什么是定量气体分析?
在解读某种未知气体混合物的质谱时,会遇到一些特殊的难题。仅在确定了所有的离子源后,才能相互抵消不同来源的离子流的影响。在真空技术的许多应用中,面对的都是少数几种特性已知并且原子序数少于 50 的简单气体的混合物(与加工工艺相关的气体可能例外)。在正常情况下,还会面临一些更加复杂的情形 - 由多种气体成分组成的完全未知混合物所生成的多种离子峰相互叠加的质谱图;对于这种情况,在尝试进行定量分析之前,必须先进行定性分析。所遇到的困难程度则取决于离子峰重叠的数量(个别/少数/多数)。
对于个别叠加,在测量一种气体以及相同类型的气体时,对几种原子序数的离子流进行相互平衡通常能够得出结果。
当叠加数量较多而气体数量总体有限时,对照成分已知的某种校准气体的质谱图,应用修正因子进行表格评估通常会很有帮助。
在通常情况下,会有多种气体对所有质量的离子流产生或大或小的影响。一种气体 g 在各种情况下对原子数 m 的影响比例将以碎片系数 Ffm,g 表示。为了简化计算,碎片系数 Ffm,g 还将包含传递系数 TF 和检测系数 DF。那么,以所包含的所有气体的整体离子流的函数表示的离子流与质量 m 之比可用矩阵表示法表示为:
原子序数 m 的离子流矢量(由各种气体的碎片影响而产生的值)等于碎片矩阵乘以各种气体的流量总和的矢量。
(化简后的表达式为:i = FF · I)
其中 im+ = 由各种单独气体的碎片影响而产生的原子序数的离子流矢量
可以看到一种气体引起的离子流与分压成正比。该线性方程组仅在 m = g(方阵)的特殊情况时有解;当 m > g 时,该方程组存在过度识别问题。由于不可避免会出现测量误差(噪声等),不存在能够准确地满足方程组条件的总离子流量 I+g(分压或浓度)。现在,需要在所有可以想象到的解中,确定哪一个 I+*g 在对部分离子流 I+*m 进行反向计算后,相对于实际测量的部分离子电流 I+m 的平方差最小。因此:
这种最小化问题在数学上与另一个方程组的解相同,
它可由计算机直接进行评估。那么,各种气体的离子流矢量为:
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参考资料
- 真空符号
- 单位术语表
- 参考文献和来源