四极质谱计工作参数对校准因子影响研究

　　危险气体成份分析系统是用于我国火箭低温运载级低温贮箱安全监测的设备。在火箭液氢、液氧加注过程中，通过对贮箱共用封头(共底)内压力和氢、氧浓度进行监测，确定贮箱共底真空状态，防止由于氢泄漏而造成氢浓度升高、压力增高而带来燃烧、爆炸事故发生，确保火箭安全发射。

　　在危险气体成份分析系统中，采用质谱分析技术实现对氢、氧等气体浓度定量测量，通过校准对质谱峰离子流强度进行修正，利用修正后的质谱峰离子流强度实现气体浓度计算。由于影响质谱计灵敏度变化因素很多，简单地用谱峰强度进行浓度计算会带来较大误差，给浓度定量测量带来很大困难^{[ 1 , 2 ]。}为了保证浓度测量准确性，在测量过程中引入校准因子，对氢、氧等气体浓度测量结果进行校准。四极质谱计工作参数是影响质谱计校准因子的重要因素。因此，在进行质谱计校准因子制定前，应首先确定质谱计工作参数，保证仪器在最佳参数下工作。

　　1 实验装置

　　本项研究工作是在实验室危险气体成份分析系统校准装置中开展的，校准装置结构框图如图 1 所示。包括校准室、高真空系统、气体进样系统、标准气体、被校质谱计。被校质谱计选用QMS- 200M 四极质谱计，该仪器具有模拟峰扫描、多离子检测等功能。

　　为了降低校准室本底压力对校准结果影响，校准室本底压力要求小于 2×10^{- 5}Pa。校准前，对校准室残余气体进行质谱扫描，使本底峰降低到最小。四极质谱计初始工作参数参照仪器使用说明书和经验设置，并在设定参数下连续工作 20 min 以上，使仪器达到稳定工作状态。

　　2 校准因子计算方法

　　在质谱计工作参数保持不变的情况下，质谱计所测得谱峰离子流强度可以用公式(1)表示。

　　式中 Si———质谱计对被测气体组分分压力灵敏度，A/Pa

　　Pi———被测气体组分分压力，Pa

　　在工作过程中，质谱计分压力灵敏度 Si随着工作时间的增长会发生较大变化，采用绝对灵敏度校准方法很难实现灵敏度准确校准^[1]。本文采用相对灵敏度方法进行校准，校准因子按公式(2)定义。

　　式中 S^_W———被校组分分压力灵敏度，A/Pa

　　S^_N2———氮组分分压力灵敏度，A/Pa

　　A^_W———被校组分校准因子

　　标准气体源采用已知浓度标准混合气体，引入校准室的被测组份分压力可以用公式(3)表示。