用于测量真空内单个残余气体分压的明确仪器是残余气体分析仪（RGA）。RGA 是一种紧凑型质谱仪，专门设计用于在真空室的低压环境中运行和分析，为您提供其化学成分的详细分解。
虽然标准真空计可以告诉您系统中的总压力，但它无法洞察哪些气体导致了该压力。RGA 通过提供真空的成分“指纹”来解决这个问题，将简单的压力值转变为强大的诊断和过程控制工具。
残余气体分析仪的工作原理
RGA 不是同时测量所有气体。相反，它通过质荷比系统地识别分子，一次一个质量地构建真空环境的完整图景。
原理：从分子到信号
RGA 的核心功能是将中性气体分子转换成对应于特定质量的可测量电信号。这通过三个主要步骤实现。
步骤 1：电离
来自真空室的气体分子漂移到 RGA 的离子源中。在这里，一个热灯丝发射出一束电子流，这些电子与气体分子碰撞，将一个电子撞掉，从而产生带正电的离子。
步骤 2：质量过滤（四极杆）
这些新产生的离子被加速进入质量过滤器，最常见的是四极杆。该装置由四个平行的金属杆组成。在这些杆上施加射频（RF）和直流（DC）电压的组合，形成复杂的电场，只允许具有单一、特定质荷比的离子具有稳定的路径并通过。
所有其他具有不同质量的离子都会偏向金属杆并被中和。
步骤 3：检测和光谱
成功穿过过滤器的离子撞击探测器，通常是法拉第杯或电子倍增管。这会产生与撞击它的离子数量成正比的微小电流。
通过系统地扫描四极杆杆上的电压，RGA 会扫描一系列质量。生成的数据被绘制成光谱，显示每个质量的分压（或离子电流），从而创建您真空中分子的条形图。
为什么您需要的不仅仅是压力读数
了解真空的成分对于故障排除、质量保证和过程控制至关重要。RGA 提供总压力计无法提供的直接、可操作的见解。
检漏
如果您的系统无法达到目标压力，RGA 可以立即确定原因。空气泄漏的经典特征是在质量 28（氮气）和质量 32（氧气）处出现峰值，并具有大约 4:1 的特征大气比例。
污染监测
RGA 对污染物极为敏感。它们可以检测到泵油反流产生的碳氢化合物、不当清洁产生的溶剂，甚至是指纹脱气产生的物质，使您能够精确定位和消除可能破坏敏感过程的污染源。
过程验证
在物理气相沉积（PVD）或半导体制造等工艺中，真空的纯度至关重要。RGA 可以验证不需要的反应性气体（如水蒸气或氧气）是否已充分清除，并确认所需工艺气体（如氩气）的精确分压。
释气分析
高真空系统中最常见的残余气体是水蒸气（质量 18），它会缓慢地从腔室壁解吸。RGA 允许您监测这种释气的速率，并确定您的系统何时“干燥”到足以进行您的工艺。
理解权衡和局限性
尽管 RGA 功能强大，但它是一种复杂的仪器，具有必须尊重的操作细微差别。
相对测量与绝对测量
RGA 提供高度准确的相对测量，显示不同气体的比例。然而，要获得以 Torr 或 mbar 为单位的精确绝对分压读数，必须对 RGA 的每种特定气体种类进行校准，因为其灵敏度会有所不同。
操作压力范围
RGA 不能在大气压下工作。它们有一个最大工作压力，通常在 10⁻⁴ 托左右。将 RGA 的热灯丝暴露在更高的压力下会导致其迅速烧毁。
灯丝寿命
离子源灯丝是一个具有有限寿命的易耗部件。在较高压力或与反应性气体一起操作会缩短其寿命。
光谱解释需要技巧
RGA 光谱并非总是直截了当的。较大的分子在电离过程中可能会分解成较小的带电碎片，这种现象称为“裂解”。例如，二氧化碳（CO₂，质量 44）也会产生 CO (28)、O (16) 和 C (12) 的峰值，这些峰值可能与其他气体重叠。
根据您的目标做出正确的选择
在投资 RGA 之前，明确您对真空分析的主要需求至关重要。
- 如果您的主要关注点是了解总压力： 标准真空计（如皮拉尼规、热电偶规或离子规）是正确且经济高效的工具。
- 如果您的主要关注点是排除泄漏或污染问题： RGA 是识别导致问题的特定气体的基本诊断工具。
- 如果您的主要关注点是控制对气体敏感的过程： RGA 对于实时监控、确保过程纯度和可重复性是不可或缺的。
最终，RGA 将您的真空系统从一个不透明的盒子转变为一个透明、可控的环境。
总结表：
| RGA 关键功能 | 主要益处 |
|---|---|
| 检漏 | 通过氮气 (28) 和氧气 (32) 峰值识别空气泄漏 |
| 污染监测 | 检测碳氢化合物、溶剂和其他污染物 |
| 过程验证 | 确认纯度并监测工艺气体分压 |
| 释气分析 | 跟踪水蒸气和其他解吸气体，以确保系统就绪 |
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