Градуировка газоанализаторов парциальных давлений

При градуировке манометра по методу переменной проводимости или деления потока можно избежать ошибок, связанных с натеканиями и адсорбционными процессами, если величина газового потока, участвующего в градуировке, будет больше величины натекания и газоотделения. Применение насосов с большой скоростью откачки позволяет осуществить градуировку манометров с погрешностью 4—5% вплоть до самых низких давлений.

рис. 9. 2, давление постепенно снижается и для п-й ячейки может быть определено по формуле.

В области высоких давлений 760ч-10⁴ мм рт. ст. непосредственное измерение парциальных давлений пока невозможно. Для проведения газового анализа приходится прибегать к использованию схемы понижения давления (рис. 9. 3). Из баллона напуска 1, заполненного исследуемой смесью газов, через капилляр U _г смесь газов поступает в камеру 2, откуда она откачивается насосом 3 через трубопровод U₂. К камере 2 подключается масс-спектрометр, который анализирует смесь газов уже при давлении Р₂, отличном от давления P_v Если проводимость трубопровода U₂ значительно меньше скорости откачки насоса для всех газов, входящих в состав анализируемой смеси.

Отношение проводимостей в выражении (9. 8), а следовательно, степень снижения давления ~ могут быть легко еде-ланы равными 10³-н10⁶. При молекулярном режиме течения газа U1

отношение р не зависит от давления и молекулярного веса газа, т. е. парциальное давление каждой компоненты смеси в камере 2 будет пропорционально ее парциальному давлению в камере 1. При этом процентный состав смеси в камере анализатора сохранится таким же, как и в исследуемом объеме.

При проведении газового анализа на такой установке необходимо предварительно осуществить градуировку по каждому из газов, входящих в анализируемую смесь. Проведя напуск газа в объем 1, определяют постоянную где 1_К — ионный ток в максимуме спектральной линии, принятой в спектре масс данного газа за стандартную; Р_г — давление компонента анализируемой смеси в объеме напуска, определяемое манометром 4.

После этого находят относительную интенсивность всех линий спектра компонента по отношению к интенсивности стандартной линии. Затем исследуют зависимость а для каждого компонента от ее давления в объеме напуска. В случае выполнения условия (9. 8) эта зависимость должна быть линейной. Градуировка по процентному составу смеси проводится путем сравнения данных масс-спектрометра с известным составом выбранной для градуировки смеси. Такая градуировка обязательна при количественном анализе многокомпонентных смесей, так как наличие ионизированных осколков газообразных соединений и ложных пиков сильно затрудняет расшифровку полученных спектров.

В табл. 14 приведены соотношения спектральных линий некоторых чистых газов, которые можно использовать при расшифровке многокомпонентных спектров статистических масс-спектрометров.

Таблица 14

Соотношения спектральных линий чистых газов

Можно считать, что спектр масс смеси образуется аддитивным наложением спектров отдельных компонентов, и тогда оказывается возможным составить систему линейных уравнений, количество которых равно числу компонентов. Если отдельные газы в смеси не имеют общих спектральных линий, то система уравнений сильно упрощается.

Градуировка анализаторов в диапазоне 10~⁵н-10¹⁰ мм рт. ст. может производиться при непосредственном подключении анализатора в камере с исследуемой смесью газов. При этом нет необходимости применять схему, изображенную на рис. 9. 3, для понижения давления.

Рассмотрим градуировку анализаторов парциальных давлений на примере омегатрона РМО-4С, работающего в схеме ИПДО-1.

Ионный ток омегатронной лампы, характеризующий количество газов, прямо пропорционален парциальному давлению данного газа, току электронного луча и эффективности ионизации газа. Кроме того, ионный ток зависит от правильности ориентации омегатронной лампы в магнитном поле, чистоты поверхности электродов, величины улавливающего и высокочастотного напряжений. Воспроизводимость показаний прибора и количественный анализ возможны только при наиболее полном использовании (собирании) образующихся ионов, когда достигнут максимум ионного тока в зависимости от улавливающего и высокочастотного напряжений и положения электромагнита.

Это условие выполняется при улавливающем напряжении 0,7-4-0,9 в и высокочастотном напряжении 2 в для отношений массы к заряду 12 и напряжении 5 в для ~ 12. в приборе

ИПДО-1 изменение высокочастотного напряжения происходит автоматически на частоте 1 мгц.

Постоянная прибора ИПДО-1 определяется как выходное напряжение усилителя ионного тока, приходящееся на единицу давления компонента газа А при токе электронного луча 10 мка.

где Ra — относительная чувствительность ионизационного манометра к давлению газа А.

Если омегатрон предназначен для работы с многокомпонентными смесями, то следует проводить градуировку по процентному составу смеси. Для этого нужно выбрать несколько смесей известного состава и, пользуясь одним из описанных методов, уменьшить их парциальные давления без изменения состава смеси так, чтобы общее давление ее не превышало 10^-5-н 10’⁶ мм рт. ст. После этого следует определить процентный состав смеси при помощи омегатрона и сравнить с исходным составом.

При измерении омегатроном парциальных давлений возможны следующие ошибки.

1. Неправильная юстировка в магнитном поле. Омегатрон должен быть установлен так, чтобы электронный луч совпадал с осью магнитного поля. Правильность установки, кроме токов диафрагмы и улавливающих пластин, проверяется по линейной зависимости между электронным и ионным токами. Нарушение линейности, кроме неправильной установки омегатрона, может наблюдаться также при замасливании электродов.

2. Наличие газоотделения или г а з о поглощения в омегатронной лампе. В зависимости от предварительной технологической обработки омегатронной лампы в области высокого вакуума могут появляться ошибки в измерении давлений. Скорость откачки или газоотделения амегатрона может быть определена аналогично тому, как это было сделано в случае термоэлекронного манометра.

Для отдельных омегатронных ламп и приборов ИПДО-1 постоянная чувствительности может сильно изменяться, поэтому для определения парциальных давлений с меньшей погрешностью следует провести градуировку прибора по любому чистому газу с соответствующей относительной чувствительностью <р_л. Для этого указанный газ нужно напустить в систему и определить величину выходного напряжения U_A, соответствующую давлению Р_к, измеренному ионизационным манометром.

Парциальное давление газа Р_А определяется по формуле: