德国联邦物理研究院(PTB)的质谱计校准技术
2013-05-24 任国华 兰州空间技术物理研究所
德国的PTB 研制出了基于中红外激光吸收光谱法的分压力校准系统，利用气体分子发出的光谱强度来测量混合气体分压力的大小，质谱计校准系统工作原理如图4 所示。
图4 德国PTB 建立的质谱计校准系统原理图
1.激光控制器 2.单色器 3.出光装置 4.斩波器 5.HERRIOTT 腔 6.干涉仪距离测量装置 7.镜片移动装置 8.粗抽机械泵 9.涡轮分子泵 10.隔断阀 11.一氧化碳气瓶 12.氮气气瓶 13.溅射离子泵 14.电容薄膜规 15.磁悬浮转子规 16.电离规 17.四极质谱计 18.温度计 19.光敏感器 20.工控机
这套系统的校准方法是，由激光系统产生的激光通过滤波器和一组反射镜进入校准室，激光和校准室中的气体分子相互作用，生成干涉光谱，再从校准室中引出到信息接收与处理系统，在校准室中总压力已知的条件下，便可以通过计算得到混合气体中各个气体成分的分压力。这种方法的优点在于测量过程中不会产生额外的杂质分子，从而避免了测量过程中产生杂质对原有残余气体成分测量的影响，具有无干扰的特点，适合于精度要求比较高，而且残余气体成分已知情况下的分压力测量。
这套质谱计校准装置的测量范围相当大，真空度从103 ～ 10-5 Pa 都可以准确的测量，不确定度约3%。但缺点也是很明显，第一这套系统只能测量一些已知光谱的气体分压力，比如一氧化碳、二氧化碳和水，对于其他的气体则无法测量。第二在气体和激光相互作用的校准室的两个反射球面很难制造。第三两个镜片之间的距离要求很高，设计难度较大。第四实验场所的要求高，实验场所不能有震动。第五在进行分压力测量时要受到总压力大小的影响。
