最近的滤质器及其应用I.工作原理和作为质谱计的各种特性

1.前言 1953年西德波恩大学的保尔(Paul)教授～[1]发表了四极滤质器,其后根据他们的研究开辟了实际应用～[2]的道路。1960年开始商品化以来,得到迅速的发展,现在占据了残余气体分析市场的大部分,又由于这个滤质器所具有的独特的性质以及装置不断在改进,其应用范围一直不断在扩大。 因为滤质器在动态质谱计中也是相当复杂的仪器,理解其工作原理是非常不易的,此外关于和磁偏转质谱计的优缺点的比较,也没有看见在以前的报告里有充分讨论。鉴于这样的现状,本报告包含了近年来的发展,为了现在使用滤质器的人或有兴趣的人,试着把滤质器从原理到应…     

四极滤质器的应用

专题介绍 本文简述四极滤质器的工作原理和特点并介绍不同性能的四极滤质器的应用范围。 一、四极滤质器的原 理和特点 四极滤质器是根据不同质荷比的离子在特定的直流-高频双曲面电场中,运动轨迹的稳定与否来实现质量分离的。其性能指标在动态质谱计中是最好的,也是目前应用最广、最有发展前途的质谱仪器。 四极滤质器的原理示如图1,四根平行。对称放置的双曲面电极成对连接,加以直流-高频叠加电压:式中U-直流电压; V-交流电压幅值; ω-高频电压角频率。在不考虑边缘场的条件下,分析场内的电位分布为;式中 r0-双曲场内切圆半径(简称场半径…     

第六讲：真空测量

第六讲：真空测量刘玉岱（东北大学）三、分压力测量２．四极滤质器（上接１９９７第３期）四极滤质器又称四极质谱计。四极滤质器的质量分离原理是基于不同质荷比的离子在高频和直流四极场中，运动轨迹稳定与否来实现的。它是近代残余气体分析器中最为流行的无磁滤质器，...     

一组四极质谱计的高压力特性

着重给出了一组四极质谱计在高压力范围的工作特性。选用了四种不同长度的圆杆四级滤质器进行研究。所选圆杆四级滤质器的场半径均为2.744mm,场长度分别为30mm、50mm、80mm、140mm。所有四极质谱计都采用尼尔型离子源,离子检测器采用法拉第筒,并且在相同的条件下进行研究。实验结果表明:仪器的线性与滤质器的几何长度、工作频率以及离子进入滤质器的轴向能量有关。分析实验结果认为:滤质器中的离子与离子或分子的碰撞损失效应是决定四极滤质器线性的主要因素。同时还研究了离子进入滤质器时的能量分散对仪器分辨本领的影响,给出了高压力四极质谱计设计的一条有效途径。     

SZn-1型四极质谱计

四极质谱计又称四极滤质器,它的质量分离方法是基于不同质荷比的离子运动轨迹的稳定性不同,因此属于轨迹稳定式动态质谱计。 由于四极质谱计采用纯电场的分析机理,不需要磁场,因此没有磁铁。它具有体积小、重量轻和性能好的优点,自1953年问世以来,成为世界上发展最快、使用最广的一种小型动态质谱计。在国内,南京工学院曾在59至62年期间,对它进行了研制工作,制成了真空系统残余气体分压强测量的实验设备和检漏仪。北京分析仪器厂在64年制成了ZhL—01四极质谱计产品。 为了满足我国科学技术发展的需要,目前国内正在从事四极质谱计,包括它的…     

四极质谱计非线性区的测量方法

通过离子在四极滤质器中与周围离子或分子碰撞现象的分析研究,对离子与离子或分子的碰撞损失模型进行了修正。导出了四极质谱计测量分压力的普遍关系式。利用这一关系式,可以解决四极质谱计在较高压力非线性医的测量问题。     

QMS101四极质谱计物理部分研制及适用性分析

针对四极质谱计国产化需求,研制QMS101型四极质谱计。该质谱计物理部分为90°离轴结构,采用轴向敞开式EI型离子源,四极杆长度203.2 mm,场半径4.157 mm,配备了法拉第板和微通道板型电子倍增器(MCP)两种检测器,其中电子倍增器90°离轴安装。QMS101四极质谱计质量检测范围1～1 040 amu,偏转电极工作下法拉第板和MCP均检测正常。四极滤质器出口到MCP表面的离子运动轨迹模拟和MCP增益衰减实验表明,MCP应用于四极质谱计应对离子聚焦和收集面积进行匹配。QMS101物理部分可作为一种通用型四极质谱计分析器,配备不同射频电源可覆盖大多数四极质谱计应用需求。     

