一种ICP-MS真空测量系统的研制

2011-09-26 李明 钢铁研究总院分析测试所

  本文介绍了一种基于C8051F 微控制器并应用于电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)的真空测量系统。系统由真空计组、预处理电路、C8051F 微控制器、串行接口和上位机组成,能同时测量接口、透镜和四级杆三个部分的真空状态,且具有较高的集成度,紧凑的体积和较低的功耗,经最后实验证实,系统能准确且稳定的测量各个部分的真空度,可为ICP-MS 的正常工作提供相应的条件保障。

  电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)是通过高频电磁场将含待测样品的气体电离后送入质谱仪,在质谱仪中按离子的质荷比(m/z)分离不同离子,从而实现对样品中所含元素进行定性、定量分析的一种仪器。

  本文涉及到的ICP-MS 结构如图1 所示,主要由ICP 源、接口、透镜和四级杆质谱仪四部分组成,其中接口、透镜和质谱仪都必须在特定的真空环境下才能工作,因为在质谱中离子的平均自由程越大,在有限长的真空腔体内发生分子间或者是离子间的碰撞就越少,越有利于提高分辨率,如果真空度低,平均自由程就短,那么分子之间的碰撞就频繁,质谱仪的分辨率就会下降;目前所使用电子倍增器等信号放大系统都需要在高真空下才能够达到应有的效果[1]

典型的ICP-MS 结构

图1 典型性的ICP-MS 型式

  如图2 所示,ICP-MS 各个腔体对真空度的要求如下:其中接口处的真空度一般应保持在102 Pa 左右,透镜处的真空度则应保持在10-2 Pa左右,四级杆处则应保持在10-4~10-5 Pa 左右的高真空。真空一般由机械泵即可实现,高真空的实现则由机械泵和涡轮分子泵串联完成,机械泵作为前级将体系抽到10-1~10-2 Pa,然后再由分子泵继续抽到所需的高真空。

ICP-MS 真空腔体内部结构

图2 ICP-MS 真空泵腔人体内部结构特征 1、机系统组成部分   利用ICP-MS 对抽抽真空度室腔体的还要,还要无缝对标准接口、透镜和四六级杆五个部份来抽抽真空度室度的校正。如同3 正确图所示,校正平台由抽抽真空度室计组、预办理电线、C8051F 微操纵器、串行标准接口包括运算机等构成的。平台的工作中的流程正确:抽抽真空度室计内容输出的模以无线无线信号经预办理电线调换至A/D 更换器的复制粘贴输出功率依据,经A/D 更换器更换为数字化无线无线信号,后数据源借助RS232 串口传送給运算机,运算机再对数计算据源来进一歩的办理并雷达回波图屏幕上显示校正最终结果。

真空测量系统结构

图3 真空环境測量体统型式 2、真空泵计的采用

  本系统设计所需的真空计组包括2 个用于测量接口和透镜真空的低真空计以及1 个用于测量四级杆真空的高真空计。通过市场调研,我们选用了瑞士英福康公司的PSG500 型皮拉尼真空计和PEG100 型反磁控真空计,其中PSG500 型真空计的测量范围为大气压至10-2Pa,PEG100型真空计的测量范围为100 Pa 至10-7Pa,其所需的外部供电电压均为+24 V,便于系统电源的集成设计;真空计的输出信号是模拟信号,这也简化了后续采集电路的设计;同时二者具有灵活的接口方式和较好的长期稳定性,能满足系统的设计要求。

5、总的   今天解释好几回种运用于ICP-MS 的蒸空箱测试整体化,选文图解的叙述了整体化构造与运作的操作流程、蒸空箱计的选泽、整体配置电源线路制作和上位机工具工具表现一系列,该测试整体化能时候测试两个低蒸空箱和一小部分高蒸空箱,并能达到高蒸空箱计的自己关掉,最终在已经存在的ICP-MS 平讲台完全了对整体化的认证,其测试結果包含预期的,给ICP-MS 的顺利运作的展示了环境确保。 考虑论文文献综述

  [1] 杨继伟. 质谱仪真空测量与控制系统的研究与开发[D].长春:吉林大学, 2009.
  [2] 童长飞.C8051F 系列单片机开发与C 语言编程[M].北京:北京航空航天大学出版社,2004.
  [3] 黄有全,李桂平. 基于87C196KB 的自动真空测控系统研究[J]. 真空, 2010,47(6):59- 62.
  [4] 陈进, 郭琼,王惠龄,等.嵌入式低温真空测量系统[J].真空, 2004,41(2):48- 50.
  [5] 罗强,任庆利,罗莉. 一种新型智能真空测量仪的研制[J]. 真空, 2000,37(6):40- 42.
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