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Residual Gas Analyzer介紹

       殘余氣體分析儀(RGA)是一種質譜儀,可幫助確定殘留在不完全真空室中的物質的組成。一個典型的現代殘余氣體分析儀用燈絲中的電子電離真空室中的一些氣體。然后,離子被導入一個四極質量過濾器,該過濾器使用電場只通過特定質量的離子。最后,離子的流動電荷被檢測為電流。通過改變質量濾波器中的電場并記錄到檢測器的合成電流,得到了一個質譜。由離子發生器、四極質量過濾器、探測器和電真空饋通組成的傳感器探頭安裝在真空室中。電子封裝與電源線的大氣側和計算機相連。例如,一個RGA安裝在真空室上,并在2.2x10 -8 Torr產生以下頻譜。

圖1,典型的高真空殘留氣體

       水蒸汽通常是未烘烤的高真空室內的極限殘留。大多數H2O分子由一個普通的氧同位素16O原子(8個中子和8個質子)與2個氫原子(每個氫原子1個質子)組成,因此其質量為18 amu(或18 Da)。當離子在RGA離子發生器中與母體H2O+一起生成時,部分分子碎片形成HO+、H+、O+等,并分別添加到各自的amu峰上。參考圖1中的注釋,1amu處的峰值來自H2O和H2。這些波峰可以定性地反饋真空腔室的成分,并且會說明,而且定量分析也很重要。

       殘余氣體分析儀和質譜儀不能測量分壓。他們在探測器上測量每個原子質量數的離子流。RGA利用電子轟擊來電離離子源電離室中的分子。每個分子都有其獨特的電離概率(電離截面)。RGA對每種氣體都有不同的靈敏度。例如,RGA在檢測器上測量質量為28的電流,它可能是氮,一氧化碳或其他分子,質譜儀不能知道這一點。在不知道氣體種類的情況下將離子電流轉換為分壓是不正確的,但由于大多數氣體的靈敏度都在氮氣的2倍以內,所以習慣上對所有質量數使用氮氣校準,并以這種方式報告分壓和總壓,以獲得近似的分壓。

       了解如何使用殘余氣體分析儀最重要的概念是氣體離子/分子的平均自由程。RGA用在真空室中,其中壓力足夠低,使得離子在被過濾和檢測之前不太可能與其它氣體分子碰撞。壓力低于1 x 10 - 6托,當平均自由路徑變得越來越小,一些離子在到達探測器之前,將與氣體分子碰撞,導致峰值高度降低。一些化學反應也可能發生,使分析更加復雜。

       上圖給出了離子-分子碰撞的近似平均自由路徑。分子和離子的大小、速度、電荷等都會引起變化。看起來探測器的尺寸大約是12cm。但是四極使用高頻振蕩場對離子進行排序,從而將離子通過四極到達探測器的路徑長度增加了許多倍。

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