Nesteseosten liukoisuuksien mittaaminen

Diplomityön tarkoituksena on tarkastella isobuteenin dimeroitumisprosessin neste-nestetasapainoja. Tavoitteena on määrittää prosessissa esiintyvien komponenttien väliset neste-nestetasapainot. Työn kirjallisuusosassa on tarkasteltu neste-nestetasapainojen teoriaa. Erityisesti on tarkasteltu mittausmenetelmiä sekä kirjallisuudesta löytyneitä laitteistoja binääristen ja ternääristen systeemien neste-nestetasapainojen määritystä varten. Menetelmät ja laitteistot on esitetty erikseen matalassa ja korkeassa paineessa suoritettaville mittauksille. Lisäksi on tarkasteltu näytteenottoa sekä näytteiden analysointimenetelmiä. Kirjallisuusosassa on myös sivuttu kaasu-neste-nestetasapainojen määritystä, mutta työn varsinainen kohde on neste-nestetasapainojen määritys. Työn kokeellisessa osassa määritettiin iso-oktaaniprosessissa esiintyvien komponenttien välisiä binäärisiä ja ternäärisiä neste-nestetasapainoja. Mitattavien komponenttiparien määrää karsittiin ja jäljellejääneiden parien välillä suoritettavat mittaukset jaoteltiin matalassa ja korkeassa paineessa suoritettaviin määrityksiin. Ternääriset mittaukset tulivat kyseeseen sellaisten komponenttiparien kohdalla, joissa toisiinsa täysin liukenevien nesteiden systeemiin kolmatta komponenttia lisättäessä saatiin aikaiseksi kaksi nestefaasia. Tällaisesta mittaustiedosta voidaan määrittää neste-nestetasapainomallien parametrejä. Mittausten lisäksi kokeellisessa osassa tarkasteltiin näytteenottoa sekä näytteiden analysointia.

Elektronispektrometrin kalibrointi

Tämä pro gradu -tutkielma käsittelee BepiColombo-luotaimen SIXS-instrumentin testaamisessa käytettävän elektronispektrometrin kalibrointia. Tarkoitus on pienillä parannuksilla luoda jo olemassaolevasta spektrometristä paremmin tarkoitusta vastaavaja valmis mittalaitteisto. Kalibraatiossa käytetään hyväksi ₉₀Sr -isotooppia, joka hajoaa beta

Metanoliklusterien ja -monomeerin valenssielektronirakenteen ja hajoamisen tutkiminen elektroni-ioni-koinsidenssimenetelmällä

Klustereita tutkitaan nykypäivänä paljon, koska ne ovat nanokokoisia, ja niillä on pienestä koostaan johtuen ainutlaatuiset kemialliset ja fysikaaliset ominaisuudet. Tutkimalla näiden ominaisuuksien muutoksia klusterien koon funktiona, voidaan ymmärtää paremmin aineen makroskooppisten ominaisuuksien mikroskooppinen alkuperä. Tällaisten ominaisuuksien riippuvuus klusterien koosta on yhteydessä klusterin elektroni- ja geometrisen rakenteen muutoksiin. Pienet metanoliklusterit muodostuvat metanolimolekyylien sitoutuessa toisiinsa lineaarisilla vetysidoksilla, jotka määrittävät metanoliklusterien tyypillisen rakenteen. Vetysidokset ovat tärkeitä monissa biologisissa ympäristöissä, ja koska metanoli on yksinkertaisin alkoholi, se on hyvä mallisysteemi, kun tutkitaan liuenneiden aineiden ja liuottimien välisiä vuorovaikutuksia ja sitoutumista vetysidosten välityksellä. Tässä työssä tutkittiin metanolimolekyylin ja pienien metanoliklusterien valenssielektronirakenteita ja hajoamista ultraviolettisäteilyn vaikutuksesta. Jotta ionisoivan säteilyn aiheuttamaa molekyylin hajoamistapahtumaa voidaan mallintaa luotettavasti, tarvitaan tietoa mahdollisimman monesta säteilyn ja molekyylin vuorovaikutuksen seurauksena syntyneestä partikkelista. Tässä työssä tutkimusmenetelmänä käytettiin koinsidenssimenetelmää, jonka tarkoituksena on havaita samasta säteilyn aiheuttamasta ionisaatiotapahtumasta syntynyt elektroni ja ioni. Käytetty mittalaitteisto koostui klusteri- ja säteilylähteestä sekä ioni- ja elektronispektrometrista. Mittauksissa käytetyn ultraviolettisäteilyn energia oli 21,2 eV. Tällaisen säteilyn avulla voitiin tutkia nimenomaan kohdemolekyylien valenssialueen elektronirakennetta ja valenssielektronin ionisaation aikaansaamia hajoamisprosesseja kyseisissä molekyyleissä. Mittaustulosten perusteella määritettiin metanolimonomeerin ja -klusterien hajoamisreitit käytetyllä säteilyenergialla sekä metanolimonomeerin hajoamisessa syntyvien fragmenttien riippuvuus molekyyliorbitaaleilta tapahtuvista elektronisista siirtymistä. Havaittujen fragmenttien perusteella pääteltiin, että suurin klusterilähteessä syntynyt klusteri on metanoliheksameeri. Sekä metanolimonomeerin että -klusterien hajoamisen seurauksena syntyneiden fragmenttien esiintymisenergiat määritettiin, ja niiden todettiin vastaavan hyvin kirjallisuudessa esiintyviä kokeellisesti määritettyjä arvoja. Esiintymisenergioiden todettiin pienenevän, kun havaitun klusteri-ionin muodostavien metanolimolekyylien lukumäärä kasvaa. Protonoituneen metanolimonomeerin ja -dimeerin kanssa koinsidenssissa havaittujen elektronien energioiden erot viittaavat siihen, että metanolidimeerin ja -trimeerin geometrinen rakenne on huomattavasti toisistaan poikkeava.

