多端口真空泵系统技术方案

一种用于抽空至少5个体积的真空泵系统，包括一个前级真空泵和一个涡轮分子泵安排，该系统被安排为使得该前级真空泵将该涡轮分子泵安排的输出端泵抽至大气压。该涡轮分子泵安排包括对应于不同的泵抽级的多个泵抽端口并且被配置为使得存在至少5个泵抽级，每个泵抽级连接到一个体积；每个泵抽级是通过至少一组转子叶片和优选地至少一组定子叶片而分离的；不多于3个泵抽级在真空下具有超过最高泵抽速度的1/3的泵抽速度和/或超过最高泵抽端口截面的1/3的泵抽端口截面；至少2个泵抽级在真空下具有小于最高泵抽速度的1/4的泵抽速度和/或小于最大泵抽端口截面的1/4的泵抽端口截面。在真空下具有最高压力的泵抽级与具有最低压力的泵抽级之间的压力的比率是至少100000:1。本发明专利技术还涉及一种质谱仪系统和一种用于抽空至少5个体积的方法。

【技术实现步骤摘要】
质谱仪系统及用于抽空该系统的方法
本专利技术涉及涡轮分子式真空泵抽系统，尤其涉及用于科学仪器的涡轮分子式真空泵抽系统，其中的最低压力范围是低于10-9mbar，并且尤其用于质谱仪。
技术介绍
用于为科学仪器提供高和超高真空的涡轮分子泵是公知的。在此，当压力在1×10-3与1×10-9mbar之间时，真空被认为是在高真空范围内，并且当压力在1×10-9与1×10-12mbar之间时，真空被认为是在超高真空(UHV)范围内。涡轮分子泵是动量转移泵，其中进入泵的气体分子通过与泵的移动的转子叶片碰撞而被赋予动量。该泵包含串联安装的、多级的成角度的转子和定子对。被转子叶片击中的气体分子获得动量并由于叶片的角度而被赋予一个与泵的轴线平行的运动分量。定子叶片是固定的并且设置有相对于泵的轴线而言的不同角度。定子叶片之间的空隙接收了前进的分子并让它们继续达到接下来的转子叶片，在该转子叶片处提供了动量上的进一步增益。多个级增加了从泵入口到排出口的气体压力。涡轮分子泵仅在分子流动态的压力范围内才是完全有效运行的，并且并不排气到大气压，而是通过前级真空泵返回。涡轮分子泵的工作压力范围通常是通过在同一个泵抽壳体中将一个分子拖拽泵(如霍尔维克泵)联接到该涡轮分子泵的排气侧来扩展、并且是通过同一个旋转轴来驱动，从而使得能够采用更低性能的前级真空泵并允许使用无油的前级真空泵。在此情况下，涡轮分子泵泵抽级与分子泵抽级的组合排空至1mbar左右的压力，而前级真空泵排空至大气压。已经开发了多端口泵或分流泵以使得能够对不同压力下的若干腔室进行泵抽，这些泵包含沿泵的长度间隔开的两个到四个(典型地三个)泵抽端口，该长度是平行于泵轴线的。该泵通常由泵抽级的一种堆叠组成，包括一个多级涡轮分子泵泵抽单元和一个或多个分子泵抽级，其中不同的泵抽端口在沿该堆叠的不同位置处形成到泵的入口。典型地，最高的泵抽速度是在首要泵抽端口(主要入口)处可获得的，这允许进入该泵的最低压力区域，而其他的泵抽端口(在泵抽级的堆叠的更向下处)处于更高的压力并且可以提供更低的泵抽速度。在一个典型的三端口泵中的泵抽速度经常是两个端口具有类似的泵抽速度且最高压力的端口具有其他这些端口的泵抽速度约1/10的泵抽速度。这导致了对于分析仪器的泵抽要求难以通过一个单一的分流泵来满足的缺点。已知了两种略微不同的结构：如在EP603694中披露的一种分流泵，其中一个具有多个泵抽端口的多级涡轮分子泵被定位在一个专用的泵壳体之内；以及一种所谓的芯式分流泵，如在US6457954B1中披露的，其中包括所有的功能元件(包括一个内部壳体在内)的泵可以组合到一个适配于特定应用的外部壳体中。虽然此类的分流泵典型地包括多级涡轮分子泵和粘度泵抽级(尤其分子拖拽泵)的组合，它们有时只是被称为涡轮分子泵。在此，它们被称为涡轮分子泵安排。US2010/0098558A1披露了一种多入口泵安排，其中至少一个第一入口围绕一个第二入口，使得该第二入口仅相对于在第一入口内的压力而不相对于大气压力进行密封。