Analizador de gases residuales

Un analizador de gases residuales ( RGA ) es un espectrómetro de masas pequeño y generalmente robusto , diseñado típicamente para el control de procesos y el monitoreo de la contaminación en sistemas de vacío . Cuando se construye como un analizador de masas cuadrupolo , existen dos implementaciones, utilizando una fuente de iones abierta (OIS) o una fuente de iones cerrada (CIS). Los RGA se pueden encontrar en aplicaciones de alto vacío, como cámaras de investigación, configuraciones de ciencia de superficies , aceleradores , microscopios de barrido , etc. Los RGA se utilizan en la mayoría de los casos para monitorear la calidad del vacío y detectar fácilmente trazas diminutas de impurezas en el entorno de gas de baja presión. Estas impurezas se pueden medir hasta niveles de Torr , y poseen una detectabilidad sub- ppm en ausencia de interferencias de fondo. ${\displaystyle 10^{-14}}$

Los RGA también se utilizarían como detectores de fugas in situ sensibles, generalmente utilizando helio , alcohol isopropílico u otras moléculas trazadoras. Con sistemas de vacío bombeados a niveles inferiores a Torr (para verificar la integridad de los sellos de vacío y la calidad del vacío), se pueden detectar fugas de aire, fugas virtuales y otros contaminantes a niveles bajos antes de que se inicie un proceso. ${\displaystyle 10^{-5}}$

El OIS es el tipo de RGA más ampliamente disponible. Los analizadores de gases residuales miden la presión detectando el peso de cada átomo a medida que pasan a través del cuadrupolo. Este tipo de ionizador, cilíndrico y axialmente simétrico ^[1] , existe desde principios de la década de 1950. El tipo OIS generalmente se monta directamente en la cámara de vacío, exponiendo el alambre de filamento y la jaula de alambre de ánodo a la cámara de vacío circundante, lo que permite que todas las moléculas en la cámara de vacío se muevan fácilmente a través de la fuente de iones. Con una presión operativa máxima de Torr y una presión parcial mínima detectable tan baja como Torr cuando se usa en tándem con un multiplicador de electrones . ${\displaystyle 10^{-4}}$${\displaystyle 10^{-14}}$

Los RGA OIS miden los niveles de gas residual sin afectar la composición del gas de su entorno de vacío, aunque existen limitaciones de rendimiento que incluyen:

• Desgasificación de agua de la cámara, de los electrodos OIS y de la mayoría de las variedades de acero inoxidable de la serie 300 utilizadas en la cámara de vacío circundante debido a las altas temperaturas de la fuente de cátodo caliente (> 1300 °C).${\displaystyle H_{2}}$
• La desorción estimulada por electrones (ESD) se observa a través de picos a 12, 16, 19 y 35 u en lugar de por ionización por impacto de electrones de especies gaseosas, con efectos similares a los de desgasificación. Esto se contrarresta frecuentemente recubriendo el ionizador con oro, lo que a su vez reduce la adsorción de muchos gases. El uso de ionizadores de molibdeno revestidos con platino es una alternativa.

En aplicaciones que requieren la medición de presiones entre y Torr, el problema de los gases ambientales y de proceso se puede reducir significativamente reemplazando la configuración OIS con un sistema de muestreo CIS. Este ionizador se asienta sobre el filtro de masa cuadrupolo y consiste en un tubo corto hermético al gas con dos aberturas para la entrada de electrones y la salida de iones. Los iones se forman cerca de una sola placa de extracción y salen del ionizador. Anillos de alúmina eléctricamente aislados sellan el tubo y los electrodos polarizados del resto del conjunto de masa cuadrupolo. Los iones se producen por impacto de electrones directamente a la presión del proceso. Este diseño se ha aplicado a instrumentos de espectrometría de masas de cromatografía de gases antes de su adaptación por los analizadores de gas cuadrupolo. La mayoría de los sistemas CIS disponibles comercialmente operan entre y Torr y ofrecen detectabilidad de nivel ppm en todo el rango de masas para presiones de proceso entre y Torr. El límite superior se establece mediante la reducción del camino libre medio para colisiones neutras de iones que tienen lugar a presiones más altas y dan como resultado la dispersión de iones y una sensibilidad reducida. ${\displaystyle 10^{-4}}$${\displaystyle 10^{-3}}$${\displaystyle 10^{-2}}$${\displaystyle 10^{-11}}$${\displaystyle 10^{-4}}$${\displaystyle 10^{-2}}$

El ánodo CIS puede considerarse como un tubo de alta conductancia conectado directamente a la cámara de proceso. La presión en el área de ionización es prácticamente la misma que en el resto de la cámara. Por lo tanto, el ionizador CIS produce iones por impacto de electrones directamente a la presión del proceso, mientras que el resto del analizador de masas se mantiene a alto vacío. Este muestreo directo proporciona una buena sensibilidad y tiempos de respuesta rápidos.

• Una referencia que describe la ionización umbral con RGA