Gas analysis and mas spectrometers banner

วิธีการแปลงความดันในการวัดมวลสเปกโตรเมตริก

แชร์ผ่าน

วาล์ววัดปริมาณทําหน้าที่อะไร

วิธีที่ง่ายที่สุดในการปรับเครื่องสเปกโตรมิเตอร์มวลแบบคลาสสิกให้เหมาะสมกับแรงดันที่สูงกว่า 1 · 10-4 mbar คือการใช้วาล์ววัดปริมาณ อย่างไรก็ตาม ข้อเสียโดยธรรมชาติก็คือ เนื่องจากคุณสมบัติการไหลไม่ได้กําหนดไว้อย่างชัดเจน อาจทําให้เกิดการเบี่ยงเบนจากองค์ประกอบของก๊าซเดิม

ตัวแปลงความดันทํางานอย่างไร

เพื่อตรวจสอบส่วนผสมของก๊าซที่แรงดันรวมเกิน 1 · 10 ^-4 mbar จําเป็นต้องใช้ตัวแปลงแรงดันที่จะไม่แยกก๊าซออกจากกัน ภาพที่ 4.7 ใช้เพื่อช่วยอธิบายวิธีการทํางานของตัวแปลงแรงดันดังกล่าว:

a. ความดันในกระบวนการ < 1 mbar: ตัวแปลงความดันจังหวะเดียว ก๊าซจะถูกปล่อยให้ไหลออกจากภาชนะสุญญากาศในกระแสโมเลกุลผ่านไดอะแฟรมที่มีค่าการนําไฟฟ้า L₂ และเข้าสู่ "ห้องเซ็นเซอร์" (ที่มีระบบสุญญากาศสูงของตัวเอง) การไหลของโมเลกุลทําให้เกิดการแยกตัว แต่จะไม่ขึ้นกับระดับความดัน ไดอะแฟรมที่สองที่มีการไหลของโมเลกุล ซึ่งอยู่ระหว่างห้องเซ็นเซอร์และปั๊มเทอร์โบโมเลกุล จะชดเชยการแยกตัวที่เกิดขึ้นที่ L₂

b. แรงดันในกระบวนการ > 1 mbar: ตัวแปลงความดันสองจังหวะ โดยใช้ปั๊มขนาดเล็ก (ใบพัดโรตารี่) กระแสก๊าซแบบลามิเนียร์จะถูกเบี่ยงออกจากพื้นที่สุญญากาศแบบหยาบผ่านหลอดหรือไดอะแฟรม (ค่าการนําไฟฟ้า L₃) ก่อนที่จะเข้าสู่ปั๊ม ที่ความดันประมาณ 1 mbar ส่วนเล็กน้อยของการไหลนี้จะถูกปล่อยให้เข้าสู่ห้องเซ็นเซอร์ผ่านไดอะแฟรมที่มีค่าการนําไฟฟ้า L₂ อีกครั้งในรูปของการไหลโมเลกุล

รูปที่ 4.7 หลักการของตัวแปลงความดัน (ขั้นตอน B ในเวอร์ชันจังหวะเดียวเท่านั้น และขั้นตอน A และ B ในเครื่องจักรสองจังหวะ)

สามารถหลีกเลี่ยงการปลอมแปลงองค์ประกอบของก๊าซที่เกิดจากการดูดซับและการควบแน่นได้โดยการให้ความร้อนแก่ตัวแปลงแรงดันและหลอดแคปิลลารี
ในการประเมินอิทธิพลที่มีต่อองค์ประกอบของก๊าซโดยหน่วยวัดเอง จําเป็นต้องมีข้อมูลเกี่ยวกับอุณหภูมิการให้ความร้อน วัสดุ และพื้นที่ผิวสําหรับส่วนประกอบที่เป็นโลหะ แก้ว และเซรามิก รวมถึงข้อมูลจําเพาะเกี่ยวกับวัสดุและขนาดของแคโทด (และในท้ายที่สุดเกี่ยวกับพลังงานอิเล็กตรอนที่กระแทกสําหรับแหล่งกําเนิดไอออนด้วย)

แหล่งกําเนิดไอออนแบบปิด (CIS)

เพื่อจํากัดหรือหลีกเลี่ยงอิทธิพลที่อาจเกิดจากช่องเซ็นเซอร์หรือแคโธด (เช่น การรบกวนสมดุลของ CO-CO₂ โดยการให้ความร้อนกับแคโธด) จะมีการใช้แหล่งกําเนิดไอออนแบบปิด (CIS) ในหลายกรณี

