Анализатор остаточных газов или сокращенно RGA - это компактный масс-спектрометр, предназначенный для использования как в лаборатории, так и в цехе.
Эти устройства часто монтируются для использования на месте в вакуумной печи. RGA обычно предназначены для управления технологическим процессом и контроля загрязнения в вакуумных системах.
Области применения анализатора остаточного газа RGA
Области применения анализаторов остаточного газа включают в себя распознавание утечек от выделения газов, снятие следов технологического фона, обнаружение гелия и определение эффективности продувки газопровода. Стандартный анализ газа RGA может выявить, сколько конкретного вещества присутствует либо в вакуумном резервуаре, либо в патрубке насоса (рис. 1).
Анализаторы остаточного газа используются в большинстве случаев для контроля качества вакуума и легкого обнаружения мельчайших следов примесей в газовой среде низкого давления. Эти примеси могут быть измерены с точностью до 10^-14 Торр, что обеспечивает возможность обнаружения менее миллионных долей при отсутствии фоновых помех.
Анализаторы также могут использоваться в качестве чувствительных детекторов утечки гелия на месте. С вакуумными системами, нагнетаемыми до давления ниже 10^-5 Торр для проверки целостности вакуумных уплотнений и качества вакуума для обнаружения утечек воздуха, потенциальных утечек и других загрязнений на низких уровнях перед началом процесса.
Как отличить утечку от дегазации в вакуумной системе?
Стандартная развертка RGA от массы 2 до 50 единиц атомной массы обычно может идентифицировать чрезмерное выделение газов (т.е. высокие пики для воды при массе 17 и 18) от утечки – высокие пики при 14 и 28 (азот), а иногда и 32 (кислород). Другими индикаторами утечки воздуха являются аргон (40) и углекислый газ (44), часто пик кислорода отсутствует или очень низкий, даже если есть утечка воздуха. Гелий, например, будет иметь массу 4.
Анализ вакуумной системы перед запуском процесса может дать ценную информацию о состоянии вакуумной камеры. Когда возникают проблемы (а они неизбежно возникают), крайне важно иметь исходные данные для сравнительных целей.
Принцип работы анализатора остаточных газов RGA
Анализатор остаточных газов состоит из источника ионов, масс-спектрометра и измерительной секции (рис. 2). Остаточный газ ионизируется, когда он сталкивается с термоэлектронами, выделяющимися из высокотемпературной нити накала, и создаваемые таким образом ионы ускоряются и сходятся на масс-спектрометре. В масс-спектрометре напряжение постоянного и переменного тока подается на четыре цилиндрических электрода (квадруполя), которые позволяют разделять ионы по массе. Разделенные ионы детектируются чашкой Фарадея в виде электрического тока. Ионный ток пропорционален массе (парциальному давлению) остаточного газа.
Более конкретно, работа RGA концептуально довольно проста, хотя математика секции квадрупольного масс-анализатора может стать слишком сложной. Схема этой операции приведена на рисунке 2. Во-первых, “ионизатор” преобразует множество нейтральных молекул газа в положительные ионы в хорошо контролируемой области при заданном электрическом потенциале. Затем эти ионы ускоряются серией электростатических “линз” и формируются в пучок, имеющий энергию около 20 эВ.
Затем ионный пучок пропускается в область квадрупольного масс-анализатора. Эта область действует как фильтр. Он будет очень хорошо проходить через ионы с выбранным пользователем отношением массы к заряду (M / e), но все остальные ионы отталкиваются в стенки, где они нейтрализуются и становятся не обнаруживаемыми. Ионы, которые проходят через этот фильтр, регистрируются как ток либо в “чашке Фарадея”, либо с помощью вторичного электронного умножителя (также известного как “канальный электрон”). Каналтрон дает большое усиление сигнала от ионов и, следовательно, используется для повышения чувствительности RGA. Выбрав отношение массы к заряду и произведя измерение полученного сигнала, можно сразу же узнать количество этих молекул, присутствующих в области ионизатора RGA. Изучив целый ряд соотношений M / e, можно найти большой ряд присутствующих молекул и начать понимать весь спектр химических компонентов в газе.
Схема и устройство анализатора остаточных газов RGA
Сам анализатор расположен в вакууме и состоит из следующих основных компонентов:
- Источник ионов, который ионизирует частицы нейтрального газа, которые затем сортируются в фильтре массы на основе их отношения массы к заряду (m/e)
- Ионный ток измеряется с помощью детектора Фарадея или вторичного электронного умножителя (SEM) после того, как ионы покинули разделительную систему. Измеренный ток является параметром парциального давления соответствующих молекул газа или параметром фракталов, которые, возможно, были сгенерированы в источнике ионов
- Система анализа данных обрабатывает ионные токи, измеренные с помощью детектора, и представляет эти токи в различных формах. В настоящее время существуют программы для анализа данных, которые способны помочь пользователю в интерпретации масс-спектров.
Техническое обслуживание и ремонт анализатора остаточных газов RGA
Несмотря на все наши усилия, может случиться так, что анализатор остаточных газов нуждается в ремонте. Тяжелые условия термообработки в сочетании с непреднамеренным воздействием атмосферы, насосных масел или других загрязняющих веществ являются фактом жизни. Замена нити накала, очистка источника ионов и фильтра - вот примеры того, что можно сделать. Однако разборка некоторых компонентов, таких как массовый фильтр в сборе, приведет к дорогостоящему и отнимающему много времени заводскому ремонту. Помните, RGA - это тонкий инструмент!
Подводя итог
Анализаторы остаточного газа могут быть очень эффективным инструментом для анализа газовых нагрузок системы, возникающих в результате реальных утечек, потенциальных утечек или дегазации стенок камеры. RGA обладают рядом преимуществ по сравнению с традиционными специализированными детекторами утечки газа, включая способность различать различные виды газа, сопоставимые уровни чувствительности, способность обнаруживать внутренние или потенциальные утечки, а также обнаруживать и анализировать проблемы с выделением газа. Популярными производителями RGA являются Edwards, Leybold и Linxon. Купить анализатор остаточных газов можно у проверенного поставщика Вакуум Трейд.
