常见混合气体的四极质谱定量分析方法及有效性评估

　　一、前　　言

　　众所周知,与真空测量的总压力测量相比,依据质谱法的分压力定量测量就要困难得多。四极质谱计是当前最为流行的质谱计,其定量分析为学术界共同关注^[1-3]。由于它涉及到四极质谱计固有特性和分析系统结构等方面存在的诸多问题,同时质谱定量分析的对象和要求各不相同,因此不可能用一种模式来解决所有的定量分析问题。

　　经过多年的实践和研究,作者提出了一种实用的对常见混合气体四极质谱定量分析方法^[4,5,9]。该方法在气体激光、离子器件和电光源器件等方面获得了成功的应用,其基本原理和方法也适用于其它领域的气体定量分析。

　　本文介绍了用本方法进行分析的步骤和典型的分析实例。提出了对定量分析结果的有效性进行评估的参数——“有效性系数”。理论和实践证明“有效性系数”能正确地表征定量分析结果的可信度。

　　二、四极质谱定量分析系统结构

　　图1为该系统的结构简图,质谱室1接有超高真空电离计G1和四极质谱计G2,并通过V1、V2分别被分子泵2和离子泵4抽真空,质谱室能承受200～300℃高温烘烤,极限真空度可达10^-7Pa;样品室5接有薄膜真空计G3和高压力电离真空计G4。工作时样品室5先被机械泵6抽预真空,然后打开V3被超高真空泵抽真空,并与质谱室一起烘烤。正式分析时关闭V3、V4,用击破器V5击破被分析器件D1,用G3或G4测量总压力,打开并调节V4使样品进入质谱室由四极质谱计记录质谱图。D2、D3为校准定量系数的标准气体。

　　三、四极质谱定量系数和定量分析方法

　　本定量分析方法使用的定量系数定义如下:

　　1.四极质谱计质量岐视状态参数H^[7]

　　把纯Xe作为样品注入质谱室,在一定的四极质谱计参数下,调节“分辨能力”旋钮(即四极场的直流电压/交流电压比值),测得I_^Xe.67和I_^Xe.129峰高,则H值被定义为

　　本分析方法要求在定量分析时使H=0.46±0.02。

　　2.四极质谱计气体i的伴随峰图形系数Bij

　　把纯气体i注入质谱室,在标准H值下记录各质谱峰,如果质量数k处有特征峰(主峰)离子流Iik(当分子峰为特征峰时用Ii表示),在j处有伴随峰(付峰)离子流Iij,则

　　3.四极质谱计相对灵敏度系数αi

　　把气体i和纯N_²混合气(压力比1∶1)注入分析室,在标准H值下若气体i和N2的特征峰高度分别为Iik和I_^N2.28,则

　　电真空器件中常见气体的αi和Bij值列于表1,这是对我们所使用的特定四极质谱计和分析系统在以上定量系数定义的基础上对数十帕以上压力范围气体实际校准获得的,因此它有一定的针对性,否则必须另行校准,才能保证定量分析的正确性。