Investigation of absorption spectra and emission of nitrogen oxides: NO, N₂O, NO₂, N₂O<.pdf Введение Решение многих прикладных задач, связанных с переносом излучения в атмосфере планеты и теплообменом в энергетических установках, антропогенным воздействием на погоду и климат земли [1-9], требует сведений по оптическим характеристикам газовых ингредиентов. Окислы азота NO, N2O, NO2, N2O4 присутствуют в земной атмосфере, в вулканических выбросах действующих вулканов, в теплотехнических средах энергетических и энерготехнологических установок, авиационных и автомобильных двигателях. В [2, 4-6] показана высокая эффективность применения тонкоструктурной спектрометрии для определения ингредиентного состава продуктов сгорания при пожарах, при сжигании древесины, в камерах сгорания энергетических агрегатов, в атмосферных выбросах продуктов сгорания автомобильных и авиационных двигателей. Окислы азота обладают сильным поглощением не только в инфракрасном (ИК) диапазоне спектра, но и в ультрафиолетовом (УФ), и в видимом диапазонах спектра. Сведения по радиационным характеристикам окислов азота необходимы для моделирования спектров излучения естественных фонов Земли и атмосферы, зонального моделирования радиационного теплообмена и прогноза антропогенных изменений климата [5, 6, 8, 9]. В настоящей работе рассмотрены результаты экспериментальных исследований радиационных характеристик окислов азота, выполненных на спектральных измерительных комплексах различного функционального назначения [1, 2, 10-12]. Спектрометрия окислов азота высокого разрешения Основной целью экспериментальных исследований спектров поглощения окислов азота с высоким спектральным разрешением является получение информации, необходимой для анализа ингредиентного состава окислов азота в продуктах сгорания энергетических топлив и в атмосферных антропогенных выбросах методом тонкоструктурной спектрометрии. Экспериментальные исследования выполнялись в УФ-, видимом и ИК-диапазонах спектра. Важно, что тонкая структура спектров окислов азота позволяет выделить вклад в регистрируемые спектры молекул NO2 и N2O4, а также спектры индуцированного давлением поглощения (ИДП), обусловленного наведенным квадрупольным моментом при столкновениях молекул NO2-NO2. Экспериментальные исследования выполнялись на измерительных комплексах высокого спектрального разрешения, описанных в [1, 2, 10-12]. На рис. 1 приведен пример измеренного спектра поглощения NO2 в видимом диапазоне 440-600 нм при температуре 300 К. Коротковолновое крыло электронного спектра NO2 простирается до 250 нм. Заметим, что излучение NO2 в пламёнах является неравновесным [1, 2]. При высоких колебательных температурах спектр излучения NO2 расширяется в красную область до 800 нм. На рис. 2 приведен пример измеренного колебательно-вращательного (КВ) спектра поглощения NO2 в спектральном диапазоне 2860-2940 см-1. В отличие от NO2 тонкая структура спектра молекул N2O4 практически не проявляется из-за плотной упаковки спектральных линий поглощения (СЛП), а в полосах индуцированного давлением поглощения NO2 тонкая структура спектра