衝擊波管的原理大致在第二章皆有敘述。本次實驗所使用的是活 塞 型 衝 擊 波 管- 原 子 共 振 吸 收 光 譜 系 統 （ diaphragmless shock tube-atomic resonance absorption spectroscopy, ST-ARAS）。1,2 圖(3-1) 為此系統的構造圖。實驗裝置主要分為兩部分：衝擊波管和偵測系 統。活塞型衝擊波管提供了研究高溫動力學時所需的均勻高溫環境，
而衝擊波管中尚包括衝擊波速度偵測裝置及真空抽氣系統。衝擊波速 度偵測裝置包含壓力變化偵測器與計時器，真空抽氣系統則以真空幫 浦使系統保持真空度。偵測系統包含微波共振燈、真空紫外單光儀、
光電倍增管、訊號放大器、示波器及數據處理電腦。儀器與實驗的詳 細運作方式將在接下來的幾個小節作詳細的介紹。
3-1 衝擊波管
依其功能及其構造我們可將衝擊波管分成低壓反應區、高壓驅動 區和真空抽氣系統三個部份，分別敘述如下：
(a)低壓反應區(或稱為被驅動區)
低壓反應區是待測物進行反應的地方，當衝擊波進入此區後，會 壓縮其內的待測氣體，得到一高溫的研究環境。此區由內徑7.6 公分，
長度約5.9 公尺的不鏽鋼管所組成。不鏽鋼管的內側經過電子鍍膜處 理，表面極為光滑不易吸附雜質，有利於達到高度真空。而在不鏽鋼
管的末端則以S1UV 石英窗口隔絕大氣保持真空，當所研究的反應需 要光解前驅物時，可將光解所需之光源由此導入。
在實驗原理已經說明，在衝擊波中，要得到反射衝擊波通過後的 實驗條件如：壓力、濃度、及溫度，必須要靠測量衝擊波的速度來換 算取得，因此速度偵測的精確性對整個實驗結果的影響相當大。
本實驗的速度偵測系統是由裝設在距離衝擊波管末端 3、20、30、
及 40 公分處的四個壓力變化感知器 S1-S4 及三個時間計數器（time counter，Tabor Electronic，model 6010）所組成。壓力感測器主要是 一種壓電晶體，因為其晶格結構具有不對稱性，當衝擊波產生使氣體 壓力變化會使得此壓電晶體產生形變，外在的形變使內部的電子分佈 成局部性一致的電場分部，即可送出一電壓訊號，壓力變化感知器的 構造及相關電路如圖(3-2)所示。在實驗中，當衝擊波抵達反應區時，
衝擊波會壓縮此區內的氣體，造成壓力的突然升高，而當氣體分子到 達偵測器時，氣體分子撞擊緊貼管壁的壓電裝置，引發其觸發電晶體
（FET 2SK30）送出 0.5-5.0 V 的信號，此信號可觸發時間計數器。此 時測出兩個壓力變化感知器所送出之訊號的時間差，即可求出入射衝 擊波前進的速度。三個時間計數器分別量測衝擊波通過壓力變化感測 器 S1 與 S2、S2 與 S3、及 S3 與 S4 的時間差[如圖(3-1)所示]，進而 求出每一區間的衝擊波速度，將之平均即為所求的衝擊波速度。不過
當三個區域所得的時間差（每走10 cm 所花的時間），彼此之間大於 5%的差異時，則表示此衝擊波之行進有問題，因而此次實驗所得的 結果不採用。
低壓反應區不鏽鋼管長度的選擇也與研究的溫度範圍有關，由第 二章的實驗原理可知，衝擊波管能提供的溫度範圍，是由衝擊波的速 度所決定的，而且當衝擊波在管內前進時，衝擊波必須形成歸一化的 衝擊波才能產生均勻的高溫環境，所以衝擊波管的長度不能太長也不 能太短，否則將無法產生均勻的高溫環境，會造成實驗上極大的誤 差。就我們的系統而言，衝擊波管的長度為5.9 公尺，可達到的研究 溫度大概是在800 - 4500 K 之間。
(b)高壓驅動區
