Gas analysis and mas spectrometers banner

Apa yang dimaksud dengan ionisasi dan bagaimana tekanan parsial diukur?

Bagikan lewat

Ionisasi dan masalah mendasar dalam analisis gas

Perubahan kontinu dalam tegangan yang diterapkan pada elektrode dalam sistem pemisahan ("pemindaian") menghasilkan hubungan antara aliran ion I+ dan "nomor atom" yang proporsional dengan rasio m/e dan dinyatakan sebagai:

(4,2)

(M_r = massa mol relatif, n_e = jumlah muatan elemen e)

Ini disebut spektrum massa, i_⁺ = i ⁺ (M). Spektrum menunjukkan puncak i+ sebagai ordinat, diplot terhadap nomor atom M di sepanjang absisis. Salah satu kesulitan dalam menafsirkan spektrum massa seperti ini disebabkan oleh fakta bahwa satu massa yang sama menurut persamaan (4,2) dapat dikaitkan dengan berbagai ion. Contoh umum, antara lain, adalah: Nomor atom M = 16 sesuai dengan CH₄ ⁺ dan O₂ ⁺⁺; M = 28 untuk CO ⁺, N₂ ⁺ dan C₂ H ⁺! Oleh karena itu, perhatian khusus harus diberikan pada poin-poin berikut saat mengevaluasi spektrum:

1) Dalam kasus isotop, kita menangani jumlah positron yang berbeda dalam inti (massa) ion dengan nomor muatan nuklir yang sama (jenis gas). Beberapa nilai untuk frekuensi isotop relatif disusun dalam Tabel 4.2.

Tabel 4,2 Frekuensi relatif isotop

2) Tergantung pada energi elektron yang berdampak (sama dengan diferensial potensial, katoda - anoda), ion dapat diionisasi tunggal atau ganda. Misalnya, kita menemukan A_r ⁺pada massa 40, A_r ⁺⁺pada massa 20 dan A_r ⁺⁺⁺pada massa 13,3. Namun, pada massa 20 kita juga akan menemukan neon, Ne ⁺. Ada tingkat energi ambang batas untuk elektron yang berdampak untuk semua keadaan ionisasi untuk setiap jenis gas, Artinya, setiap jenis ion hanya dapat terbentuk di atas ambang batas energi terkait. Ini ditampilkan untuk A_r di Gambar 4.13.

Gambar 4,13 Jumlah berbagai ion Ar yang dihasilkan, sebagai faktor tingkat energi elektron

3) Ionisasi spesifik dari berbagai gas S _gas, yaitu jumlah ion yang terbentuk, per cm dan mbar, akibat tabrakan dengan elektron; ini akan bervariasi dari satu jenis gas ke jenis lainnya. Untuk sebagian besar gas, hasil ion paling besar pada tingkat energi elektron antara sekitar 80 dan 110 eV; lihat Gambar 4.14.
Dalam praktiknya, laju ionisasi yang berbeda untuk setiap gas akan diperhitungkan dengan standarisasi terhadap nitrogen; probabilitas ionisasi relatif (RIP) terkait dengan nitrogen akan ditunjukkan (Tabel 4,3).

Gambar 4,14 Ionisasi spesifik S untuk berbagai gas oleh elektron yang menunjukkan tingkat energi E

Tabel 4,3 Probabilitas ionisasi relatif (RIP) terhadap nitrogen, energi elektron 102 eV

4) Terakhir, molekul gas sering dipecah menjadi fragmen melalui ionisasi. Pola distribusi fragmen yang dihasilkan adalah spektrum karakteristik ( sidik jari, pola retak). Penting: Dalam tabel, fragmen individu yang ditentukan distandarisasi terhadap puncak maksimum (dalam % atau ‰ dari puncak tertinggi) atau terhadap total semua puncak (lihat contoh dalam Tabel 4,4).

Tabel 4,4 Distribusi fragmen untuk gas tertentu pada 75 eV dan 102 eV

Sifat fragmen yang dihasilkan dan kemungkinan ionisasi ganda akan bergantung pada geometri (nomor ion yang berbeda, tergantung pada panjang jalur ionisasi) dan energi elektron yang berdampak (energi ambang batas untuk jenis ion tertentu). Nilai tabel selalu mengacu pada sumber ion tertentu dengan tingkat energi elektron tertentu. Oleh karena itu, sulit untuk membandingkan hasil yang diperoleh menggunakan perangkat dari berbagai produsen.

