O que é a análise de gás e por que ela é necessária?
Análise de gás em baixas pressões usando espectrometria de massa
As análises de gases em baixas pressões são úteis não apenas ao analisar os gases residuais de uma bomba de vácuo, testar vazamento em uma conexão de flange ou para linhas de fornecimento (ar comprimido, água) em vácuo. Também são essenciais nos domínios mais amplos de aplicações e processos da tecnologia de vácuo. Por exemplo, na análise de gases de processo usados na aplicação de camadas finas de revestimentos em substratos. O equipamento utilizado para análises qualitativas e/ou quantitativas de gases inclui espectrômetros de massa especialmente desenvolvidos com dimensões extremamente pequenas que, como qualquer outro vacuômetro, podem ser conectados diretamente ao sistema de vácuo. Seu tamanho distingue esses instrumentos de medição de outros espectrômetros de massa, como os usados para análises químicas de gases. Esses últimos dispositivos são inadequados, por exemplo, para uso como unidades de medição de pressão parcial, pois são muito grandes, exigem uma longa linha de conexão para a câmara de vácuo e não podem ser aquecidos com a própria câmara de vácuo. O investimento para um espectrômetro de massa analítico seria injustificadamente grande, uma vez que, por exemplo, os requisitos de resolução são muito menos rigorosos para medições de pressão parcial. Entende-se por pressão parcial a pressão exercida por um determinado tipo de gás dentro de uma mistura de gases. O total das pressões parciais para todos os tipos de gás fornece a pressão total. A distinção entre os vários tipos de gases é essencialmente baseada em suas massas molares. O objetivo principal da análise é, portanto, registrar qualitativamente as proporções de gás dentro de um sistema em relação às massas molares e determinar quantitativamente a quantidade dos tipos individuais de gases associados aos vários números atômicos.
Os dispositivos de medição de pressão parcial de uso comum compreendem o adequado sistema de medição (o sensor) e o dispositivo de controle necessário para sua operação. O sensor contém a fonte de íons, o sistema de separação e o coletor de íons. A separação de íons que diferem em massas e cargas é frequentemente efetuada pela utilização de fenômenos que fazem com que os íons ressoem em campos elétricos e magnéticos.
Uma revisão histórica dos espectrômetros de massa
Após a primeira tentativa da Thomson em 1897 de determinar a relação entre carga e massa e/m para o elétron, levou algum tempo (na década de 1950) até que um grande número e variedade de sistemas de análise entrassem em uso na tecnologia de vácuo. São eles, o Omegatron, o Topatron e, finalmente, o espectrômetro de massa quadrupolo proposto por Paul e Steinwedel em 1958 (ver a Fig. 4.1). Os primeiros usos da espectrometria de massa em aplicações de tecnologia de processo assistido a vácuo provavelmente remontam ao trabalho de Backus nos anos de 1943/44. Ele realizou estudos nos Laboratórios radiográficos da Universidade da Califórnia. Buscando separar isótopos de urânio, ele usou um espectrômetro de campo de setor de 180 graus após Dempster (1918), que ele chamou de "analisador de vácuo". Ainda hoje um termo semelhante, ou seja, o "analisador de gás residual" (RGA), é frequentemente usado nos EUA e no Reino Unido em vez de "espectrômetro de massa". As aplicações atuais no monitoramento de processos são encontradas, principalmente, na produção de componentes semicondutores.
Fig 4.1a Sensores TRANSPECTOR.
a: Sensor de alto desempenho com Channeltron
b: Sensor compacto com Micro-Channelplate
c: Sensor de alto desempenho com gaiola de Faraday
Fig. 4.1b Sensor TRANSPECTOR XPR
Inicialmente, as unidades de controle eram bastante desajeitadas e ofereciam inúmeras opções de manipulação. Muitas vezes, apenas os físicos eram capazes de manuseá-las e usá-las. Com a introdução de PCs, os requisitos em relação às unidades de controle se tornaram cada vez maiores. No início, eles foram equipados com interfaces para conexão com o computador. Posteriormente, foram feitas tentativas de equipar um PC com uma placa de circuito de medição adicional para operação do sensor. Os sensores de hoje são, na verdade, transmissores equipados com uma unidade de fonte de alimentação elétrica conectada diretamente no lado da atmosfera; a comunicação com um PC a partir desse ponto é através de portas de computador padrão. A conveniência operacional é obtida pelo software que é executado no PC.
Fundamentos da tecnologia de vácuo
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Referências
- Símbolos de vácuo
- Glossário de unidades
- Referências e fontes
Símbolos de vácuo
Um glossário de símbolos normalmente usados em diagramas de tecnologia de vácuo como uma representação visual dos tipos de bomba e peças em sistemas de bombeamento
Glossário de unidades
Uma visão geral das unidades de medida usadas na tecnologia de vácuo e o que os símbolos significam, bem como os equivalentes modernos das unidades históricas
Referências e fontes
Referências, fontes e leitura adicional relacionadas aos conhecimentos fundamentais da tecnologia de vácuo