CIS แบ่งออกเป็นสองส่วน ได้แก่ ห้องแคโทดซึ่งมีการปล่อยอิเล็กตรอน และห้องกระแทกซึ่งเกิดการเกิดไอออนไนซ์จากการกระแทกของอนุภาคก๊าซ ทั้งสองห้องจะมีการปั๊มที่แตกต่างกัน: ความดันในห้องแคโธดจะอยู่ที่ประมาณ 10 ^-5 mbar และในห้องกระแทกจะอยู่ที่ประมาณ 10 ^-3 mbar ก๊าซจากห้องสุญญากาศจะถูกปล่อยให้เข้าสู่ห้องกระแทกผ่านวาล์วที่ปิดผนึกด้วยโลหะและอบได้ (ตัวแปลงแรงดัน เทคโนโลยีสุญญากาศสูงพิเศษ) การเกิดไอออนไนซ์ที่มีผลผลิตสูงจะเกิดขึ้นที่ประมาณ 10 ^-3 mbar อิเล็กตรอนที่มีผลกระทบจะถูกปล่อยออกมาในห้องแคโทดที่ประมาณ 10 ^-5 mbar และผ่านช่องเปิดขนาดเล็กจากนั้นเข้าสู่ห้องกระแทก อัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวน (ก๊าซตกค้าง) ผ่านแหล่งกําเนิดไอออนแบบเปิดจะเพิ่มขึ้นโดยรวมด้วยตัวคูณ 10 ⁺³ หรือมากกว่า ภาพที่ 4.8 แสดงความแตกต่างพื้นฐานระหว่างการกําหนดค่าสําหรับแหล่งกําเนิดไอออนแบบเปิดและแบบปิดสําหรับการใช้งานทั่วไปในเทคโนโลยีสปัตเตอร์ ด้วยการออกแบบที่ดัดแปลงของ CIS เมื่อเปรียบเทียบกับแหล่งกําเนิดอิออนแบบเปิดทั้งในแง่ของรูปทรงเรขาคณิตและพลังงานอิเล็กตรอน (แหล่งกําเนิดอิออนแบบเปิด 102 eV, CIS 75 หรือ 35 eV) อาจพบรูปแบบการกระจายชิ้นส่วนที่แตกต่างกันซึ่งเลือกระดับพลังงานอิเล็กตรอนที่ต่ํากว่า ตัวอย่างเช่น ไอโซโทปอาร์กอน 36 ⁺⁺ ที่มวล 18 ไม่สามารถตรวจจับได้ที่พลังงานอิเล็กตรอนน้อยกว่า 43.5 eV และดังนั้นจึงไม่สามารถทําให้การตรวจจับ H₂ O ⁺ ที่มวล 18 ในกระบวนการสปัตเตอร์ที่ใช้อาร์กอนเป็นก๊าซทํางานผิดพลาดได้ ซึ่งเป็นกระบวนการที่มีความสําคัญอย่างยิ่งในอุตสาหกรรม

รูปที่ 4.8 แหล่งกําเนิดไอออนแบบเปิด (ซ้าย) และแหล่งกําเนิดไอออนแบบปิด (ขวา)

หลักการทํางานของเครื่องตรวจติดตามก๊าซที่มีฤทธิ์กัดกร่อน (AGM)

ในหลายกรณี ก๊าซในกระบวนการที่ต้องตรวจสอบมีฤทธิ์รุนแรงมากจนแคโทดจะมีชีวิตอยู่ได้ในช่วงเวลาสั้นๆ เท่านั้น AGM ใช้คุณสมบัติของการไหลแบบลามิเนียร์ ซึ่งไม่มีการไหลแบบ "ย้อนกลับ ควบคุมด้วยวาล์ว AGM แยกต่างหาก ส่วนหนึ่งของก๊าซทํางานที่ป้อนเข้าสู่กระบวนการจะถูกนําเข้าเป็น "ก๊าซฉีดพ่น" ก่อนตัวแปลงความดันไปยัง TRANSPECTOR ซึ่งจะสร้างการไหลไปยังห้องสุญญากาศ ดังนั้น ก๊าซในกระบวนการจะเข้าถึง TRANSPECTOR ได้ก็ต่อเมื่อวาล์ว AGM ปิดอยู่เท่านั้น เมื่อวาล์วเปิดอยู่ TRANSPECTOR จะเห็นเฉพาะก๊าซในการทํางานบริสุทธิ์เท่านั้น รูปที่ 4.9 แสดงหลักการ AGM