四極質(zhì)譜計(jì)的原理及其計(jì)量特性研究
四極質(zhì)譜計(jì)一般由離子源、四極慮質(zhì)器、離子收集極三部分組成。在離子源中由陰極發(fā)射出的電子經(jīng)加速后將氣體分子電離成不同質(zhì)荷比的離子, 離子經(jīng)聚焦后注入四極慮質(zhì)器; 四極慮質(zhì)器是由四根平行的四極桿組成, 通過改變加在四極慮質(zhì)器上的交流、直流電壓比來分離離子; 收集極是用來收集從慮質(zhì)器中飛出的離子, 通過離子流的大小來指示某種氣體分壓力的大小。
圖：分壓力質(zhì)譜計(jì)校準(zhǔn)裝置原理圖
四極質(zhì)譜計(jì)所測氣體的分壓力通過離子流與對某種氣體的靈敏度的比值來計(jì)算。為了描述四極質(zhì)譜計(jì)的計(jì)量特性, 用靈敏度的變化來表示儀器的測量性能。
通過對四極質(zhì)譜計(jì)的計(jì)量特性進(jìn)行研究, 得出的主要結(jié)論有:
( 1) A、B、C 3 臺質(zhì)譜計(jì)對Ar、N2 的線性基本近似, 但對He 在比Ar 高10 倍的壓力點(diǎn)靈敏度開始偏離線性, 主要原因是He 的電離截面大約是Ar 的1/10, He 要在比Ar 高一個(gè)數(shù)量級的壓力下才能形成同樣大小的空間電荷, 而且在相同的溫度下, He 分子的自由程是其他2 種氣體的3 倍以上。
( 2) 通過改變離子源參量的取值, 能夠提高儀器的穩(wěn)定性和短期穩(wěn)定性, 但儀器間性能的差異遠(yuǎn)大于離子源參量的影響。
( 3) 離子源參量對靈敏度有很大影響, 發(fā)射電流取值2.0 mA 時(shí)的靈敏度是0.1 mA 時(shí)的10 倍, 對于Ar氣, 電子能量取90 eV 時(shí)的靈敏度是30 eV 時(shí)的3 倍左右; 離子能量為6 eV 時(shí)的靈敏度是2 eV 的51 倍。因此, 能夠通過調(diào)節(jié)離子源參量來提高靈敏度。一般情況下, 發(fā)射電流取1 mA, 電子能量取70 eV 或100 eV, 離子能量取值在5～10 eV 范圍內(nèi)。
( 4) 使用歷史對儀器靈敏度的影響存在很大差異, 質(zhì)譜計(jì)A、B、C 在同一壓力點(diǎn)的靈敏度最大偏差分別小于25%、35%、27%, 而D 的靈敏度在2 種情況下的最小偏差為80%。因此, 四極質(zhì)譜計(jì)要進(jìn)行定期校準(zhǔn)。使用時(shí)要深入掌握儀器的測量性能, 并能夠正確預(yù)測靈敏度隨使用歷史的變化。這些結(jié)論對四極質(zhì)譜計(jì)的使用具有一定的參考意義。
