Масс-спектрометрический метод

Метод основан на регистрации парциального давления контрольного газа (гелия или водорода) в вакуумной системе испытательной установки с помощью масс-спектрометра течеискателя.

Масс-спектрометрический метод контроля герметичности является наибо­лее широко применяемым в самых разных отраслях промышленно­сти. Это обусловлено его высокой чувст­вительностью и избирательностью к пробному газу, универсальностью.

Метод основан на регистрации проникающего через течи пробного вещества путем его ионизации с последующим разделением ионов по отношению их массы к заряду в электрическом и магнитном полях.

Сущность метода сводится к следующим процессам, протекающим в камере масс-спектрометрического анализатора:

1. В ионном источнике накаленный вольфрамовый катод испускает электроны. Приложенное электрическое поле ускоряет их до энергии, позволяющей при столкновении с молекулами смеси газов превращать их в положительные ионы с массой m и зарядом е. Процесс термоэлектронной эмиссии может регулироваться с целью обеспечения необходимой чувствительности анализатора. Производится это с помощью изменения тока накала катода.

2. Из выходной диафрагмы пучок положительных ионов попадает в однородное поперечное магнитное поле постоянного магнита, в котором ионы начинают двигаться по круговым траекториям.

При этом возникает эффект фокусировки: ионы, выходящие из источника в виде слабо расходящегося пучка на некотором расстоянии, вновь собираются в полосу. Легкие газы (например, водород) имеют меньший радиус траектории, а тяжелые (например, азот и углеводороды) - больший.

3. Регистрация выделенного пучка ионов. В точке фокуса пучка ионов устанавливается входная диафрагма с коллектором ионов. Это место может соответствовать углу отклонения ионов на 180°, 120° или 90°. Все остальные ионы разряжаются на стенках анализатора. На коллекторе возникает ионный ток, величина которого зависит от количества, попадающего в течеискатель пробного газа, т.е. от степени негерметичности испытуемого объекта. Ионный ток подается на электрометрический усилитель и далее измеритель ионного тока, и регистратор. Для устранения ионов других газов, случайно попавших на рабочую траекторию вследствие вторичных соударений, перед коллектором помещают супрессор - подавитель фона. Электрическое поле супрессора, отталкивает низкоэнергетические случайные ионы.

Пробные вещества

Большинство масс-спектрометрических течеискателей настроено на регистрацию одного пробного газа - гелия. Его малая молекулярная масса и низкая сорбционная способность, обеспечивают хорошее проникновение через малые течи, а химическая инертность делает его безопасным в применении, гелий стоит недорого. Гелий в весьма малых количествах содержится в атмосферном воздухе (5∙10^-4 %) и продуктах газовыделения, так что фоновые эффекты при работе с ним сказываются значительно меньше, чем в случае применения других газов. Кроме гелия, в специальных случаях, могут применяться и некоторые другие газы, например, водород. Однако, чувствительность испытаний при этом оказывается значительно заниженной.

Рассмотрим ряд способов, применяемых при реализации масс-спектрометрического метода контроля герметичности.