- асортимент
- Принцип дії мас-спектрометра
- Мас-спектрометри з секторних полем
- Квадрупольні мас-спектрометри (КМС)
- Примітки щодо застосування
Вакуумне обладнання провідних світових виробників
для наукового і промислового застосування
Головна » Pfeiffer Vacuum »Мас-спектрометри
асортимент
Компанія Pfeiffer Vacuum пропонує широкий асортимент мас-спектрометрів, що включає велику різноманітність високоефективних мас-спектрометрів для плазмового аналізу.
В системі виробництва газова складова може бути визначена за допомогою мас-спектрометра. В процесі виробництва важливо визначити як сам газ, так і його частку.
Компанія пропонує дві базові моделі мас-спектрометрів:
PrismaPlus ™ - компактний мас-спектрометр зі стрижневою системою розміром 6 мм і довжиною 100 мм
HiQuad ™ - мас-спектрометр високої роздільної здатності з діаметрами фільтра мас 8 мм і 16 мм і довжиною 300 мм.
Принцип дії мас-спектрометра
В даний час мас-спектрометрії є одним з найбільш поширених методів аналізу. Мас-спектрометр аналізує склад хімічних речовин за допомогою вимірювання парціального тиску.
Маса і заряд
- Сумарне тиск являє собою суму всіх парціальних тисків в даній газової суміші.
- Для того щоб визначити парціальний тиск даної газової складової, необхідно виміряти його окремо від суміші.
- Для цього потрібно попереднє розділення суміші.
- Це здійснюється з урахуванням співвідношення маси до заряду м / е.
З метою наукових досліджень і розробок, а також при виробництві продукції, використовуваної в повсякденному житті, застосовуються такі види аналізу:
- аналіз продукції хімічної промисловості;
- розробка лікарських препаратів;
- допінгові перевірки;
- контроль якості харчової продукції;
- контроль процесів виробництва напівпровідників;
- ізотопний аналіз.
У мас-спектрометр подають газоподібні або рідкі речовини, що випаровуються в умовах вакууму. Газ розріджують шляхом його часткового відкачування до досягнення низького тиску (діапазону молекулярного потоку) у вакуумній камері і іонізують за допомогою бомбардування електронами. Отримані таким чином іони надходять на фільтр мас і поділяються на основі їх співвідношення заряду до маси.
На малюнку зображена типова структура мас-спектрометра:
- аналізовані речовини подають у вакуумну камеру через систему напуску, наприклад, по капілярної трубці або дозуючому клапану, а потім
- частково відкачують до досягнення робочого тиску системи.
Власне аналізатор знаходиться в вакуумі і складається з наступних елементів:
- іонний джерело іонізує частинки нейтрального газу, які потім
- упорядковано в фільтрі мас на основі їх співвідношення маси до заряду м / е;
- іонний струм вимірюється за допомогою детектора Фарадея або вторинно електронного помножувача (ВЕУ) після виходу іонів з системи поділу; виміряний струм являє собою параметр парціального тиску молекул відповідного газу або параметр фракталів, які могли утворитися в іонному джерелі;
- система аналізу даних обробляє іонні струми, виміряні за допомогою детектора, і представляє дані струми в різних формах. В даний час комп'ютерні програми аналізу даних здатні допомагати користувачеві при інтерпретації мас-спектрів.
Мас-спектрометри представлені у величезній різноманітності наявних модифікацій. Головна їхня відмінність пов'язана з системами поділу. В даний час широко поширені такі чотири типи фільтрів мас:
- мас-спектрометри з секторних полем засновані на ефекті відхилення магнітного поля в бік рухаються носіїв заряду;
- часопролітної мас-спектрометри для поділу використовують різницю швидкостей молекул рівній енергії;
- в іонних пастках на траєкторію іонів впливає високочастотне поле;
- квадрупольні мас-спектрометри використовують резонанс іонів, що рухаються в високочастотному полі (по аналогії з іонними пастками)
Найбільш поширеними в сфері вакуумних технологій є мас-спектрометри з секторних полем і квадрупольні мас-спектрометри.