这使得能够在所有被另一个入口围绕的入口之间使用金属对金属的密封件，并且那些密封件可以是并不致使金属密封材料发生塑性变形的类别，从而消除了当尝试并行地使用多个密封件的塑性变形来进行防漏密封时存在的困难。质谱法向常规应用中的更广泛的渗透在某种程度上受到真空系统的成本和尺寸的阻碍，尤其是对于采用了在超高真空态工作的质量分析器的质谱仪来说，如轨道阱(OrbitrapTM)、多反射和多偏转飞行时间质量分析器、静电阱等，以及对于结合了大气压离子源的质量分析器来说，如电喷射(ESI)、大气压化学电离(APCI)、基质辅助的激光解吸/电离(AP-MALDI)等。现有技术的分流泵安排受到如下缺点的影响：仅有限数量的差压级可被这些多入口泵容纳，并且上述质谱仪需要两个或更多个此类的泵、加上一个或多个前级真空。所希望的是能够通过一个单一的分流泵对一个科学仪器、尤其完整的质谱仪进行泵抽。针对此背景，做出了本专利技术。
技术实现思路
本专利技术提供一种用于抽空至少5个腔室的真空泵系统，该真空泵系统包括一个前级真空泵和一个涡轮分子泵安排，该系统被安排为使得该前级真空泵将该涡轮分子泵安排的输出端泵抽至大气压；并且其中该涡轮分子泵安排包括多个对应于不同泵抽级的泵抽端口并且被配置为使得：存在至少5个泵抽级，每个泵抽级连接到一个腔室；每个泵抽级是通过至少一组转子叶片和优选地至少一组定子叶片而分离的；不多于3个泵抽级在真空下具有超过一个泵抽级的最高泵抽速度的1/3的泵抽速度和/或超过最高泵抽端口截面的1/3的泵抽端口截面；至少2个泵抽级在真空下具有小于一个泵抽级的最高泵抽速度的1/4的泵抽速度和/或小于最大泵抽端口截面的1/4的泵抽端口截面；其中在真空下具有最高压力的泵抽级与具有最低压力的泵抽级之间的压力的比率是至少100000:1。一个前级真空泵也可以包括串联或并联连接到该涡轮分子泵抽级的输出端上的若干单独的泵。在本专利技术的一个特别优选的实施例中，用于抽空至少5个腔室的真空泵系统包括一个前级真空泵和一个涡轮分子泵安排，该系统被安排为使得该前级真空泵将该涡轮分子泵安排的输出端泵抽至大气压；并且其中该涡轮分子泵安排包括多个泵抽端口并且被配置为使得，存在至少5个泵抽级，每个泵抽级连接到一个腔室；每个泵抽级是通过至少一组转子和/或定子叶片而分离的；不多于3个泵抽级在真空下具有超过50l/s的泵抽速度；至少2个泵抽级在真空下具有小于30l/s的泵抽速度；在使用中在工作气体负载下，在任何两个相邻的涡轮分子泵安排泵抽级之间的压力比率是在10与1000之间；并且该前级真空泵在使用中将该涡轮分子泵安排的输出端保持在1mbar或更大的压力下。本专利技术提供了一种重新安排分流涡轮分子泵的泵抽端口的方式，使得在并不实质性改变泵转子的长度的情况下可以对多得多的端口进行有差别地泵抽。本专利技术提供了至少5个泵抽级，每个泵抽级连接到一个腔室，该腔室通过连接到它的泵抽级被抽空。该分流式涡轮分子泵提供了通过至少一组转子和/或定子叶片、优选通过至少一组转子叶片和至少一组定子叶片彼此分离的多个泵抽级。通过选择泵抽速度和/或泵抽端口截面，有利地根据预期应用的确切需要来适配在相邻的泵抽级的转子和/或定子叶片之间的空隙，该涡轮分子泵安排的转子长度可以被保持得较短。较短的转子长度允许泵的高可靠性，尤其当该泵以水平取向安装时。因此，当通过一个根据本专利技术的涡轮分子泵安排来泵抽多个腔室时，可以在不降低可靠性的情况下相对于现有技术实现成本的降低。优选地，该涡轮分子泵安排的至少一个泵抽级包含一个分子拖拽泵，尤其一个带有螺旋泵通道的霍尔维克泵。尤其当与该涡轮分子泵安排的输出端相邻的泵抽级包含至少一个分子拖拽泵时，有可能将泵出的气体在超过1mbar的压力下输出到一个前级真空泵。结果是，具有相对较低泵抽速度的前级真空泵(如隔膜泵)可以用于将涡轮分子泵安排的输出端泵抽至大气压。该真空泵系统优选用于抽空一个科学仪器。该科学仪器包括一系列通过气流限制器而分离的腔室或压力区域(本文简称为体积)，这些气流限制器可以是腔室壁，这些限制器包含用于在这些压力区域之间进行连通的孔口。为了便于说明的目的并且不限制范围，在此将关于质谱仪来描述本专利技术，以便描述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于抽空至少5个体积的真空泵系统，包括一个前级真空泵和和一个涡轮分子安排，该系统被安排为使得该前级真空泵将该涡轮分子泵安排的一个输出端泵抽到大气压；并且其中该涡轮分子泵安排包括多个对应于不同泵抽级的泵抽端口并且被配置为使得：存在至少5个泵抽级，每个泵抽级连接到一个体积；每个泵抽级是通过至少一组转子叶片和优选地至少一组定子叶片而分离的；不多于3个泵抽级在真空下具有超过一个泵抽级的最高泵抽速度的1/3的泵抽速度和/或超过最大泵抽端口截面的1/3的泵抽端口截面；至少2个泵抽级在真空下具有小于一个泵抽级的最高泵抽速度的1/4的泵抽速度和/或小于最大泵抽端口截面的1/4的泵抽端口截面；其中在真空下在具有最高压力的泵抽级与具有最低压力的泵抽级之间的压力的比率是至少100000:1。

【技术特征摘要】
2013.08.20 GB 1314841.61.一种质谱仪系统，所述质谱仪系统包括一个离子源、一个质量分析器和一个用于将来自该离子源的离子传输到该质量分析器的离子光学安排，所述质谱仪系统还包括用于抽空质谱仪的至少5个腔室的真空泵系统，所述真空泵系统包括一个前级真空泵和一个涡轮分子泵安排，该系统被安排为使得该前级真空泵将该涡轮分子泵安排的一个输出端泵抽到大气压；并且其中该涡轮分子泵安排包括多个对应于不同泵抽级的泵抽端口并且被配置为使得：存在至少5个泵抽级，每个泵抽级连接到一个腔室；每个泵抽级是通过至少一组转子叶片和至少一组定子叶片而分离的；不多于3个泵抽级在真空下具有超过一个泵抽级的最高泵抽速度的1/3的泵抽速度和/或超过最大泵抽端口截面的1/3的泵抽端口截面；至少2个泵抽级在真空下具有小于一个泵抽级的最高泵抽速度的1/4的泵抽速度和/或小于最大泵抽端口截面的1/4的泵抽端口截面；其中在真空下在具有最高压力的泵抽级与具有最低压力的泵抽级之间的压力的比率是至少100000:1。2.如权利要求1所述的质谱仪系统，其中该涡轮分子泵安排的至少一个泵抽级包含一个分子拖拽泵。3.如权利要求2所述的质谱仪系统，其中所述分子拖拽泵是带有螺旋泵通道的霍尔维克泵。4.如权利要求1或权利要求2所述的质谱仪系统，其中不多于3个泵抽级在真空下具有超过50l/s的泵抽速度；至少2个泵抽级在真空下具有小于30l/s的泵抽速度；并且其中该前级真空泵在使用中将该涡轮分子泵安排的输出端保持在1mbar或更大的压力下。5.如权利要求1所述的质谱仪系统，其中在使用中，在工作气体负载下，该涡轮分子泵安排的任何两个相邻泵抽级之间的压力的比率是在10与1000之间。6.如权利要求5所述的质谱仪系统，其中在使用中，在工作气体负载下，该涡轮分子泵安排的任何两个相邻泵抽级之间的压力的比率是在20与400之间。7.如权利要求1所述的质谱仪系统，其中该涡轮分子泵安排的任何两个泵抽级之间的最大距离是小于400mm。8.如权利要求7所述的质谱仪系统，其中该涡轮分子泵安排的任何两个泵抽级之间的最大距离是小于300mm。9.如权利要求1所述的质谱仪系统，其中在这些泵抽级中的任何一者中的氦或氢含量不超过10％。10.如权利要求1所述的质谱仪系统，其中处于最低压力下的腔室被保持在低于1×10-9mbar。11.如权利要求10所述的质谱仪系统，其中处于最低压力下的腔室被保持在低于2×10...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·马卡洛夫，W·布拉舒恩，
申请(专利权)人：塞莫费雪科学不来梅有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE