一种基于NEG泵的宽动态范围质谱测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于NEG泵的宽动态范围质谱测量装置及方法。本发明专利技术利用非蒸散性吸气剂泵(NEG泵)的选择性抽气特性和限流阀的可调节分子流导特性，结合混合气体测量时先吸附后激活脱附的手段，将质谱计测量混合气体的动态范围特性至少提升1个数量级以上，进而提升质谱计测量混合气体的灵敏度，实现混合气体质谱精准定性、定量分析与测量。定量分析与测量。定量分析与测量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于NEG泵的宽动态范围质谱测量装置及方法


[0001]本专利技术涉及混合气体质谱分析
，具体涉及一种基于非蒸散性吸气剂泵(NEG泵)选择性吸附特性的提升质谱测量动态范围的装置及方法。

技术介绍

[0002]在月球等空间探测、半导体工业混合气体质谱分析中，通常需要定量测量混合气体中某种含量极小的物质，这就对质谱分析仪器的动态测量范围、灵敏度提出了很高的要求，目前真空技术及质谱测量中使用的残余气体质谱分析仪(RGA)的动态范围及灵敏度指标难以满足实际应用需求中对微量气体组分的精确测量。
[0003]目前，四极质谱计等真空质谱测量分析仪器的动态范围最好指标只能达到108量级，而在实际应用中往往需要同时测量混合气体中含量最小和含量最高的特征气体，这就要求质谱计具有更高的动态范围，动态范围往往达到了108以上量级，现有质谱仪器难以满足这一测量需求。目前提升质谱动态范围的方法主要是通过利用软件校正算法或改变电子学测控电路的方式，但这会进一步增加仪器的复杂性和生产成本，同时会牺牲仪器分辨本领等其他技术指标，存在着较大的局限性。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供了一种基于NEG泵的宽动态范围质谱测量装置及方法，基于NEG泵的选择性吸附特性，能够有效拓展现有质谱测量仪器的动态测量范围(质谱测量结果中最大离子流和最小离子流的比值)，实现混合气体中含量最小(如ppb量级)和含量最高特征气体的精确测量，在实现混合气体中微量物质测量的同时也避免了质谱离子信号饱和而无法实现含量较高气体组分的测量，完成混合气体全覆盖质谱信号全覆盖测量，解决我国空间探测、半导体工业等
中对混合气体质谱更宽动态范围精确测量的技术难题。
[0005]本专利技术的基于NEG泵的宽动态范围质谱测量装置，包括：混合气体样品、粘滞流元件、真空计、质谱计、质谱分析室、限流阀、截止阀、NEG泵、分子流元件、插板阀和抽真空设备；
[0006]其中，混合气体样品为活性气体和惰性气体的混合气体；混合气体样品通过粘滞流元件与质谱分析室连接；NEG泵一方面通过限流阀连接质谱分析室，另一方面又通过截止阀与质谱分析室连接；抽真空设备依次通过插板阀和分子流元件，与质谱分析室连接；真空计和质谱计安装在质谱分析室上。
[0007]较优的，抽真空设备主要由依次串联的涡轮分子泵I、涡轮分子泵II、电磁阀和干泵组成。
[0008]较优的，限流阀采用翻板阀。
[0009]较优的，截止阀采用全金属截止阀。
[0010]本专利技术还提供了一种基于上述测量装置的宽动态范围质谱测量方法，包括如下步骤：
[0011]步骤1，开启抽真空设备，打开插板阀和截止阀，对质谱分析室及其管路抽真空；
[0012]步骤2，被测混合气体样品经粘滞流元件进入质谱分析室，稳定后，测量质谱分析室压力，含量最小的某种活性气体B的压力记为p
B
，含量最高的某种惰性气体A的压力记为p
A
；
[0013]步骤3，关闭截止阀、打开限流阀，开启NEG泵对质谱分析室进行抽气，吸附质谱分析室中的活性气体；
[0014]步骤4，吸附结束后，关闭限流阀，然后对NEG泵进行激活加热使得吸附的气体在泵腔体和连接管道组成的封闭空间中解析脱附；
[0015]步骤5，打开全金属截止阀，将脱附出的气体量引入到质谱分析室中；测量质谱分析室的压力，含量最小的某种活性气体B的压力记为p'
B
，含量最多的某种惰性气体A的压力记为p'
A
；
[0016]步骤6，被测混合气体样品中，活性气体B的动态范围提升倍数m为：
[0017][0018]其中，C
B
为限流阀对活性气体B的流导；S
B
为NEG泵对活性气体B的吸附系数；t为NEG泵的吸附时间；V为质谱分析室和所述封闭空间和的总体积。
[0019]有益效果：
