Untersuchung der final states of quenching
Final Report Abstract
Ziel des Projektes war das Studium molekularer Energietransferprozesse nach der Anregung von Molekülen mit Laserlicht und insbesondere die Untersuchung der final states of quenching. Mit diesen Informationen sollte erstmals der LIF-Prozess ausgewählter Moleküle bei beliebigen Laserenergien und unter Berücksichtigung aller dynamischen Prozesse beschrieben und numerisch modelliert werden - eine Grundlage für die Entwicklung quantitativer Experimente. Auf der apparativen Seite wurden während der Projektlaufzeit eine Kaltgaszelle für druckabhängige Untersuchungen toxischer Spezies und eine innovative Flusszelle für Hochtemperaturanwendungen (optisch zugänglich, Einsatzbereich bis T ~ 1200 K) aufgebaut. In diesen Zellen können flexibel Untersuchungen etlicher verbrennungsrelevanter Minoritätenspezies wie OH und CO durchgeführt werden. Die Radikale OH und Ci wurden dagegen in den Flammen von gut charakterisierten Eichbrennern sowohl unter Atmosphären- als auch Niederdruckbedingungen untersucht. Erstmals wurden in diesem Projekt systematisch Energietransfer von €2 in den Swan- Banden (d3ng r <— a3nu) untersucht. Die Ergebnisse erlaubten die Bestimmung von Fluoreszenzlebenszeiten im d-Zustand, die Quantifizierung von BesetzungsVeränderungen durch Rotationsenergietransfer und von zustandsabhängigem Quenching und lieferten wichtige Impulse für die Simulation von Energietransferprozessen in diesem Molekül. Bei den Pump-Probe Experimenten zum Studium der final states of quenching nach Anregung von OH im A-X Band zeigte sich, dass durch den Quenchprozess Zustände mit überraschend hohen Rotationszuständen bevölkert werden. Bei den beobachteten Verteilungen können apparente Temperaturen von weit über 5000 K beobachtet werden. Dies erschwert die quantitative Messung der Zustandsdichte, da die Zunahme der Besetzungsdichte durch Quenching in einem einzelnen rovibronischen Zustand sehr gering ist. Unsere Daten zeigen, dass im v" = 0 Zustand quantitative Messungen erst bei hohen Rotationsquantenzahlen (J" > 35) möglich sind, die thermisch praktisch nicht besetzt werden. Für höhere Vibrationsniveaus, insbesondere für das von uns schwerpunktmäßig studierte v" = 2 Niveau treten signifikante relative Änderungen auch schon bei Rotationsquantenzahlen um J" = 25 auf. Für diese Niveaus ist allerdings der Abfluss von Besetzung durch VET im Grundzustand signifikant, was die Auswertung erschwert. Ein wesentliches Projektziel war die Entwicklung einer Software, die in der Lage ist, den vollständigen LIF-Prozess bestehend aus Anregung mit einem zeitabhängigen Puls, Umverteilung durch RET und VET im angeregten Zustand, Zerfall durch Quenching und Fluoreszenz sowie Equilibrierung durch Energietransfer im Grundzustand zu simulieren. Mit LASKINv2 ist uns dies in vollem Umfang gelungen. Im Vergleich zur Vorgängerversion erlaubt das Programm erstmals die korrekte Berücksichtigung von Sättigungsprozessen bei der Anregung und die Simulation von Pump-Probe Experimenten wie sie bei den Messungen der final states of quenching verwendet werden. Erstmals ist auch die Generierung von Anregungs-Emi s sions Spektren (AES) möglich, aus denen neben konventionellen Emissionsspektren auch AnregungsSpektren mit beliebigem Bandpass extrahiert werden können. Mittlerweile können die Spektren von vier wichtigen verbrennungsrelevanten Spezies mit LASKINv2 simuliert werden: OH A-X, NO A-X, CH A-X und B-X und neuerdings auch C2 d-a. Damit ist LASKINv2 ein wichtiges Werkzeug für die Interpretation spektral aufgelöster LIF-Messungen und hat bereits gute Dienste bei der Planung zukünftiger Experimente geleistet.
Publications
- "Energy transfer in the
d3IJg - a3IJu (0-0) Swan bands of C2-' Implications for quantitative measurements", J.
Phys. Chem. A, 110, 3028-3035 (2006).
A. Brockhinke, M. Letzgus, S. Rinne, K. Kohse-Höinghaus
- Efficient approaches for a quantitative simulation of chemiluminescence
spectra, Invited talk in the "hot topics" session, Gordon Research Conference on Laser
Diagnostics in Combustion, August 12-17, 2007, Oxford, UK.
A. Brockhinke
- Simulation und Messung der Spektroskopie und Moleküldynamik verbrennungsrelevanter
Radikale in der Hochtemperatur-Gasphase Untersuchung brennstoffreicher
Flammen mit laserspektroskopischen Verfahren
Michael Letzgus
