30년 역사의 4중극자 질량 분석기 - 역사, 개발, 미래의 트렌드

 

설계, 장비, 응용 분야: 지난 30년에 걸쳐 4중극자 질량 분석기(QMS)에 많은 변화가 일어났습니다. 분석기가 점점 더 소형화되고 내구성이 높아졌으 며 용도가 광범위해지고 디지털화되었습니다. 초 기에 주로 연구 분야에서 사용되던 QMS가 현재 에는 반도체 산업, 동결 건조 또는 리크 감지에 사 용됩니다.

역사적 검토
처음 출시된 4중극자 질량 분석기에는 케이블을 통해 분석기와, 고 주파 발생기와 같은 기타 모듈에 연결된 제어 유닛이 19인치 랙에 통합되어 있었습니다. 그림 1은 1980년대 말 일반적으로 사용되던 QMS 420 4중극자 제어 유닛의 그림입니다. 이 장치는 4회선 LCD 디스플레이와 키보드를 사용하여 제어 유닛을 통해, 또는 PC 소프 트웨어를 통해 작동되었습니다. 직렬 인터페이스(RS-232-C)가 컴 퓨터와의 통신에 사용되었습니다. 즉 상황에 따라 디스플레이 아 래에 있는 소프트 키를 사용했습니다. 또한 모듈을 통해 아날로그 또는 디지털 입출력을 사용할 수 있었습니다. 측정값은 레코더 또 는 오실로스코프 채널을 통해 표시할 수 있습니다[.

그 당시 사용 가능했던 소프트웨어는 이를 통해 측정하는 한편 QMS를 미세하게 조정할 수 있는 여러 하위 프로그램으로 구성되 었습니다. 예를 들어, 측정을 수행하려면 특정 하위 프로그램을 열 어야 했습니다. 저장된 측정 결과를 나
중에 액세스하려면 소프트웨어의 또 다 른 부분으로 전환해야 했습니다.

초기의 이러한 질량 분석기는 1990년대 초에 접어들면서 질량 범위가 최대 300 u인 소형 QMS로 대체되었습니다. 이 전 모델과는 달리 소형 버전의 전자 장 치들은 분석기의 진공 피드 스루에 바로 위치해 있습니다. 이로써 전자 장치를 랙 에 추가적으로 설치할 필요가 없습니다. 소형 QMS 전자 장치의 경우 일반적으 로 분석기보다 많은 공간이 필요하지 않습니다. 게다가 소형 버전 은 랙 전자 장치가 장착된 QMS와 비교할 때 상대적으로 비용 효 과적이었지만 특히 감도, 감지 한계 및 측정 속도와 관련하여 성능 이 제한적이었습니다.

파이퍼 베큠 PrismaPro 소형 QMS의 내부
그림: 파이퍼 베큠 PrismaPro 소형 QMS의 내부

이러한 장치는 특히 잔류 기체 분석, 리크 감지 또는 일정 기간 동안의 특정 질량 모니터링과 같은 간단한 작 업에 적합합니다. 그러나 고진공 응용 분야용 분석기를 베이크 아 웃하려면 전자 장치를 제거해야 합니다. 그림 2는 초기의 소형 QMS 중 하나의 그림입니다.

2000년대 중반까지 출시된 대부분의 QMS에는 여전히 직렬 인터 페이스가 장착되었습니다. 예를 들어, ArcNet와 광섬유 케이블을 통해 네트워크 내의 여러 장치가 하나의 소프트웨어를 통해 소위 " 다중화" 작업이 실현되었습니다[4]. 나중에 RS-485, USB 또는 이 더넷 인터페이스를 탑재한 장치가 이 용도로 개발되었습니다. 이 더넷의 경우 여러 대의 QMS를 하나의 사무실이나 생산 네트워크 에 통합할 수 있습니다. 물론 WLAN을 통한 무선 통신도 가능합니 다.

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