полностью смазывается. Рис. 1. Экспериментальный спектр поглощения двуокиси азота в диапазоне 0.45-0.6 мкм при содержании атмсм и давлении атм, Т = 300 К Рис. 2. Спектр поглощения NO2 в диапазоне 2860-2940 см-1 с разрешением Δ = 0.107 см-1 при давлении атм и содержании w = 0.63 атмсм при температуре Т = 293 К Параметры СЛП NO измерены в диапазоне температур 300-900 К. Молекула NO имеет несинглетное электронное состояние. Основное состояние NO есть 2П, которое расщепляется спин-орбитальным взаимодействием на 2П1/2- и 2П3/2-компоненты, соответствующие случаям антипараллельности и параллельности орбитального момента и проекции спина. Кроме СЛП компонент 2П3/2-2П3/2, 2П1/2-2П1/2 в спектре NO могут присутствовать слабые полосы-сателлиты 2П3/2 ↔ 2П1/2, интенсивность которых примерно на четыре порядка слабее интенсивности основных полос. Энергию молекулы NO удобно рассматривать как энергию двух простых двухатомных молекул с электронными уровнями, смещенными на величину Q = 123.209 см-1. Каждая из полос NO имеет R-, Q-, P-ветви. Кроме того, для полос NO имеет место -удвоение. В [13] затабулирован высокотемпературный атлас параметров СЛП NO для основной и обертонных полос при температуре Т0 = 900 К. На рис. 3 приведен пример его применения для получения спектральных коэффициентов поглощения в основной полосе NO в диапазоне температур Т Є {300,3000} К. Интегральная интенсивность основной полосы NO Sи = 122 атм-1см-2 STP. При подготовке атласа параметров СЛП учтены переходы с колебательными и вращательными квантовыми числами V Є {0;10}, J Є {0.5;119.5}. Интенсивность СЛП описана моделью жесткого волчка для полос изотопов 14N16O, 15N16O, 14N18O, 15N18O. Зависимость полуширин СЛП α(J) взята по данным экспериментальных исследований. Интенсивности и полуширины СЛП NO пересчитываются на другие температуры по известным спектроскопическим соотношениям ; (1) , (2) где k = 1.439; i - номер линии; Q - статистическая сумма; n - эмпирический параметр. Возможность описания интенсивностей СЛП моделью жесткого волчка в диапазоне температур 220-900 К подтверждена экспериментально [1, 2, 5]. Рис. 3. Коэффициенты поглощения в основных полосах 4.54 мкм NO в диапазоне температур 300-3000 К Измерения спектров высокого спектрального разрешения закиси азота N2O выполнены в окрестности КВ-полос 0000 - 121(4630.31 см-1), 0000 - 0202(4417.51 см-1), 0000 - 1001(3481.2 см-1), 0201(3365.6 см-1), 0000 - 2000(2563.5 см-1), 0000 - 1200(2461.5 см-1), 0000 - 0001(2223.5 см-1), 0000 - 0110(588.8 см-1). Спектральное разрешение Δ = 0.06-0.15 см-1 в зависимости от исследуемого спектрального диапазона [14]. При определении интенсивностей и полуширин СЛП использовался метод дифференциальных моментов разложения спектра оптической толщины на индивидуальные линии с обработкой регистрируемого спектра сплайном в виде полинома пятой степени для исключения шумов с последующим учетом влияния аппаратной функции при определении интенсивностей и полуширин СЛП [5, 7]. В табл. 1 для примера приведены экспериментальные данные по интенсивностям и полуширинам СЛП в полосе ν3 N2O, где , - интенсивности