6.4 포트폴리오 개요

파이퍼 베큠은 다음 두 가지 기본 질량 분석기 모델을 제공합 니다.

PrismaPlus

전체 전자 제품이 분석기에 부착되어 베이크 아웃 시 제거 가 능한 소형 장비입니다. PrismaPlus는 다음 기능을 제공합니 다.



PrismaPlus는 표준 장비로 사용되며, 모듈 및 분석 시스템으 로 통합될 수도 있습니다.

HiQuad

최고의 정확도를 제공하며, 다음 기능을 갖고 있습니다.

모듈

모듈은 특수 공정 모니터링, 또는 다음과 같이 다양한 기체 유입 시스템이 장착되어 있으면서 분석기를 환기시키기 위 한 건식 터보 드래그 펌핑 스테이션에 부착되어 있는 기체 분 석 장비입니다.

벤치 톱 질량 분석기

파이퍼 베큠은 대기압에서 PrismaPlus를 기초로 하여 기체 를 분석하는 완벽한 시스템을 갖고 있습니다. 최적 기체 유입 시스템은 최대 감지 감도를 얻기 위하여 폐쇄형 이온 소스를 사용합니다.



이런 장비들과 그 요소들은 분석되어야 할 물질들(증발 또는 에어로졸)의 업스트림 처리 또는 보정 중인 기체 혼합물에 자 동 보정 제공과 같은 광범위한 추가 기능을 가질 수도 있는 완벽한 장비에 OEM 고객들에 의해 설치됩니다.

6.4.1 파이퍼 베큠의 이점 질량 분석기

파이퍼 베큠 이온 소스의 전위 곡선은 그림 6.20에 나와 있 습니다. 가열된 전자 방출 음극은 약 20V의 전위를 갖고 있 습니다. Wehnelt 전극은 일반적으로 음극의 양극에 연결되어 서 전자가 이온 소스의 접근 시 산란되는 것을 막아줍니다. 80V의 양극 전위 V 2 에 대한 효과적인 필라멘트는 전자를 형 성 영역으로 가속하고(100V), 거기서 전자는 들어오는 중성 기체 분자들을 이온화합니다. 이온들은 -150V의 전위 V 5 에서 구멍을 통하여 가속되었다가, 집속 전극에 의하여 V 3 = 80V 로 다시 감속됩니다. 주입 구멍은 이온이 매스 킬어에 들어가 기 전에 다시 한 번 이온을 가속하고, 약 15eV(형성 영역과 필드 축의 차이)의 에너지에서 필드 축 전위 V 4 = 85V로 감속 됩니다.

파이퍼 베큠 PrismaPlus 및 HiQuad 질량 분석기는 위에서 설명한 것처럼 전기적으로 편향된 이온 소스와 필드 축 기술 이 특징입니다.

전기적으로 편향된 이온 소스

많은 4중극자 질량 분석기에서 음극은 접지되어 있거나 음전 위를 갖기도 합니다. 음극(필라멘트)은 방출된 전자를 형성 영역(양극)으로 가속하고, 방출된 전자들은 그곳에서 중성 기 체 입자들을 이온화하고, 기체 입자들은 그 다음에 매스 필터 로 추출됩니다. 그러나 이런 필드 조건에서 전자들은 진공 상 태의 다른 표면에 접촉할 수도 있고, 그곳에서 EID(전자 충격 탈착) 이온을 생성합니다. 이것은 바람직하지 않은 배경 잡음 을 낳고 챔버에 고밀도 표면들이 있을 경우 필라멘트가 가압 될 때 상당향의 기체 탈착을 유발할 수 있습니다.

파이퍼 베큠 이온 소스는 양전위(약 100 – 150V)를 갖고 있습 니다. 여기서 방출된 전자는 더 낮은 전위(예: 접지)를 가진 모든 표면에서 거부되어 간섭하는 EID 이온의 생성을 피하 기 위하여 이런 표면에서 멀리 유지됩니다.

