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如何在質譜分析中轉換壓力

透過以下方式分享：

計量閥的用途為何？

調整典型質譜儀以適應超過 1 · 10-4 mbar 之壓力的最簡單方法是使用計量閥。但固有缺點是由於未明確定義流量特性，可能會與原始氣體成分產生偏差。

壓力轉換器如何運作？

為了在超過 1 · 10^-4 mbar 的總壓力下檢查氣體混合物，需要使用不會分離氣體的壓力轉換器。圖 4.7 用來協助說明此類壓力轉換器的運作方式：

a. 製程壓力 < 1 mbar：單級段壓力轉換器。在分子流量中，允許氣體離開真空容器，經過具有氣導值 L₂ 的隔膜，進入「傳感器腔體」(具有其自己的高真空系統)。分子流量會導致分離，但這與壓力位準無關。使用分子流量的第二個隔膜位於傳感器腔體與渦輪分子幫浦之間，將對在 L₂ 發生的分離進行補償。

b. 製程壓力 > 1 mbar：雙級段壓力轉換器。使用小 (迴轉葉片) 幫浦，會透過毛細管或隔膜 (氣導值 L₃)，從粗真空區域分出層流氣體。在進入幫浦之前，在約 1 mbar 的壓力下，再次允許此流量的一小部分透過具有氣導值 L₂ 的隔膜進入傳感器腔體，再次成為分子流量。

圖 4.7 壓力轉換器的原理 (級段 B 僅位於單級段版本中，而級段 A 與 B 位於雙級段裝置中)

加熱壓力轉換器與毛細管可避免因吸附與凝結導致的氣體成分竄改。
若要評估測量單位本身對氣體成分的影響，需要下列相關資訊：加熱溫度，金屬、玻璃與陶瓷元件的材料與表面區域，以及陰極的材料與尺寸相關規格 (最終也與離子源電子衝擊能量相關)。

封閉式離子源 (CIS)

為了控制或完全避免可能由傳感器腔體或陰極造成的影響 (例如透過加熱陰極干擾 CO-CO₂ 平衡)，將在許多情況下使用封閉式離子源 (CIS)。

CIS 分為兩部分：發射電子的陰極腔體，與發生氣體粒子衝擊離子化的衝擊腔體。兩個腔體會以不同方式抽氣：陰極腔體中的壓力會達到約 10^-5 mbar，衝擊室中的壓力會達到約 10^-3 mbar。透過使用金屬密封、可耐受烘乾的閥 (壓力轉換器、超高真空技術)，可讓來自真空腔體的氣體進入衝擊腔體。高產率離子化會在約 10^-3 mbar 下發生。發生衝擊的電子會在約 10^-5 mbar 下於陰極腔體發射，並通過小開口進入衝擊腔體。關於開放式離子源的訊噪比 (殘氣) 會以 10⁺³ 或以上的係數整體提高。圖 4.8 顯示在濺鍍技術的典型應用中，開放式與封閉式離子源配置之間的基本差異。若與開放式離子源相比，在幾何與電子能量 (開放式離子源 102 eV，CIS 75 或 35 eV) 方面修改 CIS 設計，在選擇較低電子能階的情況下，可能會發現不同的碎片分配模式。例如，在電子能量低於 43.5 eV 時，無法偵測質量為 18 的氬 36⁺⁺ 同位素，因此無法在使用氬氣作為工作氣體的濺鍍製程中竄改對質量為 18 之 H₂O⁺ 的偵測 – 這些製程在工業中極為重要。

圖 4.8 開放式離子源 (左側) 與封閉式離子源 (右側)

侵蝕性氣體監測器 (AGM) 運作原理

在許多情況下，要檢查的製程氣體太有侵蝕性，因此只能短時間使用陰極。AGM 會使用層流的特性，如此一來，便沒有任何種類的「逆流」。在使用單獨的 AGM 閥控制下，送入製程的部分工作氣體會作為「清除氣體」，在壓力轉換器之前，引入到 TRANSPECTOR；這會設定流入真空腔體。因此，製程氣體只能在 AGM 閥關閉的情況下到達 TRANSPECTOR。當閥開啟時，TRANSPECTOR 只會看到純工作氣體。圖 4.9 顯示 AGM 原理。