СЛП для R- и P-ветвей; , - полуширины СЛП R- и P-ветвей для уширения азотом N2 и самоуширения; νR, νP - центры СЛП для R- и P-ветвей; JR,P - квантовое вращательное число переходов для R- и P-ветвей. Таблица 1 Экспериментальные данные по интенсивностям и полуширинам спектральных линий поглощения в полосе ν3 N2O T = 296 К JR,P νR, см-1 , см-2атм-1 , см-1атм-1 , см-1атм-1 νP, см-1 , см-2атм-1 , см-1атм-1 , см-1атм-1 0 2224.587 2.66 0.083 0.107 1 2225.412 5.99 0.081 0.104 2222.918 2.99 0.082 0.103 2 2226.229 8.90 0.080 0.101 2222.073 5.93 0.080 0.100 3 2227.039 11.73 0.079 0.098 2221.222 8.79 0.080 0.099 4 2227.843 14.43 0.078 0.096 2220.363 11.50 0.079 0.098 5 2228.639 17.02 0.078 0.094 2219.497 14.10 0.079 0.096 6 2229.438 19.30 0.077 0.094 2218.625 16.50 0.078 0.095 7 2230.216 21.50 0.076 0.092 2217.745 18.70 0.077 0.094 8 2230.987 23.40 0.075 0.091 2216.859 20.80 0.076 0.093 9 2231.756 25.10 0.075 0.090 2215.966 22.48 0.075 0.092 10 2232.518 26.50 0.075 0.088 2215.066 23.98 0.075 0.091 11 2233.273 27.64 0.074 0.088 2214.159 24.97 0.075 0.090 12 2234.021 28.50 0.074 0.086 2213.246 26.19 0.074 0.089 13 2234.762 29.20 0.073 0.084 2212.325 26.93 0.074 0.087 14 2235.496 29.60 0.072 0.083 2211.398 27.40 0.073 0.086 15 2236.223 29.80 0.071 0.083 2210.464 28.00 0.073 0.085 16 2236.943 29.20 0.070 0.082 2209.523 28.10 0.072 0.084 17 2237.656 29.10 0.069 0.080 2208.575 28.00 0.070 0.082 18 2238.362 28.60 0.068 0.079 2207.620 26.90 0.069 0.081 19 2239.062 28.00 0.067 0.077 2206.658 26.40 0.067 0.080 20 2239.754 27.20 0.066 0.075 2205.690 25.60 0.067 0.078 21 2240.439 26.10 0.065 0.074 2204.715 24.70 0.064 0.077 22 2241.117 25.30 0.064 0.073 2203.733 23.60 0.065 0.075 23 2241.788 24.10 0.064 0.073 2202.744 22.50 0.065 0.074 24 2242.453 22.70 0.064 0.073 2201.748 21.31 0.065 0.073 25 2243.110 21.20 0.063 0.072 2200.747 20.10 0.064 0.072 26 2243.760 19.80 0.063 0.071 2199.736 18.80 0.064 0.070 27 2244.403 18.00 0.063 0.070 2198.721 17.50 0.064 0.070 28 2245.039 17.00 0.063 0.070 2197.698 16.20 0.064 0.070 29 2245.668 15.64 0.063 0.069 2196.668 14.90 0.064 0.070 30 2246.291 14.33 0.063 0.069 2195.632 13.60 0.064 0.070 31 2246.906 13.50 0.063 0.068 2194.589 12.40 0.063 0.069 32 2247.514 12.1 0.063 0.068 2193.539 11.3 0.063 0.068 33 2248.115 10.7 0.063 0.068 2192.483 10.2 0.063 0.068 34 2248.709 9.57 0.063 0.067 2191.419 9.15 0.062 0.068 35 2249.296 8.45 0.063 0.067 2190.349 8.20 0.062 0.067 36 2249.876 7.60 0.063 0.067 2189.273 7.30 0.062 0.067 37 2250.449 6.73 0.063 0.067 2188.188 6.42 0.062 0.067 38 2251.015 5.93 0.063 0.065 2187.098 5.66 0.062 0.066 39 2251.573 5.22 0.063 0.065 2186.002 5.74 0.062 0.066 40 2252.125 4.53 0.062 0.065 2184.898 4.33 0.062 0.066 41 2252.670 3.93 0.062 0.064 2183.787 3.76 0.062 0.066 42 2253.207 3.40 0.062 0.064 2182.670 3.25 0.061 0.065 43 2253.738 3.00 0.062 0.064 2181.546 2.82 0.061 0.065 44 2254.261 2.51 0.062 0.064 2180.415 2.40 0.061 0.065 45 2254.513 2.14 0.061 0.064 2179.274 2.05 0.061 0.065 46 2255.287 1.81 0.061 0.064 2178.134 1.74 0.061 0.065 47 2255.786 1.53 0.061 0.063 2176.970 1.47 0.061 0.065 48 