Розанов Л.Н. Вакуумная техника 1990 (1065500), страница 31
Текст из файла (страница 31)
Массовое число ионов, соответствующих у„„и имеющих устойчивую траекторию, связано с параметрами поля следующим соотношением: 1,39 ! 0-зУ а уаг, 3 а где 7' — частота, мГц; У вЂ” амплитуда высокочастотного напряжения, В; га — радиус поля, м. Развертка масс-спектра осуществляется изменением амплитуды переменного напряжения на электродах. Ускоряющее напряжение в источнике ионов, обеспечивающее начальную скорость ионов по осн г, не должно превышать следующего значения: (уд — — 4,2-10зЕзузМ,рм~; (7.9) здесь Š— длина анализатора, м.
При превышении ускоряющим напряжением данного значения ионы, движущиеся по неустойчивым траекториям, не будут усцевать уходить на электроды анализатора. Из (7.9) видно, что разрешающая способность прямо пропорциональна массовому числу. Разновидностью электрического фильтра масс является моно- !66 полярный анализатор (рис. 7.7, б), использующий один квадрант квадруполя. Такой анализатор состоит из цилиндрического электрода с отрицательным напряжением и уголкового заземленного электрода, рабочая поверхность которого расположена по нулевым эквипотенциальным линиям квадруполя, показанным пунктиром на рис. 7.7, а.
Через монополярный анализатор проходят только ионы, входящие в анализатор во время отрицательной полуволны высокочастотного напряжения. Во время положительной полуволны ионы попадают на уголковый электрод и нейтрализуются. Современные квадрупольные и монополярные газоанализаторы (см. табл. П.12) работают в диапазоне массовых чисел от 1 до 500, разрешающая способность на уровне 10~1а от высоты пика рм)500, коэффициент чувствительности 10-' А/Па, максимальное и минимальное рабочие давления 10-' и 10 " Па соответственно.
5 7,7. Градуировка ноннзационных газоанализаторов В связи с различной эффективностью ионизации, возможным фракционироваиием компонентов смеси прн напуске, появлением молекулярных осколков, многократной ионизацией, наличием ложных пиков, свойственных отдельным приборам, интенсивности ли. ний в спектре могут не соответствовать парцнальным давлениям газов в смеси. При проведении количественного анализа приборы предварительно калибруют по каждому компоненту смеси. Пробу 1-газа вводят в стандартный объем, из которого она поступает в источник ионов, Давление в стандартном объеме измеряют обычным манометрическим преобразователем.
Выбирают главную линию спектра этого компонента и по ней определяют чувствительность прибора. После этого находят отношение интенсивностей всех линий спектра данного газа к интенсивности главной линии (111, где 1=М,— массовое число. Результаты такого исследования для оме. гатрона даны в табл. 7.2, Имея спектры чистых газов, можно по интенсивностям масс- спектра смеси определить состав и парциальные давления ее компонентов.
Считая, что масс-спектр смеси образуется аддитивным наложением масс-спектров отдельных компонентов, можно составить систему линейных уравнений: л л 7,='» 7„='»" К,д; (7.10) 1-1 1 1 здесь !! — интенсивность линии масс-спектра газовой смеси, соответствующая массовому числу 1; 1!1 — интенсивность линии масс- спектра 1-газа, соответствующая массовому числу 1; ра — парциальное давление 1-компонента смеси; л — число компонентов в смеси; К! — коэффициент чувствительности по 1-газу для 1-массового 167 числа: В о о о о о о о К, '» йдс,рп (7.13) о о о о о о о о о о о о о о о" о„ о о о о о о о о о о" о о" о о о о о о о о о о О Ж О О О О й! к з о м м к х 3 й.
х В м х з м й Ф х Ф м О К„=йдк, (7.11) (К1 — коэффициент чувствительности по главной линии спектра; 1 — порядковый номер компонента смеси), В расчетах используют относительные р яс, 7,9, Схема пониже- коэффициенты чувствительности (см. няя давления табл.?.1) по главным линиям: С,=К,/К„ (7.12) где Ка — коэффициент чувствительности по главной линии для опорного газа (обычно азот или аргон); величины С; зависят только от типа газоанализатора, а К, определяют индивидуально для каждого прибора. Подставляя (7.11) и (7.12) в (7.10), получим Система уравнений (7.13) не имеет решения, если /<1; имеет одно решение при 1=1 и несколько при /)й Решением в последнем случае, который обычно встречается на практике, считаются значения парциальных давлений рм для которых квадраты невязок уравнений (7.13) имеют минимальное значение.
Для проведения газового анализа ионизационными приборами в диапазоне давлений 10' ...10-' Па используют схему понижения давления (рис. 7.9). Из баллона /, заполненного исследуемой смесью газов, через капилляр (/, смесь газов поступает в камеру 2, откуда откачивается насосом 8 через трубопровод Уь К каме.
