Gas analysis and mas spectrometers banner

Apa yang dimaksud dengan analisis gas dan mengapa diperlukan?

Bagikan lewat

Analisis gas pada tekanan rendah menggunakan spektrometri massa

Analisis gas pada tekanan rendah berguna tidak hanya saat menganalisis gas residu dari pompa vakum, pengujian kebocoran pada sambungan flensa atau untuk saluran pasokan (udara terkompresi, air) dalam vakum. Produk ini juga sangat penting dalam bidang aplikasi dan proses teknologi vakum yang lebih luas. Misalnya, dalam analisis gas proses yang digunakan dalam menerapkan lapisan tipis pelapis pada substrat. Peralatan yang digunakan untuk analisis kualitatif dan/atau kuantitatif gas mencakup spektrometer massa yang dikembangkan secara khusus dengan dimensi sangat kecil yang, seperti pengukur vakum lainnya, dapat disambungkan langsung ke sistem vakum. Ukurannya membedakan instrumen pengukuran ini dari spektrometer massa lainnya, seperti yang digunakan untuk analisis kimia gas. Perangkat yang terakhir ini tidak cocok, misalnya, untuk digunakan sebagai unit pengukuran tekanan parsial karena terlalu besar, memerlukan selang konektor yang panjang ke ruang vakum dan tidak dapat dipanggang dengan ruang vakum itu sendiri. Investasi untuk spektrometer massa analitik akan sangat besar karena, misalnya, persyaratan resolusi jauh lebih tidak ketat untuk pengukuran tekanan parsial. Tekanan parsial dipahami sebagai tekanan yang diberikan oleh jenis gas tertentu dalam campuran gas. Jumlah tekanan parsial untuk semua jenis gas menghasilkan total tekanan. Perbedaan antara berbagai jenis gas pada dasarnya didasarkan pada massa molarnya. Oleh karena itu, tujuan utama analisis adalah untuk mendaftarkan proporsi gas dalam sistem secara kualitatif terkait massa molar dan menentukan jumlah masing-masing jenis gas yang terkait dengan berbagai nomor atom secara kuantitatif.

Perangkat pengukuran tekanan parsial yang umum digunakan terdiri dari sistem pengukuran yang tepat (sensor) dan perangkat kontrol yang diperlukan untuk pengoperasiannya. Sensor berisi sumber ion, sistem pemisahan, dan perangkap ion. Pemisahan ion yang berbeda dalam massa dan muatan sering kali dipengaruhi dengan memanfaatkan fenomena yang menyebabkan ion beresonansi dalam medan listrik dan magnetik.

Tinjauan historis spektrometer massa

Setelah upaya pertama Thomson pada tahun 1897 untuk menentukan rasio muatan terhadap massa e/m untuk elektron, cukup lama (hingga tahun 1950-an) sebelum banyak dan beragam sistem analisis digunakan dalam teknologi vakum. Ini termasuk Omegatron, Topatron, dan pada akhirnya spektrometer massa quadrupole yang diusulkan oleh Paul dan Steinwedel pada tahun 1958 (lihat Gbr. 4,1). Penggunaan pertama spektrometri massa dalam aplikasi teknologi proses yang dibantu vakum diperkirakan berasal dari karya Backus pada tahun 1943/44. Dia melakukan studi di Laboratorium Radiografi di University of California. Berusaha memisahkan isotop uranium, ia menggunakan spektrometer medan sektor 180° setelah Dempster (1918), yang ia sebut sebagai "vacuum analyzer". Saat ini, istilah serupa, yaitu "residual gas analyzer" (RGA), sering digunakan di AS dan Inggris, bukannya "mass spektrometer". Aplikasi saat ini dalam pemantauan proses ditemukan terutama dalam produksi komponen semikonduktor.

Gambar 4.1a Sensor TRANSPECTOR.

a: Sensor performa tinggi dengan Channeltron
b: Sensor ringkas dengan Micro-Channelplate
c: Sensor performa tinggi dengan cangkir Faraday

Gambar 4.1b Sensor TRANSPECTOR XPR

Awalnya, unit kontrol cukup canggung dan menawarkan opsi manipulasi yang tak terhitung jumlahnya. Sering kali hanya fisikawan yang dapat menangani dan menggunakannya. Dengan diperkenalkannya PC, persyaratan terkait unit kontrol menjadi semakin besar. Awalnya, mereka dilengkapi dengan antarmuka untuk link ke komputer. Percobaan kemudian dilakukan untuk melengkapi PC dengan papan sirkuit pengukuran tambahan untuk pengoperasian sensor. Sensor saat ini adalah pemancar yang dilengkapi dengan unit catu daya listrik yang terpasang langsung di sisi atmosfer; komunikasi dengan PC dari titik itu dilakukan melalui port komputer standar. Kenyamanan pengoperasian dicapai dengan perangkat lunak yang berjalan di PC.

Blog & Wiki Gas analysis and Mass spectrometers Introduction to gas analysis Vacuum Fundamentals