小型磁偏转质谱计研究现状及进展

小型磁偏转质谱计因稳定性好、定量性好、丰度灵敏度高、结构简单、体积小、功耗低等特性,广泛应用于诸多领域实现原位实时气体成分分析。首先介绍了单聚焦磁偏转质谱计、串联式双聚焦磁偏转质谱计和正交式双聚焦磁偏转质谱计三种磁偏转质谱计的工作原理和特点,并对其最新研究现状进行了综述,最后介绍了微机电系统（MEMS）技术在质谱计小型化中的应用并对小型质谱计的发展方向进行了分析。     

离子在磁分析器中的运动轨迹模拟计算

在小型磁偏转质谱计研制过程中,对带电离子在磁分析器中的运动轨迹的模拟计算是必不可少的。在采用有限元法分析并计算了磁分析器空间磁场的分布情况基础上,考虑边缘磁场效应,对带电离子在磁分析器中的运动轨迹进行了模拟计算,其模拟结果为小型磁偏转质谱计的离子源和接收器位置确定提供了重要的理论依据。     

空间磁偏转质谱计校准装置设计及校准方法研究

为确保磁偏转质谱计空间探测应用测量数据的准确性,设计了一套校准装置对磁偏转质谱计进行地面校准。本文介绍了装置的结构设计,并根据校准装置和磁偏转质谱计自身的特点,提出了二种校准方法,分别为:分压力测量法和标样气体法。研究表明,校准装置的极限真空度可达到5×10~(-8)Pa,二种校准方法对应不同的校准范围,可将质谱计的校准下限延伸至10~(-8)Pa,比国内目前已报道的质谱计的校准下限低1~2个量级。     

小型磁偏转质谱计离子源设计与验证

离子源是质谱计的"心脏",其很大程度上直接决定了质谱计的灵敏度、分辨率等主要性能指标,因此需要对其结构和供配电关系等精心设计。针对空间环境探测应用目标,开展了小型磁偏转质谱计离子源的设计、仿真分析和试验测试。阐述了离子源的设计结构、供配电关系以及仿真分析和试验验证情况。通过分析得到了电压参数对离子束引出能力和束发散角的影响结果,通过试验验证了离子源的主要性能指标和抗力学环境能力满足设计要求。     

小型磁偏转质谱计磁场的分析计算

磁偏转质谱计是根据离子在磁分析器中运动时,不同质荷比的离子有不同的偏转半径原理来实现质量分离的。磁场大小和分布对质谱计的性能影响较大,因而设计时需要对质谱计磁场分布进行精确计算。应用有限元法建立了计算质谱计磁分析器磁场的物理模型,并利用这一模型计算了磁分析器磁感应强度在空间的分布情况。结果表明,在半径分别为20 mm和50 mm的1/4圆弧轨道上,其磁场分布规律类似。由于边缘磁场效应,在磁铁边界区域约3 mm范围内,磁感应强度基本呈直线下降,这一结果为磁分析器的结构优化和边缘场补偿提供了理论依据。     

四极质谱计在一些外星球大气成份分析中的应用

四极质谱计多次搭载在探测器上对金星、土星、木星、土卫六等外星球表面大气成份进行了分析,获得了一些有价值的信息.本文分析了四极质谱计在空间应用时面临的问题;以具体的空间探测任务为例.探讨了质谱计设计的成功和不足之处,以及未来空间探测任务对四极质谱计提出的新要求.     

质谱技术在空间研究中的应用

空间成份测量的质谱计必须满足空间测量的特殊要求.空间质谱计在空间测量中目前主要用于空间诱导环境的污染检测、大气层及轨道的成份探测、生保系统中的大气监测.在第二部分对空间材料质谱进行了评价与分析.这方面的工作应包括污染物的成分鉴别、污染物来源的跟踪、空间材料污染的最低标准的制定.第三部分介绍了空间模拟和环境检测方面的工作.除此而外.还可以用于测量字航员在训练过程中氧耗量和二氧化碳生成量;宇航员呼出气和血液气体内的氧和二氧化碳进行动态监测.在空间站模拟器中.为了保证于航员在模拟器中的生命安全.必须用质谱计对模拟器内的气体进行监测和控制.在火箭研究中.利用质谱计对燃烧气体进行分析以寻求更合理的设计.     

