이온화란 무엇이며 부분 압력은 어떻게 측정합니까?
이온화와 기체 분석의 근본적인 문제
분리 시스템 전극에 인가된 전압의 지속적인 변화("스캔")는 이온 유동 I+와 "원자 수" 사이의 관계를 형성하며, 이는 m/e 비율에 비례하고 다음과 같이 표현됩니다.
(4.2)
(Mr= 상대 분자 질량, ne= 초전하 수 e)
이것이 소위 질량 스펙트럼, i+ = i+(M)입니다. 따라서 스펙트럼은 최대 i+를 가로 좌표를 따르는 원자 수 M에 대한 세로 좌표를 보여줍니다. 이와 같은 질량 스펙트럼 해석의 어려움 중 하나는 등식 (4.2)에 따른 질량과 동일한 질량이 다양한 이온과 관련될 수 있기 때문입니다. 예를 들어 원자 수 M = 16은 CH4+ 및 O2++, M = 28은 CO+, N2+ 및 C2H+에 해당합니다. 따라서 스펙트럼을 평가할 때 다음 사항에 각별한 주의를 기울여야 합니다.
1) 동위 원소의 경우 동일한 핵전하 수(기체 유형)에서 이온의 핵(질량)에 있는 서로 다른 양전자수를 처리하는 것입니다. 상대 동위원소 주파수에 대한 일부 값은 표 4.2에 정리되어 있습니다.
표 4.2 동위원소의 상대 주파수
2) 영향을 미치는 전자의 에너지(등위 차등 평등화, 음극 - 양극)에 따라 이온은 단일로 또는 복합적으로 이온화될 수 있습니다. 예를 들어 40의 질량인 Ar+, 20의 질량인 Ar++, 13.3의 질량인 Ar+++가 있습니다. 하지만 20의 질량에서 네온 Ne+ 또한 있습니다. 모든 기체 유형에 대한 모든 이온화 상태에서 영향을 미치는 전자에 대한 임계 에너지 레벨이 있습니다. 즉, 각 이온 기체는 관련 에너지 임계값 이상으로만 형성될 수 있습니다. 이는 그림 4.13에 Ar에 대해 나와 있습니다.
그림 4.13 전자 에너지 레벨의 계수로 생성된 다양한 Ar 이온의 수
3) 다양한 기체 Sgas의 고유 이온화, 이 수치는 전자와의 충돌에 의해 형성되는 이온(cm 및 mbar당)의 수입니다. 이는 기체 유형에 따라 달라집니다. 대부분 기체의 경우 이온 수율은 약 80~110eV의 전자 에너지 수준에서 가장 높습니다. 그림 4.14를 참조하십시오.
실제로 질소에 대한 표준화를 통해 개별 기체에 대해 상이한 이온화 비율을 고려합니다. 질소와 관련된 상대적 이온화 확률(RIP)이 제시되어 있습니다(표 4.3).
그림 4.14 에너지 레벨 E를 나타내는 전자에 의한 다양한 기체에 대한 고유 이온화 S
표 4.3 질소에 대한 상대적 이온화 확률(RIP), 전자 에너지 102eV
4) 마지막으로 기체 분자는 이온화에 의해 단편으로 분해되는 경우가 많습니다. 따라서 생성된 단편 분포 패턴은 소위 특성 스펙트럼(지문, 균열 패턴)입니다. 중요: 표에서 지정된 개별 단편은 최대 피크(최고 피크의 % 또는 ‰) 또는 모든 피크의 총합에 대해 표준화됩니다(표 4.4의 예 참조).
표 4.4 75eV 및 102eV에서 특정 기체의 단편 분포
생성된 단편의 특성과 다중 이온화에 대한 가능성 모두 기하학적 구조(이온화 경로의 길이에 따라 상이한 이온 수)와 영향을 미치는 전자의 에너지(특정 유형의 이온에 대한 임계 에너지)에 따라 달라집니다. 표의 값은 항상 특정 전자 에너지 수준을 갖는 특정 이온 소스를 기준으로 합니다. 따라서 서로 다른 제조업체에서 만든 장치를 사용하여 얻은 결과를 비교하기가 어렵습니다.