필드 축 기술

이온 소스에서 형성된 이온들은 높은 운동 에너지에서 매스 필터로 가속됩니다. 그 결과 이 이온들은 주변 또는 RF 프린 징 자장의 영향을 받을 수 없기 때문에 초기에 높은 에너지에 서 매스 필터 쪽으로 이동합니다. 이온을 4중극자 필드로 주 입하기 위한 이상적인 조건은 심지어 사전 필터의 사용을 요 구하는 다른 질량 분석기와 달리 사전 필터 없이 이런 방식으 로 도달됩니다. 매스 필터 자체는 필드 축 전압에 적절히 편 향되어 있으며, 이것은 필터로 들어갈 때 약 15eV의 운동 에 너지로 이온을 다시 감속합니다. 필드 축 전압이라 불리는 이 에너지와 이온 질량은 이온의 속도를 그 다음엔 매프 필터에 서의 비행 시간을 결정합니다. 따라서 유리한 주입 조건은 폭 넓은 질량 범위에 대하여 매스 필터를 통한 높은 이온 전송을 유발하며, 그래서 전체 시스템의 높은 감도를 보장합니다.

2차 전자 증배기의 직각 배열

파이퍼 베큠 질량 분석기의 추가 이점은 필터 축에 비해 90° 오프셋 되어 있는 2차 전자 증배기(SEM)의 배열입니다(90° 탈축 SEM, 그림 6.21 참조).

SEM이 질량 필터 뒤의 축방향으로 배열되면, 모든 충돌 입자(중성 입자, 이온, 전자, 광자)는 2차 전자를 생성하여 백그라운드 신호에 기여할 것이다. 이를 방지하기 위해 필터 밖으로 나오는 이온이 90도 휘어진 다음 SEM의 첫 번째 다이오드로 가속됩니다. 중성 입자 및 광자는 전기 편향 장치 에 의해 전혀 편향되지 않으며 전자는 이온보다 훨씬 더 많이 편향됩니다. 즉, 필터 통과가 허용되는 거의 모든 이온이 SEM에 충돌하여 신호 대 잡음 비율이 크게 개선됩니다.

일부 특수 모델을 제외하고 모든 HiQuad 분석기는 이 기술 탑재.

PrismaPlus에서는 축 C-SEM이 전류 증폭기로 제공됩니다. 이 경우에도 질량 필터 밖으로 나오는 이온은 C-SEM을 향해 약간 편향되어 원치 않는 입자로부터 분리됩니다.

질량 판별

전환 다이노드에 부딪치는 가 이온에 대해 생성되는 2차 전 자의 수는 이온 질량, 에너지, 이온 유형(전자 또는 분자 이 온)에 따라 달라집니다. 전환률은 질량과 관계가 있습니다. 이 효과는 질량 판별이라 불리며, C-SEM을 사용할 때보다 개별 설계된 SEM을 사용할 때 더 작습니다. 질량 판별은 이 온이 전환 다이노드에 부딪치기 전에 이온을 높은 에너지로 가속하면 감소될 수 있습니다.

요약

사전 선택된 질량 해상도와 함께 폭 넓은 질량 범위에 대한 최대 가능 전송을 달성하기 위해서는 기계적으로 정밀한 필 터 뿐만 아니라 안정적인 RF 공급이 모두 필요합니다. SEM 의 “90° 탈축” 배열 뿐만 아니라 적절하게 선택된 필드 축 기 술을 가진 편향된 이온 소스는 신호 대 잡음 비를 크게 개선 합니다. SEM 또는 C-SEM의 질량 판별은 고전압이 적용되 는 전환 다이노드의 도움으로 감소될 수 있습니다.

4중극자 질량 분석기는 다음 속성을 가진 다른 설계와 다릅 니다.



이런 이점이 있는 4중극자 질량 분석기는 가장 널리 사용되 는 질량 분석기가 되었습니다.