Sering kali, kemungkinan tekanan parsial untuk salah satu massa yang terlibat akan diperkirakan melalui analisis kritis spektrum. Dengan demikian, keberadaan udara dalam bejana vakum (yang dapat menunjukkan kebocoran) dimanifestasikan dengan deteksi jumlah O₂ ⁺ (dengan massa 32) yang sekitar seperempat dari bagian N₂ ⁺ dengan massa 28. Jika, di sisi lain, tidak ada oksigen yang terdeteksi dalam spektrum, maka puncak pada nomor atom 28 akan menunjukkan karbon monoksida. Sejauh puncak pada nomor atom 28 mencerminkan CO ⁺ fragmen CO₂ (nomor atom 44), bagian ini adalah 11 % dari nilai yang diukur untuk nomor atom 44 (Tabel 4,5). Di sisi lain, dalam semua kasus di mana ada nitrogen, nomor atom 14 (N₂ ⁺⁺ ) akan selalu ditemukan dalam spektrum selain nomor atom 28 (N₂ ⁺ ); dalam kasus karbon monoksida, di sisi lain, akan selalu muncul - selain CO ⁺ - massa fragmen 12 (C ₊ ) dan 16 (O₂ ⁺⁺ )).
Gambar 4,15 menggunakan contoh sederhana dari "spektrum model" dengan superposisi hidrogen, nitrogen, oksigen, uap air, karbon monoksida, karbon dioksida, neon, dan argon untuk menunjukkan kesulitan yang terlibat dalam mengevaluasi spektrum.

Tabel 4,5 Pustaka spektrum dari 6 puncak tertinggi untuk TRANSPECTOR

Gambar 4,15 Spektrum model.

Masalah evaluasi: Puncak pada nomor atom 16 dapat, misalnya, disebabkan oleh fragmen oksigen yang dihasilkan dari O₂, H₂, O, CO₂ dan CO; puncak pada nomor atom 28 dari kontribusi N₂ serta CO dan CO sebagai fragmen CO₂; puncak pada nomor atom 20 dapat dihasilkan dari Ne terionisasi tunggal dan Ar terionisasi ganda.

Pengukuran tekanan parsial

Jumlah ion i ⁺ _gas yang dihasilkan dari gas di dalam sumber ion berbanding lurus dengan arus emisi i ^-, _gas ionisasi spesifik S, faktor geometri f yang mewakili jalur ionisasi di dalam sumber ionisasi, probabilitas ionisasi relatif RIP _gas, dan tekanan parsial p _gas. Jumlah ion yang dihasilkan ini, menurut definisi, sama dengan sensitivitas E _gas kali tekanan parsial pgas:

Hampir semua gas membentuk fragmen selama ionisasi. Untuk mencapai evaluasi kuantitatif, Anda harus menambahkan aliran ion pada puncak yang sesuai atau mengukur (dengan faktor fragmen yang diketahui [FF]) satu puncak dan menghitung aliran ion secara keseluruhan berdasarkan hal tersebut:

Untuk mempertahankan jumlah ion yang tiba di perangkap ion, diperlukan untuk mengalikan angka di atas dengan faktor transmisi TF(m), yang akan bergantung pada massa, untuk memperhitungkan permeabilitas sistem pemisahan untuk nomor atom m (serupa dengan ini, ada faktor deteksi untuk SEMP; namun, sering kali sudah terkandung dalam TF). Faktor transmisi (juga: transmisi ion-optik) dengan demikian adalah kuota dari ion yang diukur dan ion yang dihasilkan.

Dengan demikian

(4,3)

Tekanan parsial dihitung dari aliran ion yang diukur untuk fragmen tertentu dengan mengalikan dua faktor. Faktor pertama hanya akan bergantung pada sensitivitas nitrogen detektor dan oleh karena itu merupakan konstanta untuk perangkat. Yang kedua hanya akan bergantung pada sifat ion spesifik.
Faktor-faktor ini harus dimasukkan secara terpisah untuk unit dengan indikasi tekanan parsial langsung (setidaknya untuk jenis ion yang kurang umum).

Blog & Wiki Evaluating spectra Vacuum Fundamentals