관련된 질량 중 하나에 대해 가능한 부분 압력이 스펙트럼의 중요 분석을 통해 추정되는 경우가 많을 것입니다. 따라서 진공 용기에 공기가 있으면(누출이 있을 수 있음) 질량 28의 N2+의 1/4에 해당하는 O2+(질량 32) 감지가 나타납니다. 반면 스펙트럼에서 산소가 감지되지 않으면 원자 수 28의 피크는 일산화탄소를 나타냅니다. 원자 수 28의 피크가 CO2 의 CO+ 단편(원자 수 44)을 반영하는 한 이 지분은 원자 수 44에서 측정된 값의 11%입니다(표 4.5). 질소가 존재하는 모든 경우에 원자 수 14(N2++)는 원자 수 28(N2+)과 더불어 스펙트럼에서 항상 발견됩니다. 일산화탄소의 경우 CO+ 외에 항상 12개(C+)와 16개(O2++)의 단편 질량이 나타납니다.
그림 4.15는 수소, 질소, 산소, 수증기, 일산화탄소, 이산화탄소, 네온 및 아르곤의 합성이 포함된 "모델 스펙트럼"의 간소화된 예시를 사용하여 스펙트럼 평가와 관련된 어려움을 보여줍니다.
표 4.5 TRANSPECTOR에서 가장 높은 6개의 피크로 구성된 스펙트럼 라이브러리
그림 4.15 모델 스펙트럼.
평가 문제: 원자 수 16에서의 피크는 O2, H2O, CO2 및 CO로 인한 산소 단편이 원인일 수 있습니다. 원자 수 28에서의 피크는 N2는 물론 CO와 CO2의 단편으로서의 CO에 따른 것입니다. 원자 수 20의 피크는 단일 이온화 Ne 및 이중 이온화 Ar의 결과일 수 있습니다.
부분 압력 측정
이온 소스의 기체에서 생성되는 이온 i+gas의 수는 방출 전류 i–, 고유 이온화 Sgas, 이온화 소스 내부의 이온화 경로를 나타내는 기하학적 계수 f, 상대 이온화 가능성 RIPgas, 그리고 부분 압력 pgas에 비례합니다. 정의에 따라 생성되는 이온의 수는 민감도 Egas와 부분 압력 pgas의 곱과 동일합니다.
이온화 중 거의 모든 기체가 단편을 형성합니다. 정량적 평가를 달성하려면 적절한 피크에서 이온 유동을 추가하거나 (알려진 단편 계수[FF]를 사용하여) 하나의 피크를 측정하고 이를 기반으로 전체 이온 유동을 계산해야 합니다.
이온 트랩에 도달하는 이온 수를 유지하려면 위의 수를 투과 계수 TF(m)와 곱해야 하며, 이는 원자 수 m에 대한 분리 시스템의 투과성을 고려하기 위해 질량에 따라 달라집니다(이와 유사하게, SEMP에 대한 검출 계수가 있지만 주로 TF에 포함되어 있음). 따라서 투과 계수(또한 이온 광학 투과)는 측정된 이온과 생성된 이온의 몫입니다.
따라서,
(4.3)
부분 압력은 두 가지 계수의 곱을 사용하여 특정 단편에 대해 측정된 이온 유동에서 계산됩니다. 첫 번째 계수는 감지기의 질소 민감도에만 의존하므로 장치에 대해 일정합니다. 두 번째는 특정 이온 특성에 따라 다릅니다.
이러한 계수는 직접적인 부분 압력 표시가 있는 단위(최소 덜 일반적인 유형의 이온에 대해)에 대해 별도로 입력해야 합니다.
