四極質譜計的原理及其計量特性研究
四極質譜計一般由離子源、四極慮質器、離子收集極三部分組成。在離子源中由陰極發射出的電子經加速后將氣體分子電離成不同質荷比的離子, 離子經聚焦后注入四極慮質器; 四極慮質器是由四根平行的四極桿組成, 通過改變加在四極慮質器上的交流、直流電壓比來分離離子; 收集極是用來收集從慮質器中飛出的離子, 通過離子流的大小來指示某種氣體分壓力的大小。
圖：分壓力質譜計校準裝置原理圖
四極質譜計所測氣體的分壓力通過離子流與對某種氣體的靈敏度的比值來計算。為了描述四極質譜計的計量特性, 用靈敏度的變化來表示儀器的測量性能。
通過對四極質譜計的計量特性進行研究, 得出的主要結論有:
( 1) A、B、C 3 臺質譜計對Ar、N2 的線性基本近似, 但對He 在比Ar 高10 倍的壓力點靈敏度開始偏離線性, 主要原因是He 的電離截面大約是Ar 的1/10, He 要在比Ar 高一個數量級的壓力下才能形成同樣大小的空間電荷, 而且在相同的溫度下, He 分子的自由程是其他2 種氣體的3 倍以上。
( 2) 通過改變離子源參量的取值, 能夠提高儀器的穩定性和短期穩定性, 但儀器間性能的差異遠大于離子源參量的影響。
( 3) 離子源參量對靈敏度有很大影響, 發射電流取值2.0 mA 時的靈敏度是0.1 mA 時的10 倍, 對于Ar氣, 電子能量取90 eV 時的靈敏度是30 eV 時的3 倍左右; 離子能量為6 eV 時的靈敏度是2 eV 的51 倍。因此, 能夠通過調節離子源參量來提高靈敏度。一般情況下, 發射電流取1 mA, 電子能量取70 eV 或100 eV, 離子能量取值在5～10 eV 范圍內。
( 4) 使用歷史對儀器靈敏度的影響存在很大差異, 質譜計A、B、C 在同一壓力點的靈敏度最大偏差分別小于25%、35%、27%, 而D 的靈敏度在2 種情況下的最小偏差為80%。因此, 四極質譜計要進行定期校準。使用時要深入掌握儀器的測量性能, 并能夠正確預測靈敏度隨使用歷史的變化。這些結論對四極質譜計的使用具有一定的參考意義。