此區主要由主活塞、副活塞[圖(3-1)中綠色的區域]和兩個高壓氣 室[圖(3-1)中黃色與藍色的區域]所構成。主活塞的功能是分隔高壓驅 動區和低壓反應區；副活塞中間有一小孔，當高壓氣體洩出，其協助 主活塞能更快速的向後退，造成均勻的衝擊波。衝擊波管是藉由讓黃 色氣室與藍色氣室間產生壓力差，控制活塞的運動，產生衝擊波。而 控制活塞運動的程序是，首先利用V2 的進氣閥將高壓的氦氣灌入黃 色的高壓氣室中，此時副活塞會將黃色氣室分隔成兩個部分。因為 V1 進氣閥與 V2 進氣閥之間有一導管相通，所以打開 V1 進氣閥時，
藍色氣室與黃色氣室的壓力會自動平衡，高壓會迫使主活塞緊緊的壓 住低壓區的衝擊波管，達到分離高壓驅動區與低壓反應區的效果。此 時我們再藉由V2 進氣閥增加高壓氣室的壓力，直到我們所需的壓力 值。待達到所需的壓力後，關閉V1、V2 進氣閥，此時黃色與藍色氣 室完全隔離。最後再將V3 洩氣閥打開，黃色氣室的壓力驟然變小 ， 使副活塞快速的向後退。亦使得藍色氣室的高壓氣體便將主活塞瞬間 地推開，並進入低壓區，形成衝擊波往低壓反應區行進，壓縮其內的 反應氣體。
(c)真空抽氣系統
衝擊波管的真空度是以一渦輪分子幫浦（turbo molecular pump；
Varian，Turbo-V 700HT，700 L/s）及一乾式漩渦真空幫浦（dry-scroll vacuum pump；Varian，Triscroll 300，250 L/m）的組合來維持。衝擊 波管在抽氣30 分鐘後真空度可達 5.0×10-7 torr；如再加熱管壁，並持 續抽氣三小時，壓力可達2.5×10-7 torr。
3-2 偵測系統
3-2-1 微波共振燈
本實驗是以偵測氫原子的濃度隨時間之變化，來求得 CH3OH 熱 解產生氫原子或H+CH3OH 的反應速率。在偵測系統中，我們是以微 波共振燈來做為偵測的光源，其原理為將氫氣和氦氣導至玻璃管中，
其中氦氣為載流氣體，再以微波裂解（microwave discharge）氫氣而 產生激發態的氫原子，並放出該原子的特性光。表(3-1)列出一系列常 用的紫外原子光譜線。3
此次實驗將內含約 0.1%氫氣及 99.9%氦氣的混合氣體，在工作 壓力8 torr 左右的條件下，以 60 W 的功率微波裂解氫分子，產生的 激發態氫原子可在121.57 nm 放出特性螢光（2P1/2 - 2S0）。
3-2-2 真空紫外單光儀
共振螢光經過直徑半英吋，厚度5mm 的氟化鋰（LiF）平面視窗 後，進入衝擊波管中反應進行的區域，經由反應物吸收之後，再通過 另一側相同的氟化鋰平面視窗離開衝擊波管，經一氟化鋰透鏡（f = 11.25 cm）聚焦後導入單光儀（Acton Research Corporation，model VM-502，1200 G/mm）分光，再由光電倍增管偵測。
由單光儀的線性色散的倒數(reciprocal linear dispersion) 方程式：
D-1=d/nF (3-1) 其中d 為光柵之刻痕間距（groove spacing），n 為干涉級數（order of the diffractuon），F 為反射鏡焦距。藉由此公式推算得到其線性色散的倒 數D-1 =（1 mm/1200 gr）/(1×208 mm)= 4 nm/mm。由於進行實驗時單 光儀入口及出口狹縫寬度皆設為 350 μm，由上式得到的結果可以推 算得到單光儀之解析度為4×0.35 = 1.4 nm。
共振螢光通過單光儀分光後，特定波長的光會被導引至光電倍增 管而被偵測。圖(3-3)為光電倍增管簡單的構造示意圖。光電倍增管工 作的原理如下：當光子打到由功函數（work function）很小的材質製 成的光敏陰極（photocathode）時，光敏陰極會放出光電子，電子受 到高電壓之電場加速後，連續撞擊增益電極群（dynodes），產生電子 流逐級放大之效果，在短時間內（10-50 ns）可以放大為 105-108倍。