2256.284 1.29 0.061 0.063 2175.826 1.23 0.061 0.065 49 2256.768 1.08 0.061 0.063 2174.653 1.03 0.061 0.065 Окончание табл. 1 JR,P νR, см-1 , см-2атм-1 , см-1атм-1 , см-1атм-1 νP, см-1 , см-2атм-1 , см-1атм-1 , см-1атм-1 50 2257.253 0.90 0.060 0.063 2173.490 0.86 0.061 0.064 51 2257.723 0.75 0.060 0.063 2172.310 0.72 0.061 0.064 52 2258.194 0.615 0.060 0.063 2171.129 0.59 0.061 0.064 53 2258.649 0.524 0.060 0.063 2169.935 0.486 0.061 0.064 54 2259.105 0.414 0.060 0.063 2168.741 0.396 0.061 0.064 55 2259.547 0.34 0.059 0.063 2167.533 0.325 0.061 0.063 56 2259.989 0.276 0.059 0.063 2166.325 0.260 0.060 0.063 57 2260.415 0.224 0.059 0.062 2165.101 0.22 0.060 0.063 58 2260.845 0.181 0.059 0.062 2163.884 0.17 0.060 0.063 59 2261.264 0.146 0.059 0.062 2162.682 0.135 0.060 0.063 60 2261.672 0.116 0.058 0.062 2161.416 0.11 0.060 0.063 61 2262.071 0.094 0.058 0.061 2160.173 0.09 0.059 0.062 62 2262.469 0.073 0.058 0.061 2158.922 0.069 0.059 0.062 63 2262.804 0.057 0.058 0.061 2157.662 0.051 0.059 0.062 Интенсивность S(J) N2O, где J - вращательное квантовое число, определяется соотношением ; (3) ; (4) ; (5) , (6) где - колебательный фактор, определяющий интенсивность КВ-полос; - сила линии вращательного перехода;  - положение СЛП; 0 - положение центра КВ-полосы; g - амплитудный множитель; - вращательная энергия нижнего состояния; - колебательная и - вращательная статистические суммы; L - амплитудный фактор; - значение F-фактора; k = 1.439. Были измерены также интенсивности СЛП и определены зависимости с погрешностью не более 10 %. Полученные данные использованы для нахождения параметров F-фактора, представленного в виде эмпирического соотношения , (7) где для Δl = 0 , и m = 0 для R-, P-, Q-ветвей соответственно, для Δl = ±1 , , для R-, P-, Q-ветвей соответственно. Интенсивности S КВ-полос, эмпирические параметры a1, a2 F-фактора в некоторых полосах N2O при температуре Т = 296 К приведены в табл. 2 Таблица 2 Измеренные интенсивности S, см-2атм-1 STP и параметры a1, a2 F-фактора в полосах при температуре Т = 296 K - Центр полосы, м-1 S, см-2•атм-1 a1 a2 0000 - 0110 588.767 32±2 5.310-4 3.910-6 0110 - 0200 579.376 2.1±0.2 0110 - 0220 588.983 4.3±0.3 2.110-3 1.010-6 0000 - 0200 1168.134 9.1±0.7 0110 - 0310 1160.291 15.6±1.3 Окончание табл. 2 - Центр полосы, м-1 S, см-2•атм-1 a1 a2 0000 - 1000 1284.907 264±20 0110 - 1110 1280.520 13.13±2 0110 - 0001 1634.989 0.072±0.005 0000 - 0310 1749.058 0.063±0.004 0000 - 1110 1880.268 0.37±0.02 0110 - 1220 1886.018 0.046±0.004 0000 - 0001 2223.756 1484±70 3.210-3 3.810-6 0110 - 0111 2209.523 196±13 3.910-3 4.010-6 0510 - 0110 2309.109 0.14±0.02 0000 - 0400 2322.624 0.67±0.06 0000 - 1200 2461.998 8.62±0.5 2.810-3 4.110-6 0110 - 1310 2457.446 1.36±0.01 3.410-3 3.210-6 0000 - 2000 2563.341 35.41±1 2.310-3 5.910-6 0110 - 2110 2577.090 3.99±0.2 3.710-3 2.310-6 0000 - 0111 2798.290 2.21±0.11 0110 - 0201 2775.207 0.097±0.01 0110 - 0221 2784.370 0.26±0.015 0000 - 0201 3363.974 1.99±0.12 3.910-4 3.810-5 0110 - 0311 3342.491 0.27±0.02 4.510-4 3.110-6 0000 - 1001 3480.821 39.4±2 3.110-4 0 0110 - 1111 3473.212 4.6±0.07 