真空技术书籍,第二版

6.3.5 进气系统

待分析的气体通常必须从大气气压下降到低于质谱仪 (MS) 工 作压力的压力。由质谱仪监测的许多真空技术工艺发生在 $p$ > 10-4 hPa 的压力范围内。因此,四级杆质谱仪的基本要素 是根据特殊的应用配备合适的进气系统。可使用各种减压程 序,这取决于所涉及的压力梯度。

气体混合物应该允许进入质谱仪而无需去混,如条件允许:

  • 在压力 $p$ > 10 hPa 时,压力通过(可加热的)毛细管降 低,其中,层流占主导地位,具有下游进气阀。在某些情 况下,需要通过额外的泵来降低压力。
  • 在压力 $p$ < 10 hPa 时,使用节流孔和质谱仪降低压力, 并使用涡轮分子泵对质谱仪进行差动排气。
  • 在压力 $p$ < 10-4 hPa 时,质谱仪可以直接安装具有开放式 离子源的工艺室中。

如果使用节流孔降低压力,其气体类型有关的电导率被朝向 泵的流道的气体类型有关的电导率抵消,这意味着,QMS 中 的浓度反映真实的气体组成。

进气系统 压力范围 产品示例 特点
无减压 10 -12 至 10 - 4 hPa PrismaPlus QMG 220, HiQuad QMG 700 开放结构的离子源允许系统中任何地方的气体在 电离器空间表示
SPM 离子源 10 - 9 至 10 hPa PrismaPlus SPM 220, HiQuad SPM 700 分析溅射工艺的特殊离子源。该系统直接在溅射 压力为 10-2 hPa 无需减压的情况下分析气体。
毛细管入口 100 至 1,100 hPa, 取决于毛细管长度和下游孔 OmniStar、ThermoStar、进气系统 GES 020 和 GES 010 差动排气进气系统、低质量甄别、不适合不同的样品压力
孔口 0.01 至 10 hPa, 由于孔径的缘故 PrismaPlus HPA 220 直径为 0.01 至 0.5 mm 的孔,简单、坚固的设 计,质量甄别、可能凭借不同的孔径改变入口压 力,不适合于快速变化的气体成分
计量阀 0.1 至 1,000 hPa PrismaPlus HPA 220、气体计量阀 UDV 040、UDV 146 计量阀适合于测量范围非常宽广的进气口,差动 排气阀也允许快速变化的气体成分分析
压力调节进气口 10 - 3 至 1,000 hPa 带 RVC 300 的 EVR 016、带压力调节入口的 OmniStar 差动排气口系统,包括带调节阀和压力测量的控 制回路、相对大的固定空间、慢响应

图 6.3: 各个进气系统及其属性

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