一般光電倍增管之頻譜響應（spectral response）取決於光敏陰極及封 管視窗之材質。本實驗所使用的光電倍增管為 Hamamatsu R972 型
（MgF2視窗，直徑19 mm），其陽極靈敏度為 980 A/W，有效波長 範圍為115 到 200 nm。此種光電倍增管是一種 solar-blind 的光電倍增 管，無法偵測到可見光波長範圍的光子。因為本實驗使用的光源，皆 在真空紫外光的範圍，故使用此種光電倍增管，可以避免不必要的光 源如：日光燈、日光、原子光源燈之可見光…等的干擾。同時其亦可 避開因高溫而產生的放光干擾，或因待測氣體與產物在照射真空紫外 光之後，所產生的可見光螢光干擾。
3-2-4 訊號放大器
光電倍增管所得的電流可利用訊號放大器作進一步的訊號增 大。本實驗所用的訊號放大器有兩種，分別是電流放大器（low-noise current amplifier；Stanford Research Systems，SR570）及電壓放大器
（low-noise voltage amplifier；Stanford Research Systems，SR560）。
PMT 所得的電流會先經電流放大器放大，並將電流訊號轉為電壓的 訊號。目前電流放大器 SR570 的設定為放大倍率：1 μA/V；濾波器 形式：low-pass 12 dB；頻寬：1 MHz；放大模式：低雜訊(low-noise)。
而轉換所得的電壓訊號會再由電壓放大器作進一步的訊號放大。目前 電壓放大器SR560 的設定為放大倍率：5；濾波器形式：low-pass 12 dB；頻寬：1 MHz；放大模式：低雜訊(low-noise)；耦合方式：DC。
3-2-5 示波器
共振螢光變化的訊號最後會被傳送到示波器上，由其捕捉瞬間的信號 波形，利用電腦擷取波形變化進而得到濃度衰減速率常數值。本實驗 中 使 用 Tektronix TDS 380 之 數 位 示 波 器 （ digital real time oscilloscope），解析度 8 bit，取樣速度為 2 GS/s，頻寬為 400 MHz。
而實驗時示波器之設定為：horizontal time scale：20-100 μs/格；vertical scale：300-500 mV/格；trigger coupling：DC；trigger level：780 mV；
coupling：DC；trigger source：Ext.。 上述條件中，scale 會隨著實驗 條件而變動。本實驗是以最後一個壓力變化偵測器送出的電壓訊號，
當作訊號觸發來源。當衝擊波到達此偵測器時，可直接觸發示波器或 是可另外觸發一脈波產生器，讓脈波產生器另外觸發雷射和示波器。
3-3 樣品的配製
3-3-1 無水甲醇的製備方式
本實驗所使用光譜級的甲醇，純度為 99.9 % (Riedel-de Haën 生 產)。進行實驗時必須先進行除水的步驟，實驗裝置如圖(3-4)所示。
一開始將乙醇置入瓶 A 裡，利用液態氮使甲醇凝固，甲醇凝固之後 將上方的氣體利用真空系統抽走，藉此去除空氣等不純物，將不純物 抽走之後再讓瓶中的甲醇回到室溫。重複此步驟二到三次。即完成初 步的純化步驟的起始樣品。其後，將實驗裝置如圖(3-4)設置完成後，
開啟V1、V2，以裝有液氮的杜耳瓶將瓶B 冷卻，使甲醇由瓶 A 流過 內部填充五氧化二磷(P2O5)的 U 型管，由瓶 B 收集甲醇。收集完之後，
將裝有液態氮的杜耳瓶改置於瓶A，使甲醇氣體再經過五氧化二磷一 次，重複此步驟二到三次之後，即可得到不含水的甲醇。因為甲醇經
將裝有液態氮的杜耳瓶改置於瓶A，使甲醇氣體再經過五氧化二磷一 次，重複此步驟二到三次之後，即可得到不含水的甲醇。因為甲醇經