Die in-situ Analyse reaktiver chemischer Prozesse stellt eine Herausforderung dar. Die Molekularstrahlmassenspektrometrie (engl. Molecular Beam Mass Spectrometry) ist ein Verfahren bei dem die molekulare Masse chemischer Stoffe (Spezies), die Teil eines reaktiven Prozesses sind, bestimmt werden können. Dadurch können genauere Kenntnisse über die ablaufenden chemischen Reaktionen gewonnen werden. Bei dem Verfahren wird eine Gasprobe aus dem reaktiven Medium durch eine mehrstufige Expansion ins Hochvakuum (10^-7 mbar) in einen Molekularstrahl überführt, in dem die chemischen Reaktionen gestoppt („eingefroren“) sind. Anschließend findet die massenspektrometrische Trennung der Spezies statt. Diese Methode kann somit Erkenntnisse über die Chemie eines reaktiven Systems zu unterschiedlichen Betriebspunkten (z.B. unterschiedlichen Temperarturen) liefern.

Neben der dynamischen Konzentrationsbestimmung von chemischen Stoffen, u.a. in thermochemischen Umwandlungsprozessen, sind wir an der Weiterentwicklung der massenspektrometrischen Methoden (auch in Kombination mit anderen analytischen Verfahren) sowie an der detaillierten Ermittlung der resultierenden Unsicherheiten interessiert. Dabei arbeiten wir eng mit der Arbeitsgruppe 3.34 „Reaktionskinetik“ zusammen.

Die Arbeitsgruppe unterhält derzeit zwei unterschiedliche Flugzeitmassenspektrometer (engl. Time-of-Flight, ToF), die mit unterschiedlichen Reaktoren gekoppelt werden können.

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Die dynamische Erfassung/Bestimmung von Spezieskonzentrationen in einem chemisch reaktiven Umfeld kann wichtige Erkenntnisse über die ablaufende Chemie eines Prozesses liefern. Gleichzeitig können die Daten zur Validierung von reaktionskinetischen Modellen herangezogen werden. Um Oxidationsprozesse u.a. von Modellkraftstoffen im Temperaturbereich 400-1200 K untersuchen zu können unterhält die Arbeitsgruppe einen JSR, der über eine dreistufige differentielle Probenahme mit einem unserer Flugzeitmassenspektrometer gekoppelt ist.

Dem beheizbaren Quarzglas-Reaktor werden dabei über zwei voneinander getrennte Wege die hochverdünnten Reaktanden zugeführt und erst kurz vor Eintreten in die (heiße) Reaktionskammer vorgemischt. Über vier Jets wird das Reaktionsgemisch in den Teil des Reaktors überführt, in dem die Reaktionen stattfinden. Dabei sorgen die Jets für eine homogene Verteilung des Reaktionsgemisches im Reaktor.

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