清華大學(xué)的質(zhì)譜計(jì)校準(zhǔn)系統(tǒng)

2013-05-24 任國(guó)華 蘭州空間技術(shù)物理研究所

  在我國(guó)質(zhì)譜計(jì)校準(zhǔn)技術(shù)研究工作開(kāi)展的比較晚,也取得了一定的進(jìn)展。清華大學(xué)在1993 年建立了一臺(tái)分壓力質(zhì)譜計(jì)校準(zhǔn)與應(yīng)用研究系統(tǒng),并且對(duì)質(zhì)譜計(jì)的各種參數(shù)開(kāi)展了相關(guān)研究,如圖7 所示。

清華大學(xué)質(zhì)譜計(jì)校準(zhǔn)系統(tǒng)原理圖

圖7 清華大學(xué)質(zhì)譜計(jì)校準(zhǔn)系統(tǒng)原理圖

  VC1-主真空室,VC2-進(jìn)樣室,VC3-四通小體積( CF-35) ,VC4 - 四通小體積,TP - 分子泵,DP - 擴(kuò)散泵, IP - 濺射離子泵,MP1,MP2 - 機(jī)械泵,F(xiàn)8 - CF-35法蘭,V1 - ZHF 閘板閥,V6、V12 - 電磁閥,V9 - 寶石微調(diào)閥,V10 - 伺服閥,V13、V14、V15、V16 - 全金屬四通閥,V2、V3、V4、V5、V6、V7、V8、V11、V17 - 全金屬超高真空閥,m - 減壓表,b1 - 氣瓶( 氣體源) Q - 四級(jí)質(zhì)譜計(jì),G3、G6、G7 - B - A 規(guī),G8、G9 - 高壓強(qiáng)電離計(jì),G4 - 薄膜規(guī),C1 - 限流孔,CB - 冷障板

  此系統(tǒng)采用連接在進(jìn)樣室上的電容薄膜規(guī)、B - A 規(guī)與連接在真空室上的四極質(zhì)譜計(jì)進(jìn)行直接比對(duì)的方法對(duì)質(zhì)譜計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)。左側(cè)為進(jìn)樣系統(tǒng),校準(zhǔn)所需氣體的氣瓶位于b 處,通過(guò)減壓閥將氣體送入VC4小體積內(nèi),再經(jīng)過(guò)伺服閥V10控制流量將氣體送入VC2進(jìn)樣室。用薄膜規(guī)( 美國(guó)MKS 公司生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)Baratron)G4監(jiān)測(cè)VC2內(nèi)氣體壓力,使之保持在133 Pa 左右。調(diào)節(jié)寶石針閥V9,使進(jìn)樣系統(tǒng)處于分子流進(jìn)樣,向主真空室VC1中進(jìn)樣,保證了進(jìn)樣過(guò)程中氣體成分不變。

  只要確保進(jìn)樣室和真空室中氣體成分一致,通過(guò)電容薄膜規(guī)的讀數(shù)確定校準(zhǔn)時(shí)真空室中各種氣體的壓力,也可以利用B - A 規(guī)對(duì)不同種類(lèi)的純氣體進(jìn)行修正來(lái)確定校準(zhǔn)室的壓力,然后和被校四極質(zhì)譜計(jì)進(jìn)行比對(duì)校準(zhǔn)。該系統(tǒng)的本底真空度為2 × 10 -6 Pa,使用N2進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí),校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度為1. 0%,在低于3 × 10 -3 Pa 時(shí)有良好的線性。

  由于電容薄膜規(guī)和B - A 規(guī)只能測(cè)出氣體的總壓力,無(wú)法確定混合氣體中各種氣體成分的分壓力,因此此系統(tǒng)只能使用單一氣體對(duì)四極質(zhì)譜計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)。但是在實(shí)際應(yīng)用中往往需要測(cè)量混合氣體中各種氣體成分的分壓力,采用單一氣體校準(zhǔn)過(guò)的靈敏度定量分析混合氣體成分時(shí),有可能會(huì)產(chǎn)生偏差。