载人航天器密封舱微量有害气体质谱检测方法

介绍了采用小型真空质谱计进行载人航天器密封舱内多组分微量有害气体的检测方法.通过测量微量气体浓度,实现密封舱内多种微量有害气体在线监测.给出了甲苯、二甲苯、二氯甲烷、甲烷、丙酮等5种气体的相对灵敏度试验数据,验证了现有小型真空质谱计最小可检浓度可以达到1ppm要求.研究结果表明,采用小型真空质谱计进行舱内微量有害气体浓度监测是可行的.     

小型磁偏转质谱计上位机软件的设计与实现

在小型磁偏转质谱计的调试过程中,需要由质谱计上位机软件向下位机发送间接指令并实现扫描控制和对离子流的采集、处理、存储和分析。基于此,本文采用面向对象的程序设计方法,在VC++6.0环境下对质谱计的上机位机软件进行设计与实现。质谱计上位机软件通过CAN(Controller Area Network)总线与质谱计下位机进行通信,实现对下位机的控制和数据处理。利用质谱计上位机软件可以替代大量冗杂的人工处理数据的工作,而且可以数据实时采集存储,可以进行随时再现、分析、从中获得有用的数据,避免数据的丢失。调试结果表明,质谱计上位机软件设计正确,具有很强的工程实用性。     

极高真空校准室内残余气体的成分分析

用四极质谱计对316L不锈钢制作的极高真空(XHV)校准室在烘烤前、后的残余气体成分进行了分析。一个热阴极电离规(IE514)和一个四极质谱计(QMS200)连接在XHV校准室上。烘烤前,开、关热阴极电离规以及对其进行除气,放出的气体主要有H2O、CO、H2、CH4和CO2。烘烤后,开、关热阴极电离规以及对其进行除气,放出的气体主要有CO、H2、CO2和CH4。整个烘烤过程完成后2h,XHV校准室内的压力在室温下通过分子泵串联抽气机组抽至8.97×10-9Pa,用四极质谱计分析到的残余气体成分主要为H2和CO。整个烘烤过程完成后4h,打开非蒸散型吸气剂泵(NEGP)对XHV校准室抽气,结果表明NEGP对H2具有较大的抽速,但对碳氢类化合物(如CH4)和惰性气体几乎没有抽速。用NEGP对XHV校准室连续抽气72h后,XHV校准室内的压力从8.34×10-9Pa下降到9.12×10-10Pa。不锈钢XHV校准室内的残余气体成分中大量的CO和CO2主要来自于四极质谱计。     

球载离子质谱计的研究

在中层大气的探测研究中,离子质谱术起着重要的作用。它不仅能获得有关大气中自然离子的数据,而且从所测离子成分能推算出部分中性痕量气体。球载离子质谱计用来研究平流层大气离子成分的特性和含量。本文主要论述所研制球载离子质谱计的测试方法、技术性能和初步实验结果。     

四极质谱计的碎片离子图形系数

一、引言目前,四极质谱计已广泛地用于真空系统内残余气体分析。原则上,任何一种已校准的质谱计都能用来进行真空系统内气体组分的定量分析。这种校准通常包括两个方面:图形系数和灵敏度的校准。关键的问题是要取得图形系数的好的重复性。到目前为止,有关用四极质谱计作定量分析的报道是不多的,有关图形系数重现性的报道更为少见。根据工作原理和结构,四极质谱计的质量岐视比其它质谱计,如回旋质谱计、磁偏转质谱计更为严重。因此,四极质谱计的图形系数是和其它质谱计不同的。造成图形系数变化的原因除了离子源工作条件外,主要是边缘场和分析场的质量岐视。     

分压力质谱计校准技术研究进展

在含有混合气体的高真空环境中,全压力真空规的计量结果通常会随着被测气体成分的改变而产生较大的差异,因此,需要进行气体成分的检测及分压力的计量。质谱计作为气体成分检测及分压力计量的主要工具,为保证其定量检测的准确性,必须进行校准。从原理上对质谱计校准方法进行了总结,介绍了当前国内外计量机构使用的部分校准装置以及当前分压力计量的光学及量子相关方法的发展现状,提出了质谱计校准存在的问题和未来的发展方向。     

