Apa prinsip kerja detektor kebocoran dengan spektrometer massa

Detektor kebocoran MS (Mass Spectrometer) yang dikembangkan untuk tujuan ini memungkinkan pengukuran kuantitatif laju kebocoran dalam kisaran yang mencakup banyak kekuatan sepuluh. Batas bawah adalah sekitar 1,10 ^-12 mbar·l/dtk. Hal ini bahkan memungkinkan pengukuran kuantitatif aliran gas yang melewati padatan (permeasi).

Pada prinsipnya, dimungkinkan untuk mendeteksi semua gas menggunakan spektrometri massa. Dari semua opsi yang tersedia, penggunaan helium sebagai gas uji terbukti sangat praktis. Helium adalah:

• dapat dideteksi secara jelas dengan spektrometer massa,
• secara kimia lembam,
• tidak meledak,
• tidak beracun,
• hadir di udara normal dalam konsentrasi hanya 5 ppm ( = 5 · 10 ^-4 volume % ) dan cukup ekonomis.

Dua jenis spektrometer massa digunakan dalam MSLD yang tersedia secara komersial:
a) spektrometer massa kuadrupole
b) spektrometer massa bidang sektor 180° (karena desainnya yang sederhana).

Setiap spektrometer massa terdiri dari tiga rakitan dasar:

• sumber ion,
• sistem pemisahan dan
• perangkap ion.

Ion harus dapat bergerak sepanjang jalur dari sumber ion dan melalui sistem pemisahan ke perangkap ion, sejauh mungkin tanpa berbenturan dengan molekul gas. Jalur ini berjumlah sekitar 15 cm untuk semua jenis spektrometer dan dengan demikian memerlukan panjang jalur bebas sedang

setidaknya 60 cm, yang sesuai dengan tekanan sekitar 1,10-4 mbar; dengan kata lain, spektrometer massa hanya akan beroperasi dalam vakum tinggi. Pada detektor kebocoran modern, pompa turbomolekuler digunakan untuk menciptakan vakum tinggi.

Sistem dan perangkat lunak suplai listrik dan elektronik yang diperlukan terkait dengan setiap kelompok komponen yang, melalui mikroprosesor, memungkinkan tingkat otomatisasi tertinggi dalam urutan pengoperasian, termasuk semua rutinitas penyesuaian dan kalibrasi serta tampilan nilai terukur.

Gambar di atas disediakan untuk menjelaskan prinsip pengoperasian detektor kebocoran dengan spektrometer massa: Sketsa ini menunjukkan konfigurasi yang paling umum ditemukan untuk deteksi kebocoran menggunakan metode penyemprotan gas uji pada komponen vakum (= objek uji).

Jika gas memasuki komponen melalui kebocoran, gas tersebut dipompa melalui bagian dalam detektor kebocoran ke outlet, di mana gas tersebut meninggalkan detektor lagi. Dengan asumsi bahwa detektor kebocoran disegel dengan benar, aliran gas q selalu sama di setiap titik antara inlet dan outlet detektor kebocoran. Berikut ini berlaku langsung pada port pemompaan pompa vakum:

dengan: 

• p = Tekanan saluran masuk langsung pada port pemompaan pompa vakum dalam mbar
• S = Kecepatan pemompaan pompa vakum langsung pada port pemompaan pompa vakum dalam l/s

Pada posisi x lainnya, berikut ini berlaku dengan mempertimbangkan kehilangan saluran:

dengan: 

• p_x = tekanan pada posisi x dalam mbar
• S_x = kecepatan pompa vakum pada posisi x dalam l/dtk (S_x < S !)

Persamaan di atas berlaku untuk semua gas yang dipompa oleh pompa vakum dan dengan demikian juga untuk gas uji TG (misalnya TG = helium).

Pada spektrometer massa (x = MS), berikut ini berlaku:

Dalam hal ini, aliran gas uji q_TG sama dengan tingkat kebocoran qL yang dicari. Perlu dicatat bahwa, dalam kasus persamaan di atas, tekanan gas uji parsial p _{MS, TG} ada pada spektrometer massa.

Nilai pengukuran untuk p _{MS, TG} disediakan oleh spektrometer massa yang harus diatur ke massa M gas uji (misalnya, M = 4 untuk TG = helium). Nilai SMS, TG adalah konstanta yang ditentukan secara eksperimental untuk setiap detektor kebocoran.

Nilai untuk p _{MS, TG} yang disediakan oleh spektrometer massa dikalikan dengan nilai S _{MS, TG} yang disimpan dalam mikroprosesor detektor kebocoran. Hasil perkalian ini kemudian ditampilkan sebagai kebocoran q_L.