0 3.810-5 0000 - 2200 3748.252 1.07±0.04 0110 - 2310 3747.031 0.14±0.015 0000 - 1400 3620.941 0.13±0.02 0000 - 3000 3836.373 1.74±0.16 0110 - 3110 3857.612 0.16±0.02 0000 - 1111 4061.979 0.023±0.002 0000 - 2310 4335.798 0.020±0.002 0000 - 0002 4417.379 1.44±0.15 6.710-4 1.710-5 0110 - 0112 4388.928 0.15±0.02 5.610-4 1.510-5 0000 - 1201 4630.164 0.15±0.01 0110 - 1311 4612.013 0.016±0.02 0000 - 2001 4730.828 1.12±0.1 0110 - 2111 4730.408 0.13±0.02 0000 - 0112 4977.695 0.0138 0000 - 3200 5026.340 0.078±0.007 0000 - 4000 5105.650 0.072±0.007 В настоящее время атласы параметров СЛП многих газовых ингредиентов подготовлены в [20, 21], в том числе для NO подготовлен высокотемпературный атлас параметров СЛП [21]. Двухлучевая спектрометрия окислов азота Детальные исследования спектров поглощения окислов азота были выполнены на спектральной двухлучевой измерительной установке с двухлучевой многоходовой газовой кюветой, функционирующей на базе спектрофотометра ИКС-24 с пределом спектрального разрешения Δ = 0.5 см-1 [9]. Автоматизация регистрации и обработки результатов измерений позволяет получать абсолютные спектры поглощения, отградуированные по волновым числам в спектральной области 400-4000 см-1. Двухлучевая спектральная установка позволяет получать эталонные спектры высокой точности, которые в последующем могут использоваться для параметризации функции спектрального пропускания (ФСП), качественного и количественного анализа ингредиентного состава газового топлива и продуктов сгорания в энергетических и энерготехнологических агрегатах [2, 5, 18, 19]. На рис. 4 приведены измеренные спектры поглощения полос 2ν1, ν1+2ν2, ν1+3ν2-ν2 чистого N2O для различных содержаний N2O и давлений , на рис. 5 и 6 - измеренные спектры поглощения NO2 в спектральных диапазонах 1200-1800 и 400-100 см-1. Рис. 4. Измеренные спектры поглощения закиси азота для полос 2ν1, ν1 + 2ν2, ν1 + 3ν2-ν2, , атмсм: кр. 1 - 10; кр. 2 - 2.5; кр. 3 - 0.625; L = 10 см, Т = 300 К, Δ = 0.95 см-1 Рис. 5. Экспериментальные спектры поглощения смесей (NO2+N2O4) в спектральном диапазоне 1200-1800 см-1 при полном давлении Р, атм: кр. 1 - 0.641; кр. 2 - 0.165; кр. 3 - 0.0493; кр. 4 - 0.0118, Т = = 296.5 К Оксид азота NO2 подвергается димеризации, образуя димер оксида N2O4. Реакция обратима: 2NO2 N2O4. При температуре 262 К преимущественно равновесие смещено в сторону образования N2O4. При температуре Т > 413 К наблюдается практически полная термическая диссоциация N2O4, когда среда содержит только молекулы NO2. В промежуточном диапазоне температур 262 < Т < 413 К соотношение в объемных концентрациях ρ(N2O) и ρ(N2O4) определяется температурной зависимостью скоростей реакций образования N2O4 и обратными реакциями диссоциации N2O4 [22, 23]. Молекула N2O4 имеет 12 колебательных частот, в связи с чем в спектрах N2O4 могут наблюдаться много комбинационных и обертонных полос, перекрывающихся с полосами NO2 [16,17], кроме этого возможно наличие молекул N2O3 и N2O5 как результат обратной реакции диссоциации 2N2O4→N2O5+N2O3 [23]. Рис. 6. Экспериментальные спектры поглощения смесей (NO2+N2O4) в