四极质谱计工作参数对校准因子影响研究

介绍了在危险气体成份分析系统校准装置上,开展四极质谱计工作参数对校准因子影响的实验研究工作。在实验中,每次改变四极质谱计的一个工作参数,如电子能量、离子能量、发射电流、分辨本领、扫描速度、收集方式等,测量氮谱峰离子流强度和被校气体谱峰离子流强度,利用校准因子计算公式,通过计算获得校准因子值,并分析校准因子的变化趋势,给出四极质谱计实验室校准参数设置,减小校准不确定度。     

高分辨四极质谱计在HL-2A装置上的应用

将具有分辨氦(He)和氘(D2)能力的高分辨四极质谱计安装到HL-2A托卡马克装置上,同时送入氦气和氘气,得到了质谱计可分辨的最小He+/D2+峰值比.分别对真空室在辉光放电清洗前后、不同等离子体放电次数的氢同位素和氦进行测量,观察到四种工况下质谱峰m/q=4的主要成分为D2+,He+只在辉光放电清洗中作为工作气体引入.向真空室送入氘气后,比较了由分子泵和低温泵抽气的质谱情况.分压强的测量结果表明低温泵对氘气的抽速大于分子泵约18％.实验结果初步验证了高分辨四极质谱计应用于托卡马克装置可靠真空检漏和残余气体成分精确分析的可行性,并为托卡马克装置抽气泵的选型提供了依据.     

SZ—1型四极质谱计质谱管的清洗与调试

本文以ＢＥＰＣ储存环上使用的四级质谱计粉列，说明了工作一段时间后清洗质谱管的必要性。文中讨论了清洗方法的细节，并用残余气体分析质谱图说明了清洗的效果。它对四极质谱计的用户如何仪器在重要的参考价值。     

小型磁偏转质谱计离子源性能参数的模拟研究

离子源是磁偏转质谱计的核心,离子源的聚焦和离子引出效率对其工作性能有着重要影响。采用SIMI-ON-3D 8.0软件建立了应用于小型磁偏转质谱计的电子轰击型离子源模型,计算了离子的运动轨迹,采用相空间分析方法,得到静电透镜聚焦处离子的位置聚焦半径和速度聚焦半径,分析了离子源各参数对聚焦和离子引出效率的影响。研究结果表明当S和α狭缝分别加负偏压时,离子束在运动过程中能够两次聚焦,从而得到很好的聚焦性能和引出效率,为离子源优化设计提供重要的理论依据和实验指导。     

空间尘埃探测方案研究

空间环境中飞行的尘埃粒子会对进行深空探测的航天器有重大影响,它们会撞击并沉积在航天器表面结构中,影响航天器的性能。利用空间尘埃探测器可以探测尘埃的质量、速度、飞行方向、通量、化学成分及其元素同位素、所带电荷等参数。空间尘埃探测器的基本结构设计,用软件仿真计算了撞击离子在反射式质谱计反射腔内的轨迹,验证了其探测空间尘埃的化学成分的可行性。随着深空探测的逐步深入,空间尘埃探测器探测数据将成为航天器维护及未来空间科学研究的重要参考。     

SZ－1型四极质谱计质谱管的清洗与调试

本文以ＢＥＰＣ储存环上使用的四极质谱计为例，说明工作一段时间后清洗质谱管的必要性。文中讨论了清洗方法的细节，并用残余气体分析质谱图说明了清洗的效果。它对四极质谱计的用户如何保养仪器有重要的参考价值。     

超高真空下小型四极质谱计的性能研究

在超高真空下对QMS200小型四极质谱计进行了实验研究。实验通过调节离子源的发射电流、聚焦电压和场轴电压,测量了质谱计灵敏度、线性以及图样系数的相应变化。实验结果表明,不同的参数设置对质谱计性能有不同的影响。文章结论对四极质谱计应用具有一定的参考价值。