新型玻璃四极滤质器管

本文叙述了一种新型的玻璃外壳四极滤质器管。它采用了分离规式离子源及最佳过渡场设计。整管具有四根备用灯丝。四极杆直径8毫米,长100毫米,用单一陶瓷环固定,结构巧妙,简单,价格低廉。经正式鉴定,性能良好,灵敏度(对氮28)为1×10~(-4)安/托,分辨率(按5％峰高定义,对Kr 84)为140,整管可耐300℃烘烤。它完全可满足一般玻璃真空系统中残余气体分析的需要。特别是管子内部的结构清晰可见,一目了然,更适用于教学演示和实验。本四极滤质器管可直接与定型生产的ZLS-150电源或廉价的ZLS-100电源联用。     

锁相放大器应用在四极滤质器上的探讨

四极滤质器是通过静电计直接将离子流放大,然后转变成电压。它不但能检测出大于5×10~(-15)A的离子流,而且能根据离子流的多少,判断容器中某种气体成份的大小。这是目前四极滤质器的优点所在。但当某种气体的成份很少,以至它产生的离子流小于5×10~(-15)A时,就受到该仪器性能的限制。当然可使用讯号倍增管来放大离子流,但     

提高四极质谱计性能的研究

四极质谱计以其优异的性能,在科学研究,工业生产中已得到广泛应用,特别是作为残余气体分析仪,使用的场合更加普遍。近年来,国内已生产数种规格的仪器,但与国外商品相比仍有一定的差距。如何进一步稳定提高四极质谱计的性能,使其更具有实用价值。是我们研究探讨的目的。1977年我们与南京工学院、国营772厂共同试制的SZh-01型四极质谱计具有高灵敏度的特点 (法拉第筒收集, 4 ×10-4安/托)。达到当时国外分压强计商品的较好水平。后来我们又考虑实用的要求作了某些改进,研制SZh-02型四极质谱计,主要性能指标:分辨能力M/△P≤2M,灵敏度 1× 1…     

装有贝塞尔盒型能量分析仪的电离规和四极质谱计的研制

贝塞尔盒型能量分析仪由三部分组成 :一个圆筒形电极、一个中心圆盘和两个带中心孔的侧板 ,该分析仪结构简单、结实 ,十分适用于电离规和四极质谱计上。对电离规而言 ,分析仪被放置于电离器及离子收集器之间。在栅型电离器中所产生的离子被分离并注入到能量分析仪中。分析仪依据其激发的能量把电离器中产生的气相离子和栅网表面上脱附的电子激励解吸的离子分离开。如果应用一个法拉第杯型离子收集器和一个灵敏的直流放大器来进行离子流测量的话 ,那么该电离规测量范围在 10 - 1 0 ～ 10 - 3Pa之间。当二次电子倍增器采用脉冲计数方法时 ,所测量的压力范围在 10 - 1 1～ 10 - 6 Pa之间 (Ax TRAN,ISX2 ,U L VAC公司 ) .其典型灵敏度对氮气而言为 (6 .7± 0 .2 )× 10 - 3Pa- 1 和对氢而言为 (2 .3± 0 .0 4 )× 10 - 3Pa- 1 。对四极质谱计而言 ,能量分析仪被置于在电离器和四极滤质器之间。装有该分析仪的质谱计 ,给出了没有电子激励解吸离子的简单质谱。该分析仪能使四极质谱计的离子收集器免受从栅网表面发射的 X射线的辐射 ,和从电离器中的离子以及被激发的分子在退激励过程中释放的紫外线的辐射。这种屏蔽作用改善了在 10 - 3Pa范围内的气体中微量杂质的检测极限 ,使之降至亿分之几     

四极滤质器在交叉分子束研究中的应用

四极滤质器在交叉分子束研究中的应用,为质谱技术开辟了一个新的应用领域。本文报道了在交叉分子束装置上研究Ba+N_2O化学发光反应时,四极滤质器完成的二项工作:(1)测试不同条件下超音速分子束中混合气体的成分和N_2O分子的相对数密度;(2)用时间渡越法(TOF)测试超音速分子束中N_2O分子飞行的平均速度,并且从理论上讨论了双元混合气体中N_2O/He载气比和喷嘴温度对N_2O分子速度的影响。实验和计算结果表明,载气配比对改变反应物N_2O的平动能作用很大,而喷嘴温度主要影响N_2O分子的振动能,对于平动能的影响相对小些。实验结果还表明,在反应区,分子束中N_20/He比例与喷管内混合气体的N_2O/He比例不同,前者大于后者。     

四极质谱计与电离真空计组合的分压强测定法

1.前言 由于真空材料和真空技术的进步,已经能够比较容易地实现高真空和超高真空,但是伴随着高真空和超高真空的发展,以电离真空计为代表的所谓全压强计的指示值,因残余气体成分不同而进行变化,因此难以掌握正确的压强值。 另一方面,虽然以滤质器为代表的四极质谱计进行残余气体成分分析的方法是最简单的,可是由于四极质谱计离子检测灵敏度经常在变动,故不能充分地稳定进行残余气体成分的定量分析,即分压强定量分析不稳定。 然而,掌握真空容器中残余气体的成分在半导体生产工艺中是个非常重要的因素,因此,为了稳定而高灵敏度地定量分析残余…     

最近的滤质器及其应用——Ⅱ、装置及其应用

4.装置 4.1　离子源 如式所示,入射滤质器离子的能量分散容许有相当大的另散,因此无需考虑电离室内电位的均匀性。适用于残余气体分析的开放式的电离室正在普及。最近,图16那样的与B—A计构造相同的离子源已实际应用[14、15]。这个离子源由于电子在栅网状的电离室内外往返运动,电子的行程延长能增加离子的产生。在这个离子源里如果放射电流增多,由于电子的空间电荷的影响电离室内电位变得不均匀,然而几乎不影响滤质器的特性,所以能够增加放射电流来增加灵敏度。通常用1mA～5mA的放射电流工作,也有用50mA工作得到高灵敏度的[16]。为了避免…     

四极滤质器中离子运动方程的近似解法及100%传输时的接受相图

本文提出了一种适用于四极滤质器研究的Mashieu方程的近似解法。所得之解有足够的精度,可用于理想场区的束流传输研究,从而得到了100％传输接受相图的一般形态。     

干扰电子流对四极滤质器性能的影响

本文介绍了用法拉第筒作为离子检测器的四极滤质器存在干扰电子流的原因。这种电子流对轻质量部分质谱的零输出基线起干扰作用,致使这部分谱峰的峰高不能很好地测量和记录。为消除这种现象,作者提出一种电子—离子分离器式离子检测器来代替常用的法拉第筒检测器,并取得了较好的效果。     

共振对四极滤质器中离子运动的影响

四极滤质器上使用辅助激励电压进行质谱分析时,当辅助激励电压的频率等于或接近四极场中离子运动的基频或谐振频率,就会引发共振现象。使用Matlab软件,对这一现象进行了仿真分析。在设定条件下,以一定步长逐渐增加辅助激励电压交流成分(RF电压)的频率,观察离子振荡幅度的变化。结果表明:在x和y方向的多个不同频率的辅助激励电压作用下,都出现了明显的共振现象。     

LZL-203型四极质谱计的结构特点和性能

LZL-203型四极质谱计是北京分析仪器厂最近研制成功(82年7月通过鉴定)的一种小型,多功能,操作简便,价格低廉的仪器,主要用于真空、电子、核物理等领域的科研实验室和工业生产部门,对压强低于1×10-4托的真空系统进行残余气体分析,(总)压强测量和检漏,是研究真空过程,获得清洁真空,保证产品质量的重要监测工具。 一、仪器结构 1.总机 LZL-203型四极质谱计由四极探头和电气部件两大部分组成。四极探头包括离子源、四极分析器和接收器等三个主要部分,由一个外径φ78mm的法兰支承,构成一整体结构。此法兰既作为与被测真空系统相联结的法兰,又…     

质谱计校准技术发展现状

作为残余气体分析器和分压力测量的主要仪器,四极质谱计的使用越来越引起重视,使得其校准技术研究成为真空计量领域的一个热点问题,本文将从最初美国真空学会推荐的四种四极质谱计校准方法开始,讨论研究美国国家标准技术研究院(NIST)、德国联邦物理研究院(PTB)、意大利国家计量研究院(IGMC)、日本国家工业科学技术研究院(AIST)直到我国的清华大学和兰州空间技术物理研究所在四极质谱计校准技术方面的研究成果,分析这几个实验室方法的优缺点,为国内外同行提供参考。     

四极质谱计的扫描控制和数据处理

将单板计算机用于四极质谱计的控制和数据处理是当前真空仪器、仪表的发展趋向。详细介绍了 TP—801C 工业控制单板机与四极质谱计联用中的软、硬件设计和调试技术,对其设计原理和调试结果作了必要的说明。