Microwave and diode laser spectroscopy of discharge and flame plasma

par Jan Skřínský

Thèse de doctorat en Optique et Lasers, Physico-Chimie, Atmosphère

Soutenue le 15-12-2010

à Lille 1 en cotutelle avec VŠB - Technical University of Ostrava .

  • Titre traduit

    Spectroscopie millimétrique et infrarouge à diode laser de molécules réactives


  • Résumé

    Deux études principales ont été menées au cours de ce travail. D’une part, le spectre de rotation pure du radical iodomethyle (état fondamental : X̃ 2B1) a été identifié pour la première fois dans le domaine des ondes millimétriques. Ce radical a été produit en phase gazeuse par réaction d’atomes de chlore (obtenus par décharge micro-ondes dans Cl2 à 2450 MHz) avec CH3I ou CH2I2 comme précurseurs. Au total 331 transitions rotationnelles de type a de la branche R ont été observées, et les structures fines et hyperfines ont été résolues. Ces résultats ont ainsi permis de compléter l’étude des radicaux halogénés CH2X (X = F, Cl, Br et I) effectuée au laboratoire PhLAM. La structure électronique de CH2I a pu être obtenue avec précision. Les constantes d'interaction fine et hyperfine obtenues sont en accord avec la symétrie 2B1, c'est à dire que l'électron non apparié occupe une orbitale pπ s'étendant perpendiculairement au plan de la molécule. D’autre part, des études par spectroscopie infrarouge ont été menées sur différentes espèces moléculaires, stables (C3H4, OCS et CH3OH) et réactives (l’ion ArD+ et le radical CN•) afin de tester la possibilité de surveillance de gaz présents dans l’atmosphère sous forme de trace. Ainsi, le concept de la variance d'Allan a été utilisé avec deux méthodes expérimentales bien connues dans le domaine de la détection de gaz présents sous forme de trace : la spectroscopie à diode laser et la spectroscopie photoacoustique à laser CO2. La détection des molécules et d’espèces réactives (O3•, CN•, ArD+) a été comparée sur la base des calculs de la variance d'Allan.


  • Résumé

    Two studies have been carried out during this work. On the one hand, pure rotational spectrum of the gas phase of the monoiodomethyl radical (ground state: X̃2B1) has been observed for the first time in the millimeter¬wave region. The CH2I• radical was created by the reaction of either diiodomethane (CH2I2) or iodomethane (CH3I) with the products of 2450 MHz microwave discharge of Cl2. The 331 millimeterwave a-type R-branch transitions have been observed with fully resolved fine and partly resolved hyperfine components. The small positive inertial defect, Δ0 = 0.03665(3) amu.A2, indicates that the radical is planar in the ground vibronic state. The observed fine and hyperfine interaction constants are consistent with 2B1 symmetry, i.e. with the unpaired electron occupying a pπ orbital extending perpendicular to the molecular plane. On the other hand, infrared spectroscopic studies on several molecular species, stable (C3H4, OCS and CH3OH) and reactive (the ion ArD+, the radicals CN• and O3•) have been carried out to test the possibility of atmospheric trace gas monitoring. Based on the mathematical evaluation of the calculated signal-to-noise ratios of absorption spectra, optimum values of frequency and amplitude modulation were found. The concept of the Allan variance has then been utilized with two experimental methods well-known for the detection of trace gas: diode-laser spectroscopy and CO2 laser photoacoustic spectroscopy. Detection of the above mentioned stable molecules and reactive unstable species have been compared on the basis of Allan variance calculations.

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