спектральном диапазоне 400-1000 см-1 при полном давлении Р, атм: кр. 1 - 0.641; кр. 2 - 0.165; кр. 3 - 0.0493; кр. 4 - 0.0118, Т = = 296.5 К В табл. 3 представлены частоты нормальных колебаний, полученные квантово-механическим расчетом в режиме оптимизации геометрических параметров и определения частот нормальных колебаний с применением метода функционала плотности (DFT) B3LYP при использовании базиса 6-31G(d) на базе компьютерного кластера КГТУ (г. Казань) с применением пакета Gaussian 09. Revision A.01 [15]. Наиболее сильные полосы ν4, ν7, ν9, ν12 идентифицированы в спектрах смесей (NO2+N2O4), представленных на рис. 5 и 6. Таблица 3 Частоты нормальных колебаний для молекулы N2O4 Частоты колебаний, см-1 95.2 229.2 229.2 433.2 500.3 681.1 Частоты колебаний, см-1 756.2 838.5 1330.6 1461.8 1829.0 1858.4 Выполненные экспериментальные исследования ФСП τΔυ (Δ - спектральное разрешение) смесей (NO2+N2O4) позволили выявить наличие ИДП, обусловленного наведенным квадрупольным моментом при столкновениях молекул NO2 - NO2. Наиболее интенсивная полоса ИДП NO2 наблюдается в окрестности 1750 см-1. Другие полосы ИДП NO2 наблюдаются в окрестности волновых чисел 510; 680; 1010; 1350; 1370; 1930; 2000 и 2580 см-1 и перекрываются с КВ-полосами NO2 и N2O4. ФСП КВ-полос поглощения NO2, N2O4 и ИДП NO2 были параметризованы по двухпараметрическому методу эквивалентной массы [8, 9], согласно которому для однородных трасс: , (8) где ; (9) , (10) w - содержание ингредиента на оптическом пути L; Pэфф - эффективное давление; k, , m, n, М - параметры ФСП: k - в аппроксимации слабого поглощения; , m, n - параметры ФСП в аппроксимации сильного поглощения, параметр М определяет скорость перехода ФСП от аппроксимации слабого поглощения к аппроксимации сильного поглощения. В зависимости от перекрывания спектральных линий для различных газовых ингредиентов параметр М варьируется в диапазоне значений M Є {0,-1}. Параметры ФСП k,  зависят от температуры среды распространения излучения и учет неоднородности от эффективного давления и температуры среды на оптическом пути определяется через эквивалентные массы W  и W  в аппроксимации слабого и сильного поглощения, алгоритмы выполнения расчетов которых рассмотрены в [8, 19] для структурно-неодно¬родных по температуре, давлению и химическому составу газовых сред. Параметризация ФСП оксидов азота введена в электронную библиотеку параметризации ФСП. Для примера в табл. 4 приведены параметры ФСП в основных наиболее сильных полосах NO2 при температуре Т = = 300 К. Для ИДП m = n = 1, M = -1. По результатам полученных экспериментальных данных диапазон значений (m+n) Є {1.19;2}, что подтверждает проявление ИДП в спектрах NO2, обусловленного наведенным квадрупольным моментом при столкновениях молекул NO2-NO2. Таблица 4 Параметры функций спектрального пропускания NO2 в основных полосах ν3, ν2 и ν1+ν3, m = 0.84, n = 0.2 и M = -0.8 ν, см-1 k, атм-1см-1  ν, см-1 k, атм-1см-1  ν, см-1 k, атм-1 см-1  620 0 0 890 0.075 0.06 1655 1.3 1.1 630 0.01 0.008 900 0.043 0.037 1660 0.26 0.21 640 0.019 0.015 910 0.017 0.014 1665 0 0 650 0.045 0.037 