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質(zhì)譜儀為什么一定要真空?

  真空是指在一個指定空間內(nèi)低于一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力的氣體狀態(tài),此狀態(tài)下氣體的稀薄程度稱為真空度。通常真空度用百分?jǐn)?shù)來表示。如真空度為10%,意味著空間的10%的氣體已被抽出。真空度和氣體壓強的關(guān)系為:

  真空度=(101323.2-p)/101323.2

  式中,p為真空系統(tǒng)內(nèi)的實際壓強,國際單位是帕(Pa)。傳統(tǒng)儀器廠家使用的壓強單位還有托(Torr)或毫巴(mbar),和帕斯卡(Pa)的換算關(guān)系如下:

  1mbar=0.75Torr-100Pa

  系統(tǒng)內(nèi)的壓強越低,則真空度越高,表示系統(tǒng)內(nèi)的氣體被抽出得越多。如今,人們已經(jīng)習(xí)慣于用真空系統(tǒng)內(nèi)的壓強數(shù)值來表示真空的狀態(tài)。

  通常按照空間內(nèi)氣體壓強的范圍,把真空劃分為粗真空、低真空、高真空、超高真空和極高真空見下表

  不同真空的壓強范圍

真空劃分

氣體壓強/Pa

粗真空

1.013×105~1.333×103

低真空

1.333×103~1.333×10-1

高真空

1.333×10-1~1.333×10-6

超高真空

1.333×10-6~1.333×10-10

極高真空

<1.333×10-10

  質(zhì)譜需要高真空部分有離子源、質(zhì)量分析器、檢測器,前級機械泵提供低真空度,再由擴(kuò)散泵提供高度真空,通常真空度達(dá)到10-6Torr。

質(zhì)譜儀為什么一定要真空?

  質(zhì)譜檢測的是氣相離子,離子從離子源到達(dá)檢測器不能偏離正常軌道,為了精確控制離子的運動軌跡,保證離子束有良好的聚焦,得到應(yīng)有的分辨率和靈敏度,就需要限制影響離子運動的各種因素。離子運動除了受電、磁場力的作用外,還和溫度,壓強有關(guān),當(dāng)壓強較高時,氣體密度大,離子與氣體分子發(fā)生碰撞的概率高,碰撞會使離子運動方向發(fā)生偏離正常軌道。在較低壓強下,離子運動才會有足夠的平均自由程,相互不會發(fā)生碰撞。

  當(dāng)然除此之外,還有諸多質(zhì)譜需要真空度的理由,真空度對燈絲的保護(hù),降低本底干擾等等,所以真空不僅是質(zhì)譜正常運行的基本條件,也是保證儀器靈敏度的重要因素。

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