第三章 實驗裝置、步驟與條件
3.2 實驗前準備工作
實驗前的準備工作可分為下列幾個部分：White cell 之對正、質量 流量器之校正、樣品的合成與純化及樣品之光吸收截面積(absorption cross section)的量測。
43
3.2.1 White cell 之對正
由於人眼無法看見紅外光，因此需先利用白光對正 White cell。以 下為對正 White cell 之步驟：
1. 將光源切換為白光，並將分光片更換為 CaF2，於樣品室與偵測器 之間的白光光束路徑上置入一減光片(Screen B)，設定光圈為 32，並 拆下樣品底座，使光束能到達偵測器。此時到達偵測器的光束大小會 與偵測器的光窗相同，其為一直徑約為 0.94 cm 之圓形。進行自動對 正(auto align)。
2. 將樣品底座裝回，並將 White cell 平穩放置於底座上，此時 M1 鏡 片之缺口朝向樣品室外側。
3. 將鏡片 M1 調整至鏡架上的中間位置，並調整入射光窗下方之反射 鏡的角度，使白光光束聚焦於鏡片 M1 的延伸平面上，如圖 3-3 中標 示為 0 的位置。
4. 微調鏡片 M3 於鏡架的位置及反射鏡的角度，使由聚焦點發散的白 光光束能完整覆蓋整個鏡片 M3。步驟 3 及 4 需重複數次，以達到最 佳化之對正。
5. 調整鏡片 M3 背面的三顆螺絲來改變鏡片的角度，使白光光束聚焦 於鏡片 M1 上標記為 2 的位置。
6. 調整鏡片 M1 背面的三顆螺絲來改變鏡片的角度並微調鏡片 M2 於
44
鏡架的位置，使反射後之發散的白光光束能完整覆蓋整個鏡片 M2。
7. 調整鏡片 M2 背面的三顆螺絲來改變鏡片的角度，使白光光束聚焦 於鏡片 M1 上標記為 4 的位置。
8. 微調鏡片 M2 及 M3 的角度，使白光光束在鏡片 M1 上呈現兩列平 行排列的聚焦點，如圖 3-3 所示。白光光束經 32 次反射後導至出口 光窗。此時頇檢查鏡片 M1 上的聚焦點形狀與大小是否一致，若否，
則頇繼續微調螺絲直到形狀及大小均一致為止。
9. 調整出口光窗下方反射鏡之角度，直到偵測器測得的光強度達到 最大。記錄光強度之最大振幅及零光程差點的參考位置。
10. 將光源切換為紅外光，並將分光片更換為 KBr，此時於樣品室與 偵測器之間的紅外光之光束路徑上置入一減光片(Screen B)，設定光 圈為 32。待 globar 預熱完畢後，將已對正之 White cell 鏡組拿下，並 將樣品底座拆下，進行自動對正。
11. 將樣品底座裝回，並將 White cell 平穩放置於底座上。微調兩個 光窗下方之反射鏡的角度，直到偵測器測得的光強度達到最大，記錄 光強度之最大振幅及零光程差點的參考位置，若光強度之振幅最大值 小於 3.7 V，則頇進行檢查及微調，使訊號強度恢復至以前的大小即 完成 White cell 之對正。
45
其中 Fs為標準狀態下之流量(sccs，STP cubic centimeter per second)、
Fa為藉由測量得到的流量(cm3 s-1)、Proom及 Troom分別為周遭的壓力 (Torr)及溫度(K)、Pwater則為水的飽和蒸汽壓(Torr)；括弧內表示使用 的單位。
為了提高準確度，可測量不同流量及記錄相對應的讀值，並以讀 值對流量作圖，可得到一線性之校正曲線；必頇注意待測流量對應的 讀值必頇涵蓋讀值器大部分的範圍，以避免曲線適用之區域過小。
46
3.2.3 樣品的合成與純化
本次實驗使用的樣品為 CH3OS(O)Cl，可利用 CH3OH 及 Cl2SO 反 應產生，反應方程式如下：
CH3OH + Cl2SO → CH3OS(O)Cl + HCl(g) (3-2) 本實驗合成 CH3OS(O)Cl 的方法參考自 Berti [1]，詳細的合成及純化 之步驟如下：
1. 準備一個短頸圓底燒瓶(25 cm3)、一個量筒(20 cm3)、數個燒杯(50 cm3)、一個磁攪拌子、一個攪拌器。玻璃器皿頇保持乾燥，避免反應 物與殘留的水氣反應。
2. 利用滴管取出約 10 mL 之 Cl2SO (約 16.3 g，0.14 mol)加入含有磁 攪拌子之圓底燒瓶。Cl2SO 之使用量可依實驗需求增加或減少。
3. 將圓底燒瓶置於攪拌器上方開始攪拌。利用滴管取出相同莫耳數 之 CH3OH (約 4.4 g，5.6 mL)，並緩慢將其加入攪拌中之圓底燒瓶。
合成過程中會產生 HCl 氣體，因此圓底燒瓶內的液體會有小氣泡冒 出。加入 CH3OH 的速度約為數秒一滴，以避免造成突沸使液面濺起，
發生危險。
4. 將 CH3OH 全數加入圓底燒瓶內後，再取出約 0.4 g (第一次加入的 10 %)之 CH3OH 緩慢加入圓底燒瓶內反應，以避免殘留 Cl2SO。產物 CH3OS(O)Cl 如含有 Cl2SO，Cl2SO 光解會產生 ClSO，其吸收譜帶可
47
能會造成干擾[2]。
5. 將溶液放置攪拌約 15 分鐘，待氣泡不再產生後，利用滴管將圓底 燒瓶內的液體移至樣品瓶內，並置於溫度為 253 K 之冰箱內保存 2 4 天，以確保反應完全。樣品瓶頇作封口處理，避免水氣進入樣品瓶內 與樣品反應。
6. 利用酒精與液態氮混合調製溫度約為 193 K 之低溫陷阱，再將樣 品瓶置於此低溫陷阱中，並以幫浦抽去 SO2與 HCl 等不純物；抽氣 時間約為 3 4 小時。純化過程中可利用光譜儀擷取樣品之氣態光譜，
以確認產物之純度，若已去除樣品中大部分之不純物即完成
CH3OS(O)Cl 之純化。若仍有大量不純物殘留，則頇重複步驟 6 直到 去除大部分的不純物。此外，若樣品中有大量 Cl2SO 殘留，則需重複 步驟 4 6，以減少 Cl2SO 之殘留量。
3.2.4 樣品之光吸收截面積的量測
光吸收截面積為分子對於特定波長之光子的吸收截面積。根據比 爾定律(Beer’s Law)，光束穿透特定濃度下的介質，其穿透前及穿透 後的光強度變化如下：
I bc Io
ln (3-3)
其中 I0及 I 分別為光束穿透樣品前及穿透樣品後的光強度、為分子 的光吸收截面積(cm2 molecule-1)、b 為光束通過樣品的吸收路徑長
48 (saturated)，且樣品濃度亦不可過高，以免偏離比爾定律。CH3OS(O)Cl 在 248 nm 下之光吸收截面積的量測結果如圖 3-6 所示，其光吸收截 面積為 8.5 10-19 cm2 molecule-1。