。反應槽上方(z 軸方向)可接上一電容式壓力計，用來測量系統壓力，壓力計可選用 之最大讀數(full scale)分別為 1000 Torr (MKS，model 626A13)或 10 Torr (MKS，model 626A11)。反應槽右方(y 軸方向)則連接乾式螺旋幫 浦(dry pump，HANBELL，PS80A，抽氣速率 1300-1600 L min⁻¹)，因 此氣體反應物流動方向(y 軸方向)與雷射入射方向垂直。氣體反應物 由管路注入反應槽時會先進入一長方體空間預混和後由兩不鏽鋼夾 縫間滲入反應槽內，如此可使樣品較均勻的散佈於反應槽內，以避免 發生擾流(turbulence flow)現象使光譜雜訊增加。氣體反應物的流量是 利用質量流量控制器 (MKS 1179A, MKS 1149A)中之針閥 (needle valve)進行流量控制。

反應槽具有夾層設計，可通入高溫或低溫流體來改變反應槽內氣 體之溫度。本實驗使用水作為循環流體，並保持反應槽內部溫度約為 70℃。反應槽之光窗口有數個進氣孔，可使部分惰性氣體進入反應槽 時能快速流過光窗以清洗(purge)石英光窗，避免反應物經雷射光解所 產生的碳化物附著於石英光窗，使雷射光穿透率降低，造成雷射能量 降低，降低光譜訊號。

由於實驗所產生的瞬態分子濃度極低，為了增加瞬態產物的光吸 收度，反應槽內置一組多重反射鏡來增加紅外光之吸收路徑長度。如

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圖 3-3 所示，此多重反射鏡為一組 White cell 包含鏡架與三片表面鍍 金之球面鏡，其曲率半徑皆為 15 cm。下方鏡架上置放由一球面鏡切 割成 T 型(圖 3-3 中的 M1)之鏡片，上方鏡架則置放由另一球面鏡切 割為兩半圓形(圖 3-3 中的 M2 與 M3)之鏡片。半圓形鏡與 T 型鏡相距 15 cm，即為球面鏡的兩倍焦距。如圖 3-3 所示，偵測樣品之紅外光 束由 T 型鏡下方缺口入射到上方的半圓鏡並且可在兩個半圓鏡與 T 型鏡之間來回反射 24 次，使紅外光之吸收路徑長增長為 3.6 m，最後 紅外光由下方 T 型鏡另一缺口導出反應槽。為了避免紅外光強度在經 由 多 次 反射 後下降 太 多 ，因 此使用 金 做 為反 射球面 鏡 上 的鍍 膜 (coating)材質，其反射率在波數範圍 2500-20000 cm⁻¹大於 98 %，使 得紅外光經由 24 次反射後仍有 61 %以上的強度。

氣體管路架設如圖 3-4 所示。依實驗目的不同，進氣管路亦有些 微不同，共可分二種方式：

1. 目的為觀察瞬態分子 CH2OO 之吸收光譜時，氧氣在實驗中除了 當作反應物，亦可做為將瞬態分子淬熄至基態的淬熄體。氧氣由高壓 鋼瓶流出後，由流量控制器控制流量，經由 teflon 管導入石英光窗口 之進氣孔，用以清洗光窗。而氮氣則由高壓鋼瓶流出後，由流量控制 器控制流量，流入樣品瓶內用以帶出反應前驅物，並經由 teflon 管導 入反應槽中。

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2. 實驗目的為改變淬息氣體(O2和 N2)壓力來探討瞬態分子 CH2OO 產率的變化時，主要淬熄氣體由氣體鋼瓶流出後，由流量控制器控制 其流量，經由 teflon 管導入石英光窗口之進氣孔，用以清洗光窗。而 次要氣體由氣體鋼瓶流出後，由流量控制器控制其流量，流入樣品瓶 內以帶出反應前驅物，並經由 teflon 管導入反應槽中

此外，如圖 3-5 所示室溫下前驅物 CH2I2蒸氣壓僅約 1 Torr 左右[1]，

為提升反應槽內 CH2I2濃度以提升訊號強度，吾人將樣品隔水加熱至 70 ℃，且管路纏以加熱帶，反應槽外槽以高溫循環水控溫在 70℃以 防止樣品於管路及反應槽中冷凝，在 70℃時 CH2I2之蒸氣壓約為 17 Torr。