علوم، فناوری و کاربردهای فضایی

علوم، فناوری و کاربردهای فضایی

بررسی تجربی و بهینه‍سازی عملکرد حرارتی سلول طیف‍سنج تحرک یونی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
پژوهشکده مواد و انرژی، اصفهان، ایران
چکیده
طیف‍سنجی تحرک یونی به عنوان یکی از روش‍های آشکارسازی بر اساس یونیزاسیون مواد معدنی، آلی و شیمیایی در ماموریت‍های سرنشین‍دار و رباتیک فضایی، سال‍ها به‏طور کارآمدی مورد استفاده قرار گرفته است. کاربردهای فضایی این ابزارها، شامل پایش محیطی فضاپیماها و همچنین شناسایی مواد آلی و معدنی در نمونه‏های گردآوری‍شده از کیهان می‍باشد. در این بین، جهت پاک‍سازی و انتقال یون‍ها در ناحیه رانش سلول آشکارساز، نیاز به گرمایش وجود دارد. با توجه به نیاز به کوچک‍سازی و بهینه‍سازی توان مورد نیاز آشکارسازهای فضایی، بررسی تجربی گرادیان حرارتی و عوامل موثر بر آن بسیار اهمیت دارد. جهت انجام بررسی تجربی حرارتی سلول، برنامه و تجهیزات ثبت دما همچون سامانه کنترل دما، ثبت‍کننده اطلاعات، حسگرهای ترموکوپل، نمایشگر، حسگر دمای مقاومتی و همچنین اجزای اصلی سیستم آشکارساز شامل واجذب‍کننده و میکروپمپ‍ها استفاده شده است. در این پژوهش، با بررسی تجربی زمان گرمایش و گرادیان حرارتی موجود در سلول طیف‍سنج تحرک یونی در حالت‍های مختلف و چندین دمای هدف، عوامل موثر بر آن شناسایی شد. نتایج نشان داد، ایجاد جریان نوسانی هوا درون سلول می‍تواند موجب کاهش گرادیان دمایی و زمان رسیدن به پایداری حرارتی شود. در نهایت، راهکارهایی برای بهینه‍سازی حرارتی ارائه شده است
کلیدواژه‌ها
موضوعات