920 0 0 2340 0.018 0.015 660 0.12 0.1 1545 0 0 2845 0.036 0.03 670 0.17 0.14 1550 0.39 0.31 2850 0.055 0.045 680 0.26 0.21 1555 0.77 0.62 2855 0.092 0.074 690 0.27 0.23 1560 1.29 0.99 2860 0.2 0.16 700 0.31 0.26 1565 1.6 1.3 2865 0.28 0.22 710 0.37 0.31 1570 3.87 3.1 2870 0.41 0.33 720 0.47 0.39 1575 6.46 5.1 2875 0.61 0.5 730 0.55 0.45 1580 11.62 9.4 2890 0.77 0.62 740 0.47 0.39 1585 15.56 12.1 2895 0.93 0.75 750 0.4 0.32 1590 21.18 17.1 2900 0.98 0.79 760 0.5 0.4 1595 25.56 20.2 2905 0.98 0.79 770 0.57 0.45 1600 27.12 20.9 2910 0.93 0.75 780 0.52 0.42 1605 25.1 19.6 2915 1.1 0.9 790 0.42 0.34 1610 23.8 19.4 2920 1.19 0.98 800 0.35 0.28 1615 17.78 14.4 2925 0.92 0.74 810 0.3 0.24 1617 11.5 9.2 2930 0.5 0.4 820 0.27 0.21 1620 21.2 17.1 2935 0.29 0.23 830 0.26 0.2 1625 33.8 27.2 2940 0.12 0.093 840 0.21 0.17 1630 36.9 29.6 2945 0.039 0.032 850 0.18 0.14 1635 31 26.5 2950 0.01 0.008 860 0.15 0.12 1640 19.66 15.5 2955 0 0 870 0.12 0.1 1645 9.3 7.5 880 0.107 0.09 1650 3.1 2.5 Высокотемпературные исследования излучательной и поглощательной способности окислов азота Высокотемпературные исследования излучательной и поглощательной способности окислов азота выполнялись на измерительных комплексах, описанных в [1, 3, 15, 16], с применением МХК-1 с электрическим обогревом в диапазоне температур 300-900 К и пламенных измерительных комплексов в диапазоне температур 1200-2300 К с многорядными горелочными устройствами, позволяющими вводить известный окисел в водород-кислородное пламя для режимов горения с коэффициентом избытка кислорода  < 1 во избежание влияния окислительных процессов на концентрацию NO, N2O, NO2 в пламенной зоне. При температуре T ≥ 150 C N2O4 практически полностью диссоциирует в NO2 и в спектрах поглощения полосы N2O4 не наблюдаются. На рис. 7 приведен пример записи спектра поглощения N2O в окрестности основной полосы 4.54 мкм при температуре 300 и 2300 К. Сопоставление расчетных данных по ФСП NO и спектральным коэффициентам поглощения k, вычисленным по высокотемпературному атласу параметров СЛП [13], удовлетворительно согласуется с результатами экспериментальных исследований. В УФ- и видимом диапазонах электронного спектра излучения NO2 наблюдается сильное влияние неравновесности излучения в зонах химических реакций горения газовых азотсодержащих топлив. Рис. 7. Спектры поглощений N2O в окрестности полосы 4.54 мкм при температурах T = 300 К (кр. 1), 2300 К (кр. 2), P = 1 атм, w = 0.6 атмсм STP Полученные в данной работе сведения по оптическим характеристикам окислов азота использованы при решении задач радиационного теплообмена в высокотемпературных средах [1-3], при определении ингредиентного состава продуктов сгорания органических топлив и антропогенных атмосферных выбросов продуктов сгорания, прогноза влияния сильных антропогенных и природных воздействий на климат Земли [5-9, 18, 19]. При решении задач переноса излучения методом численного интегрирования тонкой структуры спектра перспективно применение атласов параметров СЛП HITRAN 2010, 2013, 2017, обзор которых дан в [20, 21, 24].

Скачать электронную версию публикации