差分抽气系统的设计依据和真空系统配置

差分抽气系统的设计依据和真空系统配置

分子束质谱差分抽气系统设计的主导思想主要有两方面:

        (1) 尽可能减少取样过程中气体分子所遭遇的附加碰撞。

        (2) zui大限度地缩短从采样孔到四极质谱间的距离,以提高对痕量物种的分析灵敏度。如上节所述,被分析气体经采样孔、分流器及准直孔进入四极质谱计。把采样孔与分流器之间的真空部分称为1 区(相当于束源室) ,将分流器与准直孔之间的区域称为2 区(相当于准直室) ,准直孔后四极质谱分析器和探测器所在的真空部分称为3 区(相当于检测室) 。为了尽可能减少取样孔处气体分子间的碰撞,采样微孔应做成喇叭形,在取样孔处的孔板厚度应尽可能小( ≤100μm) 。采样微孔的直径通常在50～500μm 之间,取决于气体反应室的压力及1 区真空泵的抽速。采样孔与分流器之间的间距应作适当选择,过近则引起涡流而在1 区造成附加碰撞,过远则会降低分子束强度而导致分析灵敏度降低。

          在本设计中取分流器孔径为1mm, 采样微孔至分流器间距离为20mm 。以N2 为例,若室温下分子热运动平均自由程须大于20mm, 则气体压力应小于3 ×10-1Pa, 取此值作为1 区的工作压力。为了提高整套装置对微量组分的检测灵敏度,必须使3 区(检测室) 有尽可能低的极限工作压力, 但同时又要兼顾取样路径不至因选用大抽速真空泵( 大尺寸) 而过长。涡轮分子泵具有抽速大、体积小、极限真空度高等优点,故成为分子束质谱装置的泵型。

         综合考虑检测真空度要求、泵抽速、口径等因素后的三级差分抽气系统有关真空设计参数如表1 所示。其他参数条件:气体反应室压力为13300Pa; 采样微孔直径为0.3mm; 采样微孔至分流器间距为20mm; 分流器孔直径为110mm; 采样微孔至四极质谱引入孔间距为300mm 。

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