6.4.2 데이터 분석 시스템

4중극자 질량 분석기는 PC에서 디스플레이 및 저장에 이상 적인 짧은 시간 이내에 많은 양의 정보를 제공합니다. 이것은 파이퍼 베큠 진공 질량 분석기의 전기 제어가 가장 기본적인 제어 및 디스플레이 요소를 갖고 있는 이유입니다. QUADE- RA ® 소프트웨어는 PC에서의 디스플레이, 분석, 저장 뿐만 아니라 제어 목적을 위하여 사용됩니다.

파이퍼 베큠의 QUADERA® 질량 분석기 소프트웨어는 Pris- maPlus 및 HiQuad 장비와 함께 사용하기 위한 모듈 체계입 니다. PC는 이더넷을 경유하여 질량 분석기와 소통할 수 있 는데, 이는 분광 분석기와 컴퓨터를 연결하는 케이블이 중요 하지 않음을 의미합니다.

특정한 측정 업무를 수행하기 위하여 PC는 질량 분석기에 매개변수 기록을 전달하여 장비를 설정합니다. 측정 중 또는 이후에 판독된 데이터는 컴퓨터로 전송되며, 컴퓨터에서 분 석, 디스플레이 또는 저장될 수 있습니다.

일반적인 디스플레이 방식은 다음과 같습니다.

잔류 기체 분석 또는 누출 감지와 같은 일반적인 측정 업무는 사전에 프로그램되어 있으며, 마우스 클릭으로 시작될 수 있 습니다.

양적 분석이 수행되어야 할 경우, 질량 분석기는 사전에 조정 되어야 합니다. 여기에 후속 양적 분석을 사용한 보정과 같은 순환 공정이 포함될 경우, 이 공정들은 VSTA(Visual Studio Tools for Applications)를 사용하여 프로그램될 수 있습니다. 프로그래밍 기술은 요구되지 않습니다. 사전 제작된 모듈이 이 목적으로 사용 가능하기 때문입니다.

복잡한 측정 업무를 해결하기 위해서는, 자주 발생하는 여러 가지 기체 및 구성품에 대한 조각 이온 분배를 포함하는 라이 브러리가 QUADERA® 소프트웨어에서 사용 가능합니다. 그 러나 분광 라이브러리에서 얻은 이런 및 다른 분배는 가이드 라인 값으로만 볼 수 있습니다. 왜냐하면 이것들은 이온화 에 너지, 온도 또는 질량 분석기의 전송 특성과 같은 다양한 매 개변수의 영향을 받기 때문입니다.

다중 기체 구성 성분을 포함한 혼합물을 분석할 때 동일한 질 량 수에서 다른 기원의 이온 전류를 겹치는 문제가 종종 발생 합니다. 감도가 단일 기체 구성 성분에 의하여 독점적으로 만 들어지는 질량 수(예: 질량 수 40의 아르곤, 질량 수 32의 산 소, 질량 수 44의 이산화탄소, 질량 수 18의 물)가 있습니다.

다른 질량 수의 경우, 감지된 이온 전류의 전체 감도는 서로 다른 기체 구성 성분으로 다양한 농도의 조각 이온 겹치기에 의해 조절됩니다. 분석되어야 할 기체 혼합물의 구성 성분과 농도비에 따라, 적합한 알고리즘과 보정 절차가 해당 측정 업 무를 위해 구성되어야 합니다. 각 구성 성분이 겹치지 않는 적합한 보정 기체 혼합물을 적용하여 양적 기체 분석을 수행 하기 전에, 각 단일 기체 구성 성분에 대한 보정 인자가 모든 겹쳐진 질량 수에 대해 결정되어야 합니다. 이런 기체들의 농 도 및/또는 분압은 그런 다음에 행렬 연산에 의해 결정될 수 있습니다. QUADERA® 질량 분석기 소프트웨어는 행렬 연산 을 수행하고 필요한 기체 지정 보정 루틴을 제공합니다.