İyonizasyon nedir ve kısmi basınç nasıl ölçülür?
Gaz analizinde iyonlaşma ve temel sorunlar
Ayırma sistemindeki elektrotlara uygulanan voltajlardaki ("tarama") sürekli değişim, iyon akışı I+ ile m/e oranıyla orantılı olan ve şu şekilde ifade edilen "atom sayısı" arasında bir ilişki oluşturur:
(4,2)
(Mr = bağıl molar kütle, ne = element yüklerinin sayısı e)
Bu kütle spektrumu olarak adlandırılır, i+ = i + (M). Spektrum böylece i+ tepe noktalarını koordinatlar olarak gösterir, atom numarası M'ye karşı abszis boyunca çizilir. Bu tür bir kütle spektrumunu yorumlamadaki zorluklardan biri, denklem (4,2) uyarınca aynı kütlenin çeşitli iyonlarla ilişkilendirilebilmesidir. Tipik örnekler, diğerlerinin yanı sıra şunlardır: Atom sayısı M = 16 CH4 + ve O2 ++'a karşılık gelir; CO +, N2 + ve C2H + için M = 28! Bu nedenle spektrumları değerlendirirken aşağıdaki noktalara özellikle dikkat edilmelidir:
1) İzotoplar söz konusu olduğunda, aynı nükleer yük numaralarında (gaz türü) iyonun çekirdeğinde (kütle) farklı pozitron sayımlarıyla uğraşıyoruz. Göreli izotop frekansı için bazı değerler Tablo 4,2'de derlenmiştir.
Tablo 4,2 İzotopların göreceli frekansı
2) Etkileyen elektronların enerjisine bağlı olarak (potansiyel farkı eşittir, katot - anot), iyonlar tekli veya çoklu iyonlaştırılabilir. Örneğin, 40 kütlede Ar +, 20 kütlede Ar ++ ve 13,3 kütlede Ar +++ bulunur. Ancak 20 kütlede de neon, Ne + bulunur. Her gaz türü için tüm iyonlaşma durumları için etki eden elektronlar için eşik enerji seviyeleri vardır, yani, her iyon türü yalnızca ilişkili enerji eşiğinin üzerinde oluşabilir. Bu, Şekil 'de Ar için gösterilmiştir. 4,13.
Şekil 4,13 Elektron enerji seviyesi faktörü olarak üretilen çeşitli Ar iyonlarının sayısı
3) Çeşitli gazların spesifik iyonizasyonu S gaz, bu, elektronlarla çarpışmalar sonucunda cm ve mbar başına oluşan iyon sayısıdır; bu, bir gaz türünden diğerine değişir. Çoğu gaz için iyon verimi yaklaşık 80 ile 110 eV arasındaki bir elektron enerji seviyesinde en yüksektir; bkz. Şekil 4,14.
Uygulamada, her bir gaz için farklı iyonlaşma oranları nitrojene karşı standartlaştırma ile hesaba katılacaktır; nitrojenle ilişkili bağıl iyonlaşma olasılıkları (RIP) belirtilecektir (Tablo 4,3).
Şekil 4,14 Enerji seviyesi E'yi gösteren elektronlar tarafından çeşitli gazlar için spesifik iyonizasyon S
Tablo 4,3 Nitrojene göre bağıl iyonlaşma olasılıkları (RIP), elektron enerjisi 102 eV
4) Son olarak, gaz molekülleri genellikle iyonizasyon yoluyla parçalara ayrılır. Bu şekilde oluşturulan parçacık dağılım paternleri karakteristik spektrumlar ( parmak izi, çatlama paterni) olarak adlandırılır. Önemli: Tablolarda belirtilen münferit parçacıklar ya maksimum tepe noktasına (en yüksek tepe noktasının %'si veya ‰'si olarak) ya da tüm tepe noktalarının toplamına karşı standartlaştırılmıştır (Tablo 4,4'teki örneklere bakın).
Tablo 4,4 75 eV ve 102 eV'de belirli gazlar için parçacık dağılımı
Oluşturulan parçaların doğası ve birden fazla iyonizasyon olasılığı, geometriye (iyonizasyon yolunun uzunluğuna bağlı olarak farklı iyon sayısı) ve etki eden elektronların enerjisine (belirli iyon türleri için eşik enerjisi) bağlıdır. Tablo değerleri her zaman belirli bir elektron enerji seviyesine sahip belirli bir iyon kaynağına atıfta bulunur. Bu nedenle, farklı üreticilerin cihazlarını kullanarak elde edilen sonuçları karşılaştırmak zordur.
Genellikle, ilgili kütlelerden biri için olası kısmi basınç, spektrumun kritik analizi yoluyla tahmin edilir. Bu nedenle, vakum kabındaki havanın varlığı (bir sızıntıyı gösterebilir) N2 + oranının yaklaşık çeyreği olan (kütlesi 32 olan) N2 + miktarının tespit edilmesiyle kendini gösterir. Öte yandan, spektrumda oksijen tespit edilmezse, atom numarası 28'deki tepe noktası karbon monoksiti gösterir. Atom numarası 28'deki tepe CO + CO 2'nin parçasını (atom numarası 44) yansıttığı sürece bu pay, atom numarası 44 için ölçülen değerin %11'idir (Tablo 4,5). Diğer yandan, azotun mevcut olduğu tüm durumlarda, spektrumda atom numarası 28'e (N2 + ) ek olarak her zaman atom numarası 14 (N2 ++ ) bulunur; diğer yandan karbon monoksit durumunda, CO +'ya ek olarak her zaman 12'nin (C + ) ve 16'nın (O 2 ++ ) parçacık kütleleri görünür.
Şekil 4,15'te hidrojen, azot, oksijen, su buharı, karbonmonoksit, karbondioksit, neon ve argon katmanlarının üst üste bindirildiği "model spektrumunun" basitleştirilmiş bir örneği kullanılarak spektrumların değerlendirilmesindeki zorluklar gösterilmektedir.
Tablo 4,5 TRANSPEKTÖR için en yüksek 6 pik spektrum kütüphanesi
Şekil 4,15 Model spektrumu.
Değerlendirme sorunları: Atom numarası 16'daki tepe, örneğin O2, H2 O, CO2 ve CO'dan kaynaklanan oksijen parçacıklarından kaynaklanabilir; atom numarası 28'deki tepe, N 2'nin yanı sıra CO ve CO'nun CO 2'nin bir parçası olarak katkılarından kaynaklanabilir; atom numarası 20'deki tepe, tek iyonlaştırılmış Ne ve çift iyonlaştırılmış Ar'dan kaynaklanabilir.
Kısmi basınç ölçümü
İyon kaynağındaki bir gazdan üretilen i + gazın sayısı, emisyon akımı i -, spesifik iyonizasyon S gazı, iyonizasyon kaynağı içindeki iyonizasyon yolunu temsil eden bir geometri faktörü f, bağıl iyonizasyon olasılığı RIP gazıve kısmi basınç p gazı ile orantılıdır. Bu üretilen iyon sayısı, tanım gereği E gazı hassasiyeti ile kısmi basınç pgazının katları eşittir:
Neredeyse tüm gazlar iyonlaştırma sırasında parçacıklar oluşturur. Kantitatif değerlendirme elde etmek için uygun piklerdeki iyon akışları eklenmeli veya (bilinen bir parça faktörü [FF] ile) bir pik ölçülmeli ve bu temelde toplam iyon akışı hesaplanmalıdır:
İyon kapanına gelen iyon sayısını korumak için, atom sayısı m için ayırma sisteminin geçirgenliğini hesaba katmak üzere yukarıdaki sayıyı kütleye bağlı olan iletim faktörü TF(m) ile çarpmak gerekir (buna benzer şekilde, SEMP için algılama faktörü vardır; ancak genellikle TF'de zaten bulunur). Böylece iletim faktörü (ayrıca: iyon-optik iletim) ölçülen iyonların ve üretilen iyonların katsayısıdır.
Böylece
(4,3)
Kısmi basınç, belirli bir parça için ölçülen iyon akışından iki faktörle çarpılarak hesaplanır. İlk faktör sadece dedektörün azot hassasiyetine bağlıdır ve bu nedenle cihaz için bir sabittir. İkincisi sadece spesifik iyon özelliklerine bağlıdır.
Bu faktörler, doğrudan kısmi basınç göstergesi olan üniteler için ayrı olarak girilmelidir (en azından daha az yaygın iyon türleri için).
Vakum Teknolojisinin Temelleri
Vakum pompası temellerini ve proseslerini keşfetmek için "Vakum Teknolojisinin Temelleri" adlı e-Kitabımızı indirin.
Referanslar
- Vakum sembolleri
- Terimler Sözlüğü
- Referanslar ve kaynaklar
Vakum sembolleri
Vakum sembolleri
Pompa tiplerinin ve pompalama sistemlerindeki parçaların görsel bir temsili olarak vakum teknolojisi şemalarında yaygın olarak kullanılan sembollerin sözlüğü
Terimler Sözlüğü
Terimler Sözlüğü
Vakum teknolojisinde kullanılan ölçüm birimlerine ve sembollerin ne anlama geldiğine ve tarihi birimlerin modern eşdeğerlerine genel bir bakış
Referanslar ve kaynaklar
Referanslar ve kaynaklar
Vakum teknolojisinin temel bilgileriyle ilgili referanslar, kaynaklar ve daha fazla okuma
Vakum sembolleri
Pompa tiplerinin ve pompalama sistemlerindeki parçaların görsel bir temsili olarak vakum teknolojisi şemalarında yaygın olarak kullanılan sembollerin sözlüğü
Terimler Sözlüğü
Vakum teknolojisinde kullanılan ölçüm birimlerine ve sembollerin ne anlama geldiğine ve tarihi birimlerin modern eşdeğerlerine genel bir bakış
Referanslar ve kaynaklar
Vakum teknolojisinin temel bilgileriyle ilgili referanslar, kaynaklar ve daha fazla okuma
