HCl 作用光譜(action spectrum)

3.3.1

根據 Anderson 等人的實驗，光區範圍 4000–5000 cm^－1的光源能夠激發 Cl/p-H2間質，其產生的 H₂(v = 1)能引發 H2(v = 1) + Cl→ HCl + H 反應發生。

於此實驗中，吾人欲利用波長可調式紅外雷射激發 Cl/p-H₂間質於不同的振 轉動激發態，並探討不同 H₂(v = 1)激發態產生 HCl 的效率。

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3.3.2

當 Cl₂/p-H2 (1/1600)間質受波長 365 nm 光源照射 2.5 小時並擷取條件二 之光譜後，於紅外光譜擷取方向，擷取僅平均 100 次掃描光譜[條件一]，花 費時間約 10 分鐘，試圖在幾乎不耗損 Cl 原子的狀態下，得到光區 4000–5000 cm^1含 H2以及受 Cl 微擾的 H2振轉動吸收譜線。其後隨即將 FTIR 轉換為 條件二，以濾光片阻擋大於 4000 cm^1的激發光源並擷取光譜。比較上述兩 張條件二的光譜，可發現 Cl 在 943.8 cm^1躍遷吸收經由上述 10 分鐘條件一 的 FTIR 碳矽棒光源造成 Cl 的消耗量小於 1 %。

接著利用 OPO/OPA 系統所提供的波長可調式紅外雷射作為 H₂的激發 光源。當 H2被不同波數之紅外光源激發後，於 2890–2910 cm^1 光區可觀察 到不同程度的 R₁(0) HCl 吸收強度成長。但由於有些 H2的吸收譜帶頻寬僅 不到 1 cm^1 如 Q1(0)及 S1(0)吸收，亦有其頻寬大於 100 cm^1如 QR(0)、Q1(0) + S0(0)及 SR(0)吸收。³ 這些吸收譜線的頻寬寬度相差甚大，所以採兩種不 同的實驗條件，分別為紅外波數連續式掃描激發及紅外波數固定式激發，

根據雷射搭配種子雷射與否可提供雷射之頻寬分別為 0.2 及 1 cm^1，以下個 別做說明。

1. 紅外波數連續式掃描激發(continuous-wavenumber scan)

由於有些 p-H₂ 的激發吸收譜帶頻寬非常窄，甚至與光譜解析度非常接

67 Labview 程式設定 OPO/OPA 系統掃描之紅外光波數範圍(如：4145 → 4155 cm^1)及波數掃瞄速率，設定光聲光譜擷取條件，使得之後在紅外雷射波數 移動的同時，系統自動以閘式積分及平均模組(SR250)積分並平均每 100 發 雷射所蒐集的 CH₄光聲訊號。由於雷射的重複頻率為 10 Hz，故光聲光譜每 一數據點擷取需時 10 秒。另一方面，由於 FTIR 光譜儀擷取一張光區為 2000–3000 cm^1平均 50 次掃描之光譜需時 136 秒，因此吾人設定 OPO/OPA

68 absorbance, NHIA,單位 in cm^1)。另一方面，由於紅外雷射之波長設定可能 與實驗光束之波長有所出入，吾人在雷射激發 p-H₂間質之同時利用光聲光

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數連續式掃描激發的 H2吸收峰有三，欲掃描的範圍列於括號後：4149.0 cm^1 為 H2的 Q1(0)–Cl (4145 → 4155 cm^1)、4478.0 cm^1為 H2的 S1(0)–Cl (4474

→ 4483 cm^1)與 4486.0 cm^1為 H2的 S1(0)(4482 → 4490 cm^1)分別列於圖 4.4、圖 4.5 及圖 4.6。

2. 紅外波數固定式激發(fixed-wavenumber excitation)

當間質樣品以 365 nm LED 光源光解 2.5 小時後，擷取一張平均 100 次

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間質，以條件三進行光譜擷取，將其與雷射照射前後所測得的光譜相減可 得此激發過程的差異光譜。接著對於 2890–2910 cm^1 光區之 HCl 吸收峰作 積分並以所使用的雷射能量做校正，可知以該雷射波數激發後正規化的 HCl 吸收度積分值，並繪製成 HCl 作用光譜如圖 4.7 所示。