四极质谱计在航天检漏技术中的应用

　　1引 言

　　四极质谱计又称四极滤质器，是根据不同质荷比的离子在直流-高频四极分析场中运动轨迹的稳定与否来实现质量分离的^[1]。该仪器包括四极探头和控制电路两大部分。四极探头装在高真空系统的质谱室内，它由离子源、四极杆系、电子倍增器等几部分组成。被测气体通过进样系统进入质谱室，在离子源内电离为离子。

　　离子被引入到四极场，在四极场的作用下离子按其质荷比大小被分离。离子流经倍增器放大后以谱的形式输出。输出信号以模拟峰、浓度变化曲线、数据表等多种形式显示。质谱计通常用质量范围、分辨率、最小可检分压力、最大工作压力等几个技术指标来描述。

　　从原理上讲，任何一种分压力真空计都可用于检漏。随着近年来质谱技术的发展，作为一种分压力测量仪器，四极质谱计用于检漏越来越显示出其优越性。相比一般检漏仪，四极质谱计具有更高的灵敏度、更大的分辨本领，而且具有体积小、质量轻、可选示漏气体广等诸多优点，可以在真空泄漏检测领域中发挥更大的作用[2]。

　　2 四极质谱计检漏原理

　　2.1检漏原理

　　利用四极质谱计进行检漏，主要是对示漏气体的分压力进行测量，由此知道漏孔位置及漏率大小。设一真空容器体积为 V，系统对示漏气体的抽速为 S，漏孔对示漏气体的漏率为 Q，则示漏气体在系统中的分压力p的大小可用如下微分平衡方程表示^[3]

　　代入初始条件：t=0 时，p=0，对式(1)进行求解可得

　　式(2)就是示漏气体分压力 p 随时间 t 在真空容器中增长的规律。利用四极质谱计测量对应示漏气体的离子流强度变化，由此即可判断真空系统漏孔漏率大小。

　　2.2方法和过程

　　利用四极质谱计对真空系统进行检漏，一般的步骤是先定性后定位，如果需要定量，还需要接入校准系统。定性的过程首先是对真空系统抽至高真空，如有必要，还需对系统进行烘烤、除气等过程，以降低系统本底影响，提高检漏灵敏度。然后利用质谱计模拟峰扫描模式对系统本底进行扫描，通过对扫描得到的离子谱峰类别和高度进行分析，可以初步判定系统是否有漏，此即“定性”过程。

　　确定系统存在泄漏以后，可用示漏气体(一般多选用氦气)对怀疑漏点或易于发生泄漏的位置进行喷吹扫描，当示漏气体喷吹到漏孔上以后，示漏气体通过漏孔进入系统，造成其内部分压力增大，通过四极质谱计即可检测确认泄漏位置，此即“定位”过程。

　　如果需要进一步确认系统漏率大小，则需接入标准漏孔对系统进行校准以后才可以确定其泄漏值大小，此即“定量”过程。