Hoe druk wordt omgezet in massaspectrometrie
Wat doet een doseerklep?
De eenvoudigste manier om een klassieke massaspectrometer aan te passen aan drukwaarden van meer dan 1 · 10-4 mbar is met behulp van een doseerklep . Het inherente nadeel is echter dat, aangezien de stromingseigenschappen niet eenduidig zijn gedefinieerd, dit kan leiden tot een afwijking van de oorspronkelijke gassamenstelling.
Hoe werkt een drukomvormer?
Om een gasmengsel bij een totale druk van meer dan 1 · 10 -4 mbar te onderzoeken, moeten drukomvormers worden gebruikt die de gassen niet scheiden. Afbeelding 4,7 wordt gebruikt om uit te leggen hoe een dergelijke drukomvormer werkt:
a. Procesdruk < 1 mbar: eentraps drukomvormer. Gas wordt in moleculaire stroom door een membraan met geleidingswaarde L2 uit het vacuümvat en in de 'sensorkamer' (met een eigen hoogvacuümsysteem) geleid. De moleculaire stroom veroorzaakt scheiding, maar dit is onafhankelijk van het drukniveau. Een tweede membraan met moleculaire stroom, dat zich tussen de sensorkamer en de turbomoleculaire pomp bevindt, compenseert de scheiding die optreedt bij L2.
b. Procesdruk > 1 mbar: tweetraps drukomvormer. Met behulp van een kleine ( draaischuif ) pomp wordt een laminaire gasstroom uit het grofvacuümgebied via een capillair of membraan (geleidingswaarde L3 ) omgeleid. Voordat deze de pomp binnenkomt, wordt bij een druk van ongeveer 1 mbar een klein deel van deze stroom weer via het membraan met geleidingswaarde L2 in de sensorkamer gevoerd, opnieuw als moleculaire stroom.
Fig. 4,7 Principe van de drukomvormer (fase B alleen in de eentrapsversie en fase A en B in de tweetrapseenheden)
Een vervalsing van de gassamenstelling als gevolg van adsorptie en condensatie kan worden voorkomen door de drukomvormer en het capillair te verwarmen.
Om de invloed van de meeteenheid zelf op de gassamenstelling te beoordelen, is informatie nodig over de verwarmingstemperatuur, de materialen en oppervlakken van de metalen, glazen en keramische componenten, evenals specificaties over het materiaal en de afmetingen van de kathode (en uiteindelijk ook over de elektronenimpactenergie voor de ionenbron).
Gesloten ionenbron (CIS)
Om invloeden die door de sensorkamer of de kathode kunnen ontstaan (bv. verstoring van het CO-CO2-evenwicht door het verwarmen van de kathode) te beperken of volledig te vermijden, wordt in veel gevallen een gesloten ionenbron (CIS) gebruikt.
De CIS is onderverdeeld in twee delen: een kathodekamer waar de elektronen worden uitgestraald en een impactkamer, waar de impactionisatie van de gasdeeltjes plaatsvindt. De twee kamers worden verschillend gepompt: de druk in de kathodekamer komt op ongeveer 10 -5 mbar, die in de impactkamer op ongeveer 10 -3 mbar. Het gas uit de vacuümkamer wordt via een metaal afgedichte, bakbare klep (drukomvormer, ultrahoogvacuümtechnologie) in de impactkamer geleid. Daar vindt de ionisatie met hoog rendement plaats bij ca. 10 -3 mbar. De elektronen die de impact uitoefenen, worden bij ongeveer 10 -5 mbar in de kathodekamer uitgestraald en gaan van daaruit door kleine openingen in de impactkamer. De signaal-ruisverhouding (restgas) via à t.o.v. de open ionenbron wordt in totaal met een factor 10 +3 of meer verhoogd. Afbeelding 4,8 toont het fundamentele verschil tussen de configuraties voor open en gesloten ionenbronnen voor een typische toepassing in de sputtertechnologie. Met het gewijzigde ontwerp van de CIS in vergelijking met de open ionenbron met betrekking tot zowel de geometrie als de elektronenenergie (open ionenbron 102 eV, CIS 75 of 35 eV), kunnen verschillende fragmentverdelingspatronen worden gevonden wanneer een lager elektronenenergieniveau wordt gekozen. Zo kan de isotoop argon36 ++ met een massa van 18 niet worden gedetecteerd bij een elektronenenergie van minder dan 43,5 eV en kan de detectie van H2 O + met een massa van 18 dus niet worden vervalst in de sputterprocessen waarbij argon als werkgas wordt gebruikt – processen die in de industrie van groot belang zijn.
Werkingsprincipe van de agressieve gasmonitor (AGM)
In veel gevallen is het te onderzoeken procesgas zo agressief dat de kathode slechts korte tijd zou overleven. De AGM maakt gebruik van de eigenschap van laminaire stroming waardoor er geen 'omgekeerde' stroming van welke aard dan ook is. Geregeld met een afzonderlijke AGM-klep wordt een deel van het werkgas dat aan de processen wordt toegevoerd, als 'spoelgas', vóór de drukomvormer naar de TRANSPECTOR geleid; dit zorgt voor een stroom naar de vacuümkamer. Procesgas kan de TRANSPECTOR dus alleen bereiken als de AGM-klep gesloten is. Wanneer de klep open is, ziet de TRANSPECTOR alleen zuiver werkgas. Afb. 4,9 toont het AGM-principe.
Grondbeginselen van vacuümtechnologie
Download ons eBook 'Grondbeginselen van vacuümtechnologie' om de basisprincipes en processen van vacuümpompen te ontdekken.
Referenties
- Vacuümsymbolen
- Verklarende woordenlijst
- Referenties en bronnen
Vacuümsymbolen
Vacuümsymbolen
Een woordenlijst van symbolen die vaak worden gebruikt in vacuümtechnologieschema's als visuele weergave van pomptypen en onderdelen in pompsystemen
Verklarende woordenlijst
Verklarende woordenlijst
Een overzicht van de meeteenheden die in vacuümtechnologie worden gebruikt en wat de symbolen betekenen, evenals de moderne equivalenten van historische eenheden
Referenties en bronnen
Referenties en bronnen
Referenties, bronnen en verdere lectuur met betrekking tot de fundamentele kennis van vacuümtechnologie
Vacuümsymbolen
Een woordenlijst van symbolen die vaak worden gebruikt in vacuümtechnologieschema's als visuele weergave van pomptypen en onderdelen in pompsystemen
Verklarende woordenlijst
Een overzicht van de meeteenheden die in vacuümtechnologie worden gebruikt en wat de symbolen betekenen, evenals de moderne equivalenten van historische eenheden
Referenties en bronnen
Referenties, bronnen en verdere lectuur met betrekking tot de fundamentele kennis van vacuümtechnologie