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《GB/T40333-2021真空计四极质谱仪的定义与规范》

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一、四极质谱仪基础概念大揭秘

（一）四极质谱仪究竟是什么

四极质谱仪（QMS），简单来说，是一种通过四极透镜系统实现离子筛选的精密装置。它在众多领域都发挥着关键作用，从真空检漏、残余气体分析，到物理和化学气相沉积、刻蚀等过程控制，都离不开它的身影。其工作原理基于离子在特定电场中的运动特性，通过四极滤质器对不同质荷比（m/z）的离子进行筛选和分离，进而实现对气体成分和压力的精确测量。根据GB/T

40333-2021标准，四极质谱仪主要由传感器头和电控单元两大核心组件构成。传感器头集成了离子源、四极;

滤质器和离子检测器等关键部件，负责将气体分子转化

为离子并进行检测；电控单元则通过射频源、稳压电源和放大器等，为离子源和滤质器的正常工作提供必要的电力支持，并对检测到的离子电流进行测量和处理。

（二）四极质谱仪的应用领域全景扫描

1.真空技术领域：在超高真空环境的制备和监测中，

四极质谱仪可精确测量残余气体的成分和分压力，确保真空系统的高纯度和稳定性。例如在半导体制造过程中，需要极高的真空度来保证芯片制造的精度和质量，四极质谱仪就成为了监测和控制真空环境的重要工具。在真空镀膜工艺中，它能实时监测镀膜室内的气体成分，帮助调整工艺参数，提高镀膜的均匀性和质量。;

2.材料科学领域：研究材料的表面特性和成分时，四

极质谱仪可用于分析材料在加热、真空处理等过程中释放的气体，从而推断材料的内部结构和杂质含量。在研究新型电池材料时，通过监测材料在充放电过程中产生的气体，有助于了解电池的反应机理和性能衰减原因，为材料的优化提供依据。

3.环境监测领域：用于检测大气中的痕量污染物，如挥发性有机化合物（VOCs）、有害气体等。在城市空气质量监测中，四极质谱仪能够快速准确地分析空气中的多种污染物成分，为环境质量评估和污染治理提供数据支持。在工业废气排放监测方面，它可以实时监测废气中的有害成分，确保企业达标排放。

二、核心??件深度剖析;

（一）离子源的类型与奥秘

1.开放式离子源：这种离子源对周围真空环境具有高导电性，通常设计为开放网格结构。其所有功能部件都暴露在同一真空区域，使得气体分子能够较为自由地进入离子源并被电离。开放式离子源的优点在于结构相对简单，易于制造和维护，能够快速对周围环境中的气体进行电离和检测。在一些对检测速度要求较高，且真空环境相对稳定的场合，如某些实验室的常规气体分析中，开放式离子源能够发挥其优势。它能够及时捕捉到环境中气体成分的变化，为实验提供快速的数据反馈。

2.封闭式离子源（差压式离子源）：使用一个几乎密封仅保留通道口的容器来电离及分析气体分子、样品气体、高能电子（用于轰击电离）及激发态离子。这类离;

子源允许在高于滤质器和检测器的压力下进行电离，宜

用于滤质器上带有高真空泵的样品减压系统中。封闭式离子源的优势在于能够在相对较高压力的环境下工作，对于一些需要在特定压力条件下进行气体分析的应用场景非常适用。在一些工业生产过程中，反应体系内的压力并非是极低的真空状态，封闭式离子源就能够在此环境下准确地对气体进行电离和分析，为生产过程的监控提供有力支持。

3.分子束离子源（交叉束离子源）：接收指向离子形成区域的中性气体分子的聚焦束，且不受其他离子源组成部分干扰。分子束通常穿过离子形成区域，与电子束和滤质器轴成直角。一些分子束离子源设计还包括围绕离子源的保护罩，其上有通向离子形成区域的孔，当分子束离开离子源时，可将其捕获或用泵抽走，以最小化;

散射分子对本底的贡献。分子束离子源适用于对气体分

子的精确控制和分析要求较高的研究领域，如在一些高精度的物理化学实验中，需要对特定分子的行为进行研究，分子束离子源能够提供高度纯净和聚焦的分子束，为实验提供准确的研究对象，有助于深入探究分子的结构和反应机理。

（二）四极滤质器的工作魔法

四极滤质器由四个平行导电杆组成，呈方形阵列，相对两杆短接构成一组。通过施加于导电杆上成临界比的射频（r.f.）和直流（d.c.）电场，根据质荷比将来自离子源的离子分离开来。对杆由相反的射频相和直流极性驱动，使得只有特定质荷比的离子能够在这个电场中稳定运动并通过滤质器，而其他质荷比的离子则会因运动轨;

迹不稳定而被排除。当离子进入四极滤质器时，在射频

和直流电场的共同作用下，离子会受到一个周期性变化的力。这个力的大小和方向取决于离子的质荷比以及电场的参数。对于特定质荷比的离子，其在电场中的运动轨迹会形成一个稳定的振荡，从而能够