四极质谱计的计量特性研究(4)

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)兰州物理研究所 作者:卢耀文

  由表2可知,4台质谱计间的稳定性存在较大差异。质谱计D对Ar灵敏度的标准偏差是A的2倍,并且D对Ar的灵敏度最大偏差的绝对值高达43%。四极质谱计的稳定性受很多因素影响:如控制电路、离子源参数、温度、污染和使用历史及仪器本身等。实验在23℃下进行,温度的波动不超过0.5℃,温度对稳定性影响很小。实验前对装置和仪器进行了彻底烘烤除气,因此质谱计间稳定性的差异与仪器本身有关。除此之外,稳定性还与电子能量相关。质谱计D的电子能量为40eV,其它3台质谱计的电子能量为100eV,根据图4电离几率曲线可知,在100eV时,电离几率随电子能量的变化较小,在40eV时,电离几率处在较不稳定的区域,受电子能量的影响比较大,电子能量的波动引起电离几率的变化比在100eV大。

  这就是影响四极质谱计稳定性的另一个原因。

  由表2可知,即使同一台质谱计对3种气体表现出不同的稳定性,A、B、C质谱计对Ar的稳定性最差,其次是N2,对He的稳定性均优于其他2种气体;而D质谱计对Ar的稳定性最好,其次是N2和He。主要原因是电子能量的影响。A、B、C质谱计的电子能量为100eV,此时He的电离几率随电子能量的变化最小,Ar的电离几率随电子能量的变化最大,而且3种气体的电离几率在100eV时随电子能量的变化都很小。质谱计D电子能量为40eV,此时He的电离几率随电子能量变化大于Ar、N2,因此仪器对Ar、N2的稳定性优于对He的稳定性。如果实验结果与理论的吻合不是巧合,说明通过合理设置电子能量能够提高质谱计的稳定性。

图3  质谱计相对于平均灵敏度的实验偏差

3.4 、短期稳定性

  短期稳定性也是在10-4Pa压力下,分别用N2、Ar、He3种气体作为实验气体,对每种气体连续36h进行实验,使质谱计扫描与磁悬浮转子规的读数同步进行,通过计算机软件对仪器进行读数,并将灵敏度的平均值作为测量结果。灵敏度的相对标准偏差及最大偏差如表3所列。

表3   短期稳定性实验数据

气 体
质谱计A
质谱计B
S标准偏差 /%
S最大偏差的绝对值 /%
S标准偏差 /%
S最大偏差的绝对值 /%
N2

0.7

1.2

1.1

1.7

Ar

0.3

0.7

0.5

0.9

He

1.3

2.6

1.8

3.5


气 体
质谱计C
质谱计D
S标准偏差 /%
S最大偏差的绝对值 /%
S标准偏差 /%
S最大偏差的绝对值 /%
N2

0.8

1.4

1.2

2.1

Ar

0.4

0.9

0.6

1.1

He

1.6

2.1

2.1

4.0

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