[1] J. Puton and J. Namieśnik, “Ion mobility spectrometry: Current status and application for chemical warfare agents detection,” TrAC Trends in Analytical Chemistry, vol. 85, pp. 10–20, Dec. 2016.
‌[2] S. Armenta, F. A. Esteve-Turrillas, and M. Alcalà, “Analysis of hazardous chemicals by ‘stand alone’ drift tube ion mobility spectrometry: a review,” Analytical Methods, vol. 12, no. 9, pp. 1163–1181, Mar. 2020.
‌[3] R. Arevalo Jr, Z. Ni, and R. M. Danell, “Mass spectrometry and planetary exploration: A brief review and future projection,” J. Mass Spectrom., vol. 55, no. 1, 2020.
‌[4] Saeed Hajialigol, Seyed Alireza Ghorashi, Amir Hossein Alinoori, Amir Torabpour, and Mehdi A`zimi, “Thermal Solid Sample Introduction–Fast Gas Chromatography–Low Flow Ion Mobility Spectrometry as a field screening detection system,” Journal of Chromatography A, vol. 1268, pp. 123–129, Dec. 2012.
[5] S. A. Ghorashi, A. H. Alinoori, and S. Hajialigol, “Signal-to-noise enhancement in TSSI–GC–IMS: Development of two dimensional sensor for detection of chemicals,” Microelectronics Journal, vol. 45, no. 12, pp. 1634–1640, Dec. 2014.
‌[6] Mahmoud Tabrizchi, Elaheh Maki Abadi, Razieh Parchami, and Elham Fadaei, “Dynamic Response of Ion Mobility Spectrometry,” Journal of the American Society for Mass Spectrometry, vol. 33, no. 7, pp. 1148–1160, Jun. 2022.
[7] C. Chen, M. Tabrizchi, and H. Li, “Ion gating in ion mobility spectrometry: Principles and advances,” TrAC Trends in Analytical Chemistry, vol. 133, p. 116100, Dec. 2020.
[8] H. Borsdorf, T. Mayer, M. Zarejousheghani, and G. A. Eiceman, “Recent Developments in Ion Mobility Spectrometry,” Applied Spectroscopy Reviews, vol. 46, no. 6, pp. 472–521, Aug. 2011.
‌[9] G. A. Eiceman, Z. Karpas, and H. H. H. Jr, Ion Mobility Spectrometry, Third Edition. CRC Press, 2013. Accessed: Nov. 07, 2023.
‌[10] V. Gabelica and E. Marklund, “Fundamentals of ion mobility spectrometry,” Current Opinion in Chemical Biology, vol. 42, pp. 51–59, Feb. 2018.
‌[11] R. Fernandez-Maestre, “Note: Buffer gas temperature inhomogeneities and design of drift-tube ion mobility spectrometers: Warnings for real-world applications by non-specialists,” The Review of Scientific Instruments, vol. 88, no. 9, p. 096104, Sep. 2017.
‌[12] B. C. Hauck, W. F. Siems, C. S. Harden, V. M. McHugh, and H. H. Hill Jr, “High accuracy ion mobility spectrometry for instrument calibration,” Anal. Chem., vol. 90, no. 7, pp. 4578–4584, 2018.
‌[13] B. C. Hauck, C. S. Harden, and V. M. McHugh, “Current status and need for standards in ion mobility spectrometry,” Int. J. Ion Mobil. Spectrom., vol. 21, no. 4, pp. 105–123, 2018.
‌[14] B. C. Hauck, C. S. Harden, and V. M. McHugh, “Accurate evaluation of potential calibration standards for ion mobility spectrometry,” Anal. Chem., vol. 92, no. 8, pp. 6158–6165, 2020.
[15] J. N. Dodds and E. S. Baker, “Ion mobility spectrometry: Fundamental concepts, instrumentation, applications, and the road ahead,” J. Am. Soc. Mass Spectrom., vol. 30, no. 11, pp. 2185–2195, 2019.
[16] V. Ilbeigi and M. Tabrizchi, “Peak–peak repulsion in ion mobility spectrometry,” Anal. Chem., vol. 84, no. 8, pp. 3669–3675, 2012.
‌[17] M. Najarro, M. E. Dávila Morris, M. E. Staymates, R. Fletcher, and G. Gillen, “Optimized thermal desorption for improved sensitivity in trace explosives detection by ion mobility spectrometry,” The Analyst, vol. 137, no. 11, p. 2614, 2012.
[18] M. Alikord, A. Mohammadi, M. Kamankesh, and N. Shariatifar, “Food safety and quality assessment: comprehensive review and recent trends in the applications of ion mobility spectrometry (IMS),” Crit. Rev. Food Sci. Nutr., vol. 62, no. 18, pp. 4833–4866, 2022.
‌[19] S. I. Merenbloom, T. G. Flick, and E. R. Williams, “How Hot are Your Ions in TWAVE Ion Mobility Spectrometry?,” Journal of the American Society for Mass Spectrometry, vol. 23, no. 3, pp. 553–562, Dec. 2011.
[20] N. Wang, A. Chen, W. Zhao, R. Zhu, and B. Duan, “An online temperature estimation for cylindrical lithium-ion batteries based on simplified distribution electrical-thermal model,” Journal of Energy Storage, vol. 55, p. 105326, Nov. 2022.
[21] S. N. Leung, “Thermally conductive polymer composites and nanocomposites: Processing-structure-property relationships,” Composites Part B: Engineering, vol. 150, pp. 78–92, Oct. 2018.
[22] X. C. Tong, Electronic packaging materials and their functions in thermal managements. In Advanced Materials for Thermal Management of Electronic Packaging, pp. 131-167, Springer, New York, NY, 2011.
[23] J. Ujma, K. Giles, M. Morris, and P. E. Barran, “New high resolution ion mobility mass spectrometer capable of measurements of collision cross sections from 150 to 520 K,” Anal. Chem., vol. 88, no. 19, pp. 9469–9478, 2016.
[24] Y. Zrodnikov, M. Y. Rajapakse, D. J. Peirano, A. A. Aksenov, N. J. Kenyon, and C. E. Davis, “High asymmetric longitudinal field ion mobility spectrometry device for low power mobile chemical separation and detection,” Anal. Chem., vol. 91, no. 9, pp. 5523–5529, 2019.
[25] C.-Y. Zhu, H.-B. Xu, X.-P. Zhao, L. Gong, and Z.-Y. Li, “A Review on Heat Transfer in Nanoporous Silica Aerogel Insulation Materials and Its Modeling,” Energy Storage and Saving, Jul. 2022.

  • تاریخ دریافت 21 آبان 1402
  • تاریخ بازنگری 06 دی 1402
  • تاریخ پذیرش 30 بهمن 1402