89834

I. Cel ćwiczenia: Zapoznanie się z widmem emisyjnym (rotacyjno-oscylacyjnym) cząsteczek dwuatomowych na przykładzie N2* (B-X) i OH (A-X) oraz wyznaczenie temperatury rotacyjnej (gazu) w plazmie wzbudzonej mikrofalami (MIP) dwoma metodami: Metodą tzw. Grafiku Boltzmanna, a także metodą porównawczą z użyciem wysymulowanych widm emisyjnych cząsteczek dla zadanych parametrów.

II.    Wstęp teoretyczny:

Spektrometria molekularna to dział zajmujący się oddziaływaniem promieniowania elektromagnetycznego z cząsteczkami. Zmiana stanów energetycznych cząsteczki oddziałującej z promieniowaniem elektromagnetycznym ma charakter bardzo złożony, ponieważ na całkowitą energię cząsteczki składają się energie, które są związane z różnymi formami ruchu. W cząsteczce wieloatomowej można wyróżnić energie translacji, rotacji, oscylacji oraz energię elektronową. Z wyżej wymienionych energii tylko energia translacji zmienia się w sposób ciągły i nie podlega ograniczeniom kwantowym. Natomiast energia rotacji, oscylacji i ruch elektronów są skwantowane, a całkowitą energie E cząsteczki można wyrazić jako sumę energii elektronowej, oscylacyjnej i rotacyjnej:

E= Eh+ E_wc + Ero,

Energie poziomów rotacyjnych, oscylacyjnych i elektronowych różnią się zasadniczo między sobą:

E*,» E «<» Ero,

Przejścia elektronowe zachodzące w cząsteczce przeprowadza jednocześnie cząsteczkę z poziomu oscylacyjnego i rotacyjnego w stanie początkowym do poziomu oscylacyjnego i rotacyjnego w stanie końcowym. Całkowitą zmianę energii cząsteczki wywołaną na przykład emisją kwantu energii o częstotliwości v (cm¹) można zapisać w następującej postaci:

AE — hv = AEji + AEcnc + AE_ro,

Plazma- mieszanina gazowa, która może być elektrycznie obojętna. Składa się ona z elektronów, jonów, cząsteczek oraz atomów. Owe cząsteczki i atomy często występują w stanie wzbudzonym.

Rozwój nauki w dziedzinie plazmy obejmuje badania nad różnymi jej rodzajami a mianowicie: Plazma argonowa indukcyjnie sprzężona. Plazma pozioma, Plazma prądu stałego. Plazma radialna oraz Plazma wielkiej częstotliwości, sprzężona indukcyjnie.

Badania nad plazmami zarówno w technologii, jak i inżynierii są niezwykle ważne, ponieważ dostarczają wiele informacji na temat struktury elektronowej, oscylacyjnej i rotacyjnej cząsteczek np. dwuatomowych. Ponadto diagnostyka plazmy pozwala na wyznaczenie optymalnych parametrów plazm wszelkich rodzajów, do których zaliczamy m.in. gęstość elektronową, temperaturę wzbudzenia, temperaturę rotacyjną, stopień jonizacji, temperaturę oscylacyjną oraz stan równowagi w plazmie.

Diagnostyka pla/.my opisuje i ustala parametry plazmy. Jednym z ważniejszych parametrów plazmy jest temperatura. Opisuje ona wewnętrzny stan plazmy tzn. jej układ energetyczny we wnętrzu. Drugim równie istotnym parametrem jest gęstość. Dotyczyć ona może określonych indywiduów np. gęstość atomów, cząsteczek, molekuł.

2