Мас-спектрометри з секторних полем
Завдяки своїй простоті і функціональності мас-спектрометри з секторних полем використовуються для гелієвих течошукачів, до роздільної здатності яких високі вимоги не пред'являються.
Молекули нейтрального газу іонізуються в іонному джерелі за допомогою бомбардування електронами. Утворені таким чином електрони прискорюються в напрямку секторного магнітного поля за допомогою напруги електричного струму. В області траєкторій іонів магнітне поле є однорідним і розташовується перпендикулярно площині зображення. Іони гелію масою 4 а.е.м. здатні проникати через отвір, щоб потрапити в детектор. Всі інші молекули, нездатні проникати через отвір, нейтралізуються заново. Іонний струм, який вимірюється для гелію, пропорційний парціальному тиску гелію.
Квадрупольні мас-спектрометри (КМС)
Квадрупольний фільтр мас
Система фільтрів квадрупольного мас-спектрометра складається з чотирьох паралельних стрижнів, розміщених у формі квадрата. Кожна пара стрижнів, протиставлені один одному, позначених на рисунку як (+) або (-), приєднана до іншої пари. Між двома парами стрижнів подається напруга.
Для ідеальних квадрупольних полів потрібні стрижні гіперболічного профілю. Однак на
практиці використовуються круглі стрижні, радіус яких в 1,144 разів перевищує радіус поля r0.
Між стрижнями утворюється електричне квадрупольному поле. Іони різної маси
вистрілюються в напрямку осі стрижневої системи з приблизно однаковою енергією і
рухаються через систему стрижнів з єдиної швидкістю. Накладається квадрупольному поле відхиляє іони в напрямку X і Y, змушуючи їх описувати гвинтові траєкторії через фільтр мас.
Квадрупольний фільтр мас являє собою динамічний фільтр мас для позитивних і негативних іонів. Масштаб мас є лінійним відносно амплітуди високої частоти.
Дозвіл по масам може бути вільно встановлено в електронному вигляді за допомогою співвідношення між напругою постійного струму U і напругою високої частоти V. Внаслідок їх невеликих розмірів і легкої ваги квадрупольні мас-спектрометри підходять для використання в якості класичних аналізаторів залишкових газів, а в якісному виконанні - в як датчики для аналізу газу.
система напуску
іонні джерела
детектори
Вакуумна система
Система аналізу даних
Примітки щодо застосування
Область аналізу за допомогою мас-спектрометра настільки ж різноманітна, наскільки і область застосування вакууму. Вищевказані системи напуску газу з підігріваються капілярними трубками
використовуються для газового аналізу в діапазоні тисків до 1 бар. Газові потоки направляються безпосередньо на газонепроникні іонні джерела з метою зменшення фонового шуму вакуумного обладнання. Газові пучки проходять крізь поперечні іонні джерела, при цьому пучок потрапляє безпосередньо в вакуумний насос або конденсується в охолоджуючої пастці.
В діапазоні тиску менше 10 мбар (травлення, напилення або інші процеси нанесення покриттів) газ подається на мас-спектрометр через отвір або клапан. Для зниження тиску до системи вимірювання приєднується турбонасос. Існує кілька спеціальних видів насосів для корозійних газів. Відкриті іонні джерела використовуються на гранично низькому тиску, особливо в діапазоні надвисокого вакууму. Внаслідок низької щільності газу в якості детекторів використовуються повторно-електронні помножувачі (ВЕУ), що розташовуються перпендикулярно осі квадруполя. Для поліпшення співвідношення сигналу до шуму протилежно ВЕУ приєднується турбонасос, відкачує входять нейтральні частинки.
Вдруге-іонна мас-спектрометрія (ВИМС) являє собою окремий випадок для розгляду. В цьому випадку іони потрапляють на поверхні, що створюють позитивно або негативно заряджені
вторинні іони, які фіксуються безпосередньо за допомогою КМС без іонного джерела. У цьому випадку також використовується описана в попередньому розділі схема вимірювання.
Створення сайту - WPF