ре 2 подключается газоанализатор, в который попадает смесь газов прн давлении рь отличном от давления рь Если р~>>ря и проводимость трубопровода Уя значительно меньше быстроты откачки насоса для всех газов, составляющих анализируемую смесь, то из условия равенства потоков, входящих и выходящих из камеры 2, ИР~ — — (/ярь откуда р,=р,(/Л/ь Это соотношение не учитывает влияния адсорбционных процессов после напуска газа в камеру 2 н откачивающего действия анализатора на измеряемое давление.
Отношение проводимостей У,/Уь а следовательно, и степень снижениЯ давлениЯ Р~/Ря могУт достигать значений 10'...10Я. ПРи молекулярном режиме течения газа в трубопроводах отношение (Ч(/2 не зависит от давления и молекулярной массы газа, т. е. парциальное давление каждого компонента смеси в камере 2 пропорционально ее парциальному давлению в камере 1. При этом процентный состав смеси в камере анализатора сохранится таким же, как и в исследуемом объеме, 169 $7.8. Термодесорбционный масс-спектрометр Анализ остаточных газов, присутствующих в вакуумных камерах, основанный на различиях в их теплотах адсорбции, называется термодесорбционной масс-спектр о метр ней, Для проведения анализа в камеру с исследуемым газом, имеющую обычный манометрический преобразователь, необходимо поместить прогреваемую прямым пропусканием электрического тока вольфрамовую нить, которая перед началом работы обезгаживается прогревом до 2500 К.
После охлаждения на поверхности нити адсорбируются молекулы остаточных газов. Степень покрытия поверхности молекулами остаточных газов, согласно (2.38), при 8о=0 можно рассчитать по формуле 8,= 'Р' (1 — е ! ), (7.14) 1 + бсР! где р, — парциальное давление 1-газа; 1, — время установления адсорбционного равновесия; Ь,=; А,= — + Лт~, 1 7~Р~ а„! Я2пт,МТ ' т! ам! Т'2ллЫМТ т,=таЕ «1/ О <Лг! среднее время нахождения молекулы в адсорбированном состоянии; Ям — теплота адсорбции (-газа. Время 1, выбирают достаточным для того, чтобы экспонентой в выражении (7.14) можно было пренебречь.
Минимально необходимое время определяют экспериментально. При увеличении 1, выходной сигнал сначала линейно возрастает, а затем при 1,>4,6/А, принимает постоянное значение. В этом случае формулу (7.14) можно упростить: 8,=Ь,р,/(1+Ь,р,). При нагревании нити происходит десорбция поглощенных газов. При этом в камере, внутри которой находятся нить и манометрический преобразователь, давление повысится на величину бр, = а,6,А/тТ/)l, (7.15) где А — поверхность нити; а,— число молекул, необходимых для образования мономолекулярного слоя 1-газа; и' — объем камеры. Повышение давления Ар, для газов с различной теплотой адсорбции происходит при различных температурах нити, что и используется для определения состава и количества остаточных газов. Если адсорбирующую поверхность предварительно охладить до температуры жидкого азота, то можно провести анализ газов, имеющих малое значение теплоты адсорбции.
На рис. 7.10 представлен пример масс-спектра, полученного термодесорбционным масс-спектрометром, Там же показано изменение температуры 170 нити Т. Существенное отличие ЭТОГО Маее-СПЕКтра От ПОЛУЧаЕ- ~Р'а~к«а мых на ионизационных газоана- Сг Си Сйт лизаторах состоит в том, что пи- т 08 7а ки располагаются не в последозаа вательности возрастания массо- га вых чисел, а в порядке увеличения теплот адсорбцин, Этим при- г 7 О абба а бором хорошо разрешаются пики газов 1ча и СО, имеющих одинаковое массовое число.
При расшифровке масс-спектров смеси газов следует учитывать наличие на поверхности адсорбционных центров с различной теплотой десорбции. При этом каждый газ может иметь несколько термосорбционных пиков Для повышения чувствительности прибора следует увеличивать адсорбирующую поверхность, например путем нанесения активных адсорбентов или травления. т,и чаа 2аа Р и с 7 10 Масс. спектр, получаемый методом термодесорбпионной масс- спектрометрии 3 7.9.
Оже-спектрометр Если на атом воздействует излучение, энергия которого достаточна для ионизации одной нз его внутренних электронных оболочек, то образовавшееся при этом вакантное место может быть заполнено электроном с меньшей энергией связи из другой оболочки. Энергия, освобождающаяся при указанном переходе, может превысить энергию связи электрона в одной из внешних оболочек атома, что сопровождается эмиссией электрона. Так, если обра. зовавшаяся в результате внешнего воздействия вакансия на К-уровне заполняется электронами с М-уровнями, а выделяющая.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