Metanoliklusterien ja -monomeerin valenssielektronirakenteen ja hajoamisen tutkiminen elektroni-ioni-koinsidenssimenetelmällä

Klustereita tutkitaan nykypäivänä paljon, koska ne ovat nanokokoisia, ja niillä on pienestä koostaan johtuen ainutlaatuiset kemialliset ja fysikaaliset ominaisuudet. Tutkimalla näiden ominaisuuksien muutoksia klusterien koon funktiona, voidaan ymmärtää paremmin aineen makroskooppisten ominaisuuksien mikroskooppinen alkuperä. Tällaisten ominaisuuksien riippuvuus klusterien koosta on yhteydessä klusterin elektroni- ja geometrisen rakenteen muutoksiin. Pienet metanoliklusterit muodostuvat metanolimolekyylien sitoutuessa toisiinsa lineaarisilla vetysidoksilla, jotka määrittävät metanoliklusterien tyypillisen rakenteen. Vetysidokset ovat tärkeitä monissa biologisissa ympäristöissä, ja koska metanoli on yksinkertaisin alkoholi, se on hyvä mallisysteemi, kun tutkitaan liuenneiden aineiden ja liuottimien välisiä vuorovaikutuksia ja sitoutumista vetysidosten välityksellä. Tässä työssä tutkittiin metanolimolekyylin ja pienien metanoliklusterien valenssielektronirakenteita ja hajoamista ultraviolettisäteilyn vaikutuksesta. Jotta ionisoivan säteilyn aiheuttamaa molekyylin hajoamistapahtumaa voidaan mallintaa luotettavasti, tarvitaan tietoa mahdollisimman monesta säteilyn ja molekyylin vuorovaikutuksen seurauksena syntyneestä partikkelista. Tässä työssä tutkimusmenetelmänä käytettiin koinsidenssimenetelmää, jonka tarkoituksena on havaita samasta säteilyn aiheuttamasta ionisaatiotapahtumasta syntynyt elektroni ja ioni. Käytetty mittalaitteisto koostui klusteri- ja säteilylähteestä sekä ioni- ja elektronispektrometrista. Mittauksissa käytetyn ultraviolettisäteilyn energia oli . Tällaisen säteilyn avulla voitiin tutkia nimenomaan kohdemolekyylien valenssialueen elektronirakennetta ja valenssielektronin ionisaation aikaansaamia hajoamisprosesseja kyseisissä molekyyleissä. Mittaustulosten perusteella määritettiin metanolimonomeerin ja -klusterien hajoamisreitit käytetyllä säteilyenergialla sekä metanolimonomeerin hajoamisessa syntyvien fragmenttien riippuvuus molekyyliorbitaaleilta tapahtuvista elektronisista siirtymistä. Havaittujen fragmenttien perusteella pääteltiin, että suurin klusterilähteessä syntynyt klusteri on metanoliheksameeri. Sekä metanolimonomeerin että -klusterien hajoamisen seurauksena syntyneiden fragmenttien esiintymisenergiat määritettiin, ja niiden todettiin vastaavan hyvin kirjallisuudessa esiintyviä kokeellisesti määritettyjä arvoja. Esiintymisenergioiden todettiin pienenevän, kun havaitun klusteri-ionin muodostavien metanolimolekyylien lukumäärä kasvaa. Protonoituneen metanolimonomeerin ja -dimeerin kanssa koinsidenssissa havaittujen elektronien energioiden erot viittaavat siihen, että metanolidimeerin ja -trimeerin geometrinen rakenne on huomattavasti toisistaan poikkeava.