Вакуумная система

Главное назначение системы вакуума — снятие показателей высокого вакуума в камере анализатора и в источнике ионов. Форвакуумный насос – ее важная часть.

Насосы в  вакуумной системе.

Возможность оперативной сборки и разборки отдельных узлов вакуумной системы  предоставляет ее внутренняя структура. При этом не происходит нарушений взаимного расположения узлов стойки и многократного прогрева ее до температуры 300-350°С с сохранением герметичности.

вакуумная система
Рис 1. Система аналитической части А.

Две ступени (предварительного разряжения и высокого вакуума) входят в состав системы.

Форвакуумный насос ФН обеспечивает предварительное разрежение. Через форвакуумный баллон ФБ происходит откачка. Баллон при отключенном ФН предоставляет возможность насосам диффузионным функционировать два часа.

Откачка камеры анализатора на форвакуум допустима без форбаллона через ф-вентиль ВВ5 и вакуумный шлюз ВВ4. Такой вариант возможен при работающих диффузионных насосах и при давлении в камере анализатора, превосходящем предельное давление на выводе диффузионных насосов.

Проникновение паров масла из форвакуумного насоса в вакуумную систему предотвращает ловушка форвакуумная ЛФВ. Вентиль В34 «форбаллон» изолирует форвакуумный насос от форвакуумного баллона. Вентиль В32 «электрометр» отделяет форвакуумный насос от блока электрического каскада. Для выпуска атмосферного воздуха в систему сконструирован специализированный клапан В31 «атмосфера».

Два диффузионных парортутных насоса ДН обеспечивают высокий вакуум. Максимальное давление, которое могут обеспечить эти насосы, составляет 2+3.10-8 (для этого необходимо использовать высоковакуумные вымораживающие ловушки ВВЛ1 и ВВЛ2 c жидким азотом).

Для откачки источника ионов и части камеры анализатора предназначен первый диффузионный насос. Для откачки оставшейся части камеры анализатора – второй. Описанная система откачки предоставляет возможность увеличить давление анализируемого газа в источнике ионов, при этом не повышается давление в камере анализатора.

Магнитно-ионизационный насос (МИН) в вакуумной системе.

Магнитно-ионизационный насос (МИН) применяется в вакуумной системе наравне с диффузионными насосами, что значительно понижает уровень остаточного «фона» в масс-спектрах за счет предотвращения появления в ней паров воды, ртути и масел (которые поступают из форвакуумного и д-насосов).

Понижение уровня «остаточного» фона играет огромную роль при исследовании веществ (например, изотопов свинца и ртути). Вентили ВВ2-3 необходимо закрыть при работе с МИН. С использованием МИН появляются такие возможности, как:

  • поддерживание высокого вакуума в стойке аналитической части, которая отключена от электросети,
  • протяженная откачка.

Вентили вакуумной системы.

Вентиль ВВI отделяет насос МИН от вакуумной системы. ВВI закрывается при исследовании газовых смесей, которые включают анализируемый компонент-гелий, в этом варианте откачку необходимо осуществлять диффузионным насосом.

heatradiates

 

Высоковакуумные вентили ВВ2-3, которые отделяют высоковакуумные ловушки от камеры анализатора, позволяют напустить в камеру анализатора атмосферный воздух (при этом диффузионные насосы не выключаются и не охлаждаются при замещении источников иона или приемника). Вентиль ВВI необходимо закрыть, когда в камеру поступает воздух.

Когда происходит поступление атмосферного воздуха в зону источника ионов, вакуумный шлюз ВВ4 герметизирует камеру анализатора.

Откачивание блока электрометрического каскада на форвакуум происходит через «электрометр» вентиль В32. Откачивание необходимо для ликвидации влаги, которая значительно портит свойства стекла, применяемого для изоляции лампы электрической.

Вентили запорные или регулирующие — ВН расположены на фланце источника ионов, через которые происходит поступление исследуемого газа в источник ионов.

Промежуточный или вязкостной режим поступления в источник ионов предоставляет регулирующий вентиль, который необходим при исследовании изотопов газа.

Для анализа молекулярного, при котором поступление газа должно происходить в молекулярном режиме, используется запорный вентиль, оснащенный диафрагмой с небольшим отверстием.  Также этот вентиль применяется при некоторых исследованиях изотопного состава для обеспечения режима молекулярного поступления образца в источник ионов.

Датчики ЛI и Л2 (термопарные манометры), расположены на тройниках ФН и на форвакуумном баллоне БФ. Эти датчики осуществляют контроль давления в форвакуумной секции вакуумной системы.

Магнитно-ионизационный манометр (предел измерений 1.10-4  — 1.10-8 тор) контролирует верхнее значение вакуума в зонах источников ионов ИИ, приемника ионов ПИ и камеры анализатора КА. В электрическую схему манометра возможно попеременное включение датчиков МИД манометра.

Электрические подогреватели необходимы для вентилей ВВ-I и ВВ2-3, трубки от системы откачки, МИД датчиков.

Вентиль В33 применяют для отсоединения диффузионных насосов от форбаллона во время его прогрева для того, чтобы произошла очистка форвакуумного баллона от загрязнений.

Дополнительные материалы вакуумной системы и ее конструкция.

Стекловолокно используется для изоляции в подогревателях электрических узлов и вакуумных коммуникаций в масс-спектрометрах.

Подогреватели такого типа выгодно использовать по сравнению с другими в связи с их экономичным режимом работы и маленькими размерами. Подогреватели, которые по инструкции необходимо наматывать на обогреваемый элемент, можно также  подсоединить к малодоступным узлам масс-спектрометра. Если произошел сбой в работе обогревателя, его можно оперативно заменить.

Верхний предел температуры, который допустим при нагревании элементов — 350°С.

Конструкция вакуумной системы быстроразъемная. Вакуумные уплотненные соединения изготовлены с применением металлических прокладок (материал – бескислородная медь). Исключение составляют: блок электрометрического каскада, разные уплотнения форвакуумной части. При температуре 350°С герметичность соединений остается прежней. Она достигается тем, что прокладки подвержены пластической деформации.

Все элементы вакуумной системы были произведены из нержавеющей стали для понижения «фона». При этом внутри все элементы и узлы высоковакуумной части досконально очищены и отшлифованы.

Последние публикации