[0020]利用质谱计直接测量含量不同的混合气体时，受限于仪器自身特性，质谱测量最理想的动态范围只能达到108量级，本专利技术是对目前质谱测量仪器动态范围特性的有效提升，利用非蒸散性吸气剂泵(NEG泵)的选择性抽气特性和限流阀的可调节分子流导特性，结合混合气体测量时先吸附后激活脱附的手段，将质谱计测量混合气体的动态范围特性至少提升1个数量级以上，进而提升质谱计测量混合气体的灵敏度，实现混合气体质谱精准定性、定量分析与测量。
附图说明
[0021]图1为本专利技术测量装置结构示意图。
[0022]其中，1
‑
混合气体样品；2
‑
粘滞流元件；3
‑
真空计；4
‑
质谱计；5
‑
质谱分析室；6
‑
限流阀；7
‑
截止阀；8
‑
非蒸散性吸气剂泵(NEG泵)；9
‑
分子流元件；10
‑
插板阀；11
‑
涡轮分子泵I；12
‑
涡轮分子泵II；13
‑
电磁阀；14
‑
干泵；15
‑
封闭空间。
具体实施方式
[0023]下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。
[0024]本专利技术提供了一种基于NEG泵的宽动态范围质谱测量装置及方法，主要是基于NEG泵的选择性吸附特性和限流阀的可变分子流导特性，采用测量气体吸附再脱附的方式实现混合气体的宽动态范围精确测量。
[0025]装置结构示意图如图1所示，包括：混合气体样品1、粘滞流元件2、真空计3、质谱计4、质谱分析室5、限流阀6、截止阀7、NEG泵8、分子流元件9、插板阀10和抽真空设备。
[0026]其中，混合气体样品1通过粘滞流元件2与质谱分析室5连接；NEG泵8一方面通过限流阀6连接质谱分析室5，另一方面又通过截止阀7与质谱分析室5连接；抽真空设备依次通
过插板阀10和分子流元件9，与质谱分析室5连接；真空计3用于测量质谱分析室5的压力，本实施例采用复合真空计；质谱计4用于对质谱分析室5中的混合气体进行质谱分析。
[0027]本实施例中，抽真空设备主要由依次串联的涡轮分子泵I11、涡轮分子泵II 12、电磁阀13和干泵14组成。
[0028]其中，混合气体样品通过粘滞流元件2进入质谱分析室5，可确保混合气体样品的组分在流进质谱分析室5的过程中，其组分比例不发生变化。
[0029]抽真空设备通过分子流元件9对质谱分析室5进行抽真空，可确保进入质谱分析室5中的混合气体各项同性，质谱分析室中的气体压力均匀分布，达到动态平衡状态。
[0030]NEG泵8通过限流阀门6控制分子流导，以便控制NEG泵对气体的吸附量。本实施例中，限流阀门6采用翻板阀，其分子流导根据实际需求通过转动阀板位置进行调节，操作方便且精度高。本实施例中，截止阀7采用全金属截止阀，减少阀门自身本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于NEG泵的宽动态范围质谱测量装置，其特征在于，包括：混合气体样品(1)、粘滞流元件(2)、真空计(3)、质谱计(4)、质谱分析室(5)、限流阀(6)、截止阀(7)、NEG泵(8)、分子流元件(9)、插板阀(10)和抽真空设备；其中，混合气体样品(1)为活性气体和惰性气体的混合气体；混合气体样品(1)通过粘滞流元件(2)与质谱分析室(5)连接；NEG泵(8)一方面通过限流阀(6)连接质谱分析室(5)，另一方面又通过截止阀(7)与质谱分析室(5)连接；抽真空设备依次通过插板阀(10)和分子流元件(9)，与质谱分析室(5)连接；真空计(3)和质谱计(4)安装在质谱分析室(5)上。2.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，抽真空设备主要由依次串联的涡轮分子泵I(11)、涡轮分子泵II(12)、电磁阀(13)和干泵(14)组成。3.如权利要求1或2所述的测量装置，其特征在于，限流阀(6)采用翻板阀。4.如权利要求1或2所述的测量装置，其特征在于，截止阀(7)采用全金属截止阀。5.一种基于NEG泵的宽动态范围质谱测量方法，其特征在于，采用如权利要求1～4任一所述的测量装置进行测量，包括如下步骤：步骤1，开启抽真空设备，打开插板阀(10...

【专利技术属性】
技术研发人员：董猛，成永军，孙雯君，吴成耀，冯天佑，陈联，裴晓强，李刚，
申请(专利权)人：兰州空间技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：