Gas analysis and mas spectrometers banner

Ion hóa là gì và áp suất riêng phần được đo như thế nào?

Ion hóa và các vấn đề cơ bản trong phân tích khí

Sự thay đổi liên tục trong điện áp được áp dụng cho các điện cực trong hệ thống tách ("quét") tạo ra một mối quan hệ giữa dòng ion I+ và "số nguyên tử" tỷ lệ với tỷ lệ m/e và được biểu thị như sau: 

gas-analysis-and-mass-spectrometers

(4,2)

 (Mr = khối lượng mol tương đối, ne = số lượng điện tích nguyên tố e)

Đây được gọi là phổ khối lượng, i+ = i + (M). Do đó, phổ hiển thị các đỉnh i+ dưới dạng tỉ lệ, được vẽ so với số nguyên tử M dọc theo chiều xích. Một trong những khó khăn trong việc giải thích phổ khối lượng như vậy là do thực tế là một khối lượng giống nhau theo phương trình (4,2) có thể liên quan đến các ion khác nhau. Ví dụ điển hình, trong số nhiều ví dụ khác, là: Số nguyên tử M = 16 tương ứng với CH4 + và O2 ++; M = 28 cho CO +, N2 + và C2 H +! Do đó, cần đặc biệt chú ý đến các điểm sau đây khi đánh giá quang phổ: 

1) Trong trường hợp các đồng vị, chúng ta đang đối phó với các số lượng positron khác nhau trong hạt nhân (khối lượng) của ion ở các số điện tích hạt nhân giống nhau (loại khí). Một số giá trị cho tần số đồng vị tương đối được biên soạn trong Bảng 4,2.  

Bảng 4,2 Tần số tương đối của các đồng vị

2) Tùy thuộc vào năng lượng của các electron tác động (bằng chênh lệch điện thế, catôt - anốt), các ion có thể được ion hóa một lần hoặc nhiều lần. Ví dụ, người ta tìm thấy Ar + ở khối lượng 40, Ar ++ ở khối lượng 20 và Ar +++ ở khối lượng 13,3. Tuy nhiên, ở khối lượng 20, người ta cũng sẽ tìm thấy neon, Ne +. Có các mức năng lượng ngưỡng cho các electron tác động cho tất cả các trạng thái ion hóa cho mọi loại khí, tức là, mỗi loại ion chỉ có thể được hình thành trên ngưỡng năng lượng liên quan. Điều này được minh họa cho Ar trong Hình 4,13.

gas-analysis-and-mass-spectrometers

Hình 4,13 Số lượng các ion Ar khác nhau được tạo ra, như một yếu tố của mức năng lượng điện tử

3) Ion hóa cụ thể của các loại khí khác nhau S gas, đây là số lượng ion được hình thành, mỗi cm và mbar, do va chạm với các electron; điều này sẽ khác nhau giữa các loại khí khác nhau. Đối với hầu hết các khí, năng suất ion lớn nhất ở mức năng lượng điện tử từ khoảng 80 đến 110 eV; xem Hình 4,14. 
Trong thực tế, các tỷ lệ ion hóa khác nhau cho từng khí sẽ được tính đến bằng cách chuẩn hóa với nitơ; xác suất ion hóa tương đối (RIP) liên quan đến nitơ sẽ được chỉ ra (Bảng 4,3). 

gas-analysis-and-mass-spectrometers

Hình 4,14 Ion hóa đặc hiệu S cho các loại khí khác nhau bằng các electron thể hiện mức năng lượng E

Bảng 4,3 Xác suất ion hóa tương đối (RIP) đối với nitơ, năng lượng điện tử 102 eV

4) Cuối cùng, các phân tử khí thường bị phân hủy thành các mảnh bằng cách ion hóa.  Các mẫu phân phối mảnh do đó được tạo ra là những gì được gọi là phổ đặc trưng (vân tay, mẫu nứt). Quan trọng: Trong các bảng, các mảnh riêng lẻ được chỉ định được chuẩn hóa theo đỉnh tối đa (theo % hoặc ‰ của đỉnh cao nhất) hoặc theo tổng số tất cả các đỉnh (xem ví dụ trong Bảng 4,4). 

Bảng 4,4 Phân bố mảnh cho một số khí nhất định ở 75 eV và 102 eV

Cả bản chất của các mảnh được tạo ra và khả năng ion hóa nhiều lần sẽ phụ thuộc vào hình học (số lượng ion khác nhau, tùy thuộc vào chiều dài của đường ion hóa) và năng lượng của các electron tác động (năng lượng ngưỡng cho một số loại ion nhất định). Các giá trị bảng luôn được tham chiếu đến một nguồn ion nhất định với mức năng lượng điện tử nhất định. Đó là lý do tại sao rất khó để so sánh kết quả thu được bằng cách sử dụng các thiết bị của các nhà sản xuất khác nhau. 

Thông thường áp suất một phần có thể xảy ra đối với một trong các khối liên quan sẽ được ước tính thông qua phân tích quan trọng của phổ. Do đó, sự hiện diện của không khí trong bình chân không (có thể chỉ ra rò rỉ) được biểu hiện bằng cách phát hiện một lượng O2 + (với khối lượng 32) khoảng một phần tư tỷ lệ N2 + với khối lượng 28. Mặt khác, nếu không phát hiện thấy oxy trong phổ, thì đỉnh ở số nguyên tử 28 sẽ chỉ ra cacbon monoxit. Trong phạm vi đỉnh tại số nguyên tử 28 phản ánh mảnh CO + của CO2 (số nguyên tử 44), tỷ lệ này là 11 % của giá trị đo được cho số nguyên tử 44 (Bảng 4,5). Mặt khác, trong tất cả các trường hợp có nitơ, số nguyên tử 14 (N2 ++ ) sẽ luôn xuất hiện trong quang phổ ngoài số nguyên tử 28 (N2 + ); trong trường hợp cacbon monoxit, mặt khác, sẽ luôn xuất hiện - ngoài CO + - khối lượng mảnh 12 (C + ) và 16 (O2 ++ )).  
Hình 4,15 sử dụng một ví dụ đơn giản về "phổ mẫu" với các lớp phủ của hyđro, nitơ, oxy, hơi nước, cacbon monoxit, cacbon dioxit, neon và argon để minh họa những khó khăn liên quan đến việc đánh giá phổ.  

Bảng 4,5 Thư viện quang phổ của 6 đỉnh cao nhất cho TRANSPECTOR

Hình 4,15 Phổ mô hình.

Vấn đề đánh giá: Đỉnh tại số nguyên tử 16 có thể, ví dụ, là do các mảnh oxy phát sinh từ O2, H2, O, CO2 và CO; đỉnh tại số nguyên tử 28 từ sự đóng góp của N2 cũng như của CO và CO dưới dạng mảnh CO2; đỉnh tại số nguyên tử 20 có thể phát sinh từ Ne ion hóa đơn và Ar ion hóa kép.

Đo áp suất một phần

Số lượng ion i + khí được tạo ra từ khí trong nguồn ion tỷ lệ thuận với dòng phát xạ i -, với khí ion hóa S cụ thể, với hệ số hình học f đại diện cho đường ion hóa bên trong nguồn ion hóa, với xác suất ion hóa tương đối của khí RIP, và với khíáp suất riêng phần p. Theo định nghĩa, số lượng ion được tạo ra này bằng độ nhạy khí E nhân với áp suất riêng phần pgas:

gas-analysis-and-mass-spectrometers

Hầu như tất cả các khí đều tạo thành các mảnh vỡ trong quá trình ion hóa. Để đạt được đánh giá định lượng, phải thêm các dòng ion tại các đỉnh thích hợp hoặc đo (với hệ số mảnh vỡ đã biết [FF]) một đỉnh và tính toán tổng dòng ion trên cơ sở đó: 

gas-analysis-and-mass-spectrometers

Để duy trì số lượng ion đến bẫy ion, cần phải nhân số trên với hệ số truyền TF(m), sẽ phụ thuộc vào khối lượng, để tính đến độ thẩm thấu của hệ thống phân tách đối với số nguyên tử m (tương tự như vậy, có hệ số phát hiện cho SEMP; tuy nhiên, nó thường đã được chứa trong TF). Hệ số truyền (cũng là: truyền quang ion) do đó là tỷ lệ của các ion được đo và các ion được sản xuất.  

Vì vậy, 

gas-analysis-and-mass-spectrometers

(4,3)

Áp suất riêng phần được tính từ dòng ion đo được cho một mảnh nhất định bằng cách nhân với hai yếu tố. Yếu tố đầu tiên sẽ chỉ phụ thuộc vào độ nhạy nitơ của máy dò và do đó là một hằng số cho thiết bị. Phần thứ hai sẽ chỉ phụ thuộc vào các đặc tính ion cụ thể. 
Những yếu tố này sẽ phải được nhập riêng cho các thiết bị có chỉ báo áp suất riêng phần trực tiếp (ít nhất là đối với các loại ion ít phổ biến hơn).

Download Software

Kiến thức cơ bản về công nghệ chân không 

Tải eBook "Nguyên tắc cơ bản của công nghệ chân không" của chúng tôi để khám phá những điều cần thiết và quy trình của bơm chân không. 

Tài liệu tham khảo

Biểu tượng chân không

Biểu tượng chân không

Bảng thuật ngữ các biểu tượng thường được sử dụng trong các sơ đồ công nghệ chân không để thể hiện trực quan các loại bơm và các bộ phận trong hệ thống bơm

Đọc thêm tại đây

Bảng thuật ngữ

Bảng thuật ngữ

Tổng quan về các đơn vị đo được sử dụng trong công nghệ chân không và các biểu tượng đại diện cho gì, cũng như các đơn vị tương đương hiện đại của các đơn vị lịch sử

Đọc thêm tại đây

Tài liệu tham khảo

Tài liệu tham khảo

Tham khảo, nguồn và đọc thêm liên quan đến kiến thức cơ bản về công nghệ chân không

Đọc thêm tại đây

Biểu tượng chân không

Bảng thuật ngữ các biểu tượng thường được sử dụng trong các sơ đồ công nghệ chân không để thể hiện trực quan các loại bơm và các bộ phận trong hệ thống bơm

Đọc thêm tại đây

Bảng thuật ngữ

Tổng quan về các đơn vị đo được sử dụng trong công nghệ chân không và các biểu tượng đại diện cho gì, cũng như các đơn vị tương đương hiện đại của các đơn vị lịch sử

Đọc thêm tại đây

Tài liệu tham khảo

Tham khảo, nguồn và đọc thêm liên quan đến kiến thức cơ bản về công nghệ chân không

Đọc thêm tại đây

Production / People Image Pictures

Hãy cùng trao đổi

Chúng tôi tập trung vào sự gần gũi với khách hàng. Hãy liên hệ với chúng tôi nếu bạn có bất kỳ thắc mắc nào.

Liên hệ với chúng tôi

Loading...