§ 7.8. Термодесорбционный масс-спектрометр

Анализ остаточных газов, присутствующих в вакуумных камерах, основанный на различиях в их теплотах адсорбции, называется термодесорбционной масс-спектрометрией.

где р, —парциальное давление t-газа; t_a — время установления адсорбционного равновесия;

среднее время нахождения молекулы в адсорбированном состоянии; Q_af — теплота адсорбции г-газа.

Время t_a выбирают достаточным для того, чтобы экспонентой в выражении (7.14) можно было пренебречь.

Минимально необходимое время определяют экспериментально. При увеличении Г_Л выходной сигнал сначала линейно возрастает, а затем при t_а>4,6/A_i, принимает постоянное значение. В этом случае формулу (7.14) можно упростить:

При нагревании нити происходит десорбция поглощенных газов. При этом в камере, внутри которой находятся нить и манометрический преобразователь, давление повысится на величину

где А — поверхность нити; а_т1 — число молекул, необходимых для образования мономолекулярного слоя i-газа; V — объем камеры.

Повышение давления Д_р, для газов с различной теплотой адсорбции происходит при различных температурах нити, что и используется для определения состава и количества остаточных газов.

Если адсорбирующую поверхность предварительно охладить до температуры жидкого азота, то можно провести анализ газов, имеющих малое значение теплоты адсорбции. На рис. 7.10 представлен пример масс-спектра, полученного термодесорбционным масс-спектрометром, Там же показано изменение температуры нити Т. Существенное отличие этого масс-спектра от получаемых на ионизационных газоанализаторах состоит в том, что пики располагаются не в последовательности возрастания массовых чисел, а в порядке увеличения теплот адсорбции. Этим прибором хорошо разрешаются пики газов N₂ и СО, имеющих одинаковое массовое число.

При расшифровке масс-спектров смеси газов следует учитывать наличие на поверхности адсорбционных центров с различной теплотой десорбции. При этом каждый газ может иметь несколько термосорбционных пиков. Для повышения чувствительности прибора следует увеличивать адсорбирующую поверхность, например путем нанесения активных адсорбентов или травления.