質譜儀為什么需要高真空?
質譜分析法是化學領域中非常重要的一種分析方法,是一項測量離子質量和強度的技術,通過測定分子質量和相應的離子電荷比以完成待測樣品中分子結構的分析.
真空系統是質譜儀的主要組成部分,因為它涉及到許多部件的工作原理。例如離子源中發射電子的燈絲(如E源、CI源等)在氧氣較多的情況下會燒毀,因而要求燈絲必須在高真空狀態下工作。
再如高氣壓會干擾離子源中電子束的正常調節,還會引起高達數干伏特的離子加速電壓放電,導致損壞電離室和高壓供電線路。此外,高真空還有利于樣品的揮發,減少本底的干擾,避免在電離室內發生分子一離子反應,減少圖譜的復雜性.生成的離子在運動中也必須有一定的分子自由程,否則離子間的相互作用會引起離子偏轉而到不了收集器.
總之,在質譜測定過程中,凡是有樣品分子和離子通過以及存在的地方都必須抽成高真空。,壓力要求為10-4~10-6Pa。真空系統一般包括低真空前級泵(機械泵)、真空泵(擴散泵和渦輪分子泵較常用)、真空測量儀表和真空閥件、管路等組成,以獲得儀器所需的高真空度.
可以想象一下,如果腔體內部不是真空環境,離子在飛行的過程中就會發生碰撞,從而導致離子飛行的路徑改變或者發生碎裂,質譜儀就無法分析和檢測離子。
所以,真空環境成為質譜分析的必要條件,二者進步是相輔相成的,真空技術的進步推動了質譜的發展,而質譜的發展又促進了真空技術的進步。
各級腔體對真空需求不一樣,真空度的高低很大程度上影響著離子的傳輸效率,真空度越低,離子在傳輸中所受到的干擾和碰撞越小,儀器的靈敏度也會上升。
因此,設計一套使用方便并且可靠的真空系統用于質譜儀器的時候,泵的選擇又是個關鍵的問題。
通常分子泵選擇的需要考慮空載時真空室所需達到的極限真空度,分子泵的極限真空比真空室的極限真空高,根據真空室所需的工作壓力來選擇分子泵,前級機械泵也要根據分子泵做適當的選配,通常根據分子泵的性能測試表明,前級泵抽速是分子泵對不同氣體(N2,H2,He)名義抽速的0.02至0.1倍。比如說,一個分子泵的抽速為10L/s,那么前級泵的抽速在1L/s至0.20 L/s就基本能滿足要求, 前級泵開啟時,待工作達到分子泵啟動壓力時候,分子泵就可以正常工作了。