Vakuum-Residualgasanalysatoren

Wählen Sie zunächst nach dem Massenbereich und dann nach den Anforderungen an Steuerung und Prozessintegration. Die RGA100-Familie deckt 1–100, 1–200 oder 1–300 amu ab und kommuniziert über RS-232C; Ethernet ist über einen externen Adapter verfügbar. Die RGA120-Familie deckt 1–120, 1–220 oder 1–320 amu ab und ergänzt USB, integriertes 10/100 Ethernet, analoge I/O, Relais-, GPIO-, Pt100-RTD- und Trigger-Anschlüsse. Außerdem unterstützt sie die automatische Peak-Abstimmung und analoge Scans bis 260,4 amu/s bei 10 Punkten pro amu. Für neue automatisierte Anlagen bietet der RGA120 die umfassenderen Integrationsmöglichkeiten, während der RGA100 weiterhin geeignet ist, wenn sein Massenbereich und seine serielle Steuerungsarchitektur zu einem bestehenden Design passen.

Der Elektronenvervielfacher sollte spezifiziert werden, wenn die angestrebten Partialdrücke unterhalb des praxisgerechten Bereichs des Standard-Faraday-Bechers liegen oder wenn Messungen sehr geringer Konzentrationen kürzere Erfassungszeiten erfordern. Der Faraday-Becher hat einen minimal nachweisbaren Partialdruck von 5 × 10⁻¹¹ Torr, während der Vervielfacher diesen unter den angegebenen Stickstoff-Messbedingungen auf 5 × 10⁻¹⁴ Torr erweitert. Auch der anwendbare Kammerdruckbereich unterscheidet sich: Der Faraday-Becher kann von 10⁻⁴ Torr bis in den UHV-Bereich betrieben werden, während der Betrieb mit Vervielfacher bei 10⁻⁶ Torr beginnt. Die Gesamtdruckmessung ist mit Ionenstrommessungen über den Faraday-Becher verknüpft. Konstruktionen mit Vervielfacher sollten daher eine geeignete Druckverriegelung, eine Verstärkungskalibrierung und eine Möglichkeit zur Rückschaltung auf den Faraday-Becher vorsehen, wenn der Kammerdruck ansteigt.

Die Sonde wird an einem 2,75-in-CF-Flansch montiert und benötigt einen Vakuumanschluss mit einem Mindestinnendurchmesser von 1,375 in. Die Einstecktiefe der Sonde beträgt 2,0 in, der Abstand von der Flanschfläche bis zur Oberseite des Ionisators 8,75 in, und um den freiliegenden Ionisatorbereich ist ein Kammerfreiraum von etwa 2,5 in erforderlich. Die Elektronik-Steuereinheit misst 9,1 × 4,1 × 3,1 in und kann vor dem Ausheizen von der Sonde getrennt werden. Die Sonde hält ohne Steuereinheit Temperaturen bis 300 °C stand, wobei 200 °C die empfohlene Ausheiztemperatur mit dem kompatiblen Heizmantel sind. Der normale Betrieb ist auf 70 °C begrenzt, daher sollten bei der Installationsplanung Prozesswärme, Belüftung und Servicezugang berücksichtigt werden.

Die RGA120-Serie stellt die Anschlüsse bereit, die für die direkte Anbindung an viele Prozesssteuerungs­systeme erforderlich sind. Ihr analoger Ausgang kann auf 0–20 V oder 4–20 mA konfiguriert und mit Variablen wie Gesamtdruck, Massenionenstrom, Temperatur oder Emissionsstrom verknüpft werden. Der analoge Eingang akzeptiert 0–10 V, 4–20 mA oder 4–20 mA mit Loop-Power, während das DPDT-Relais für bis zu 60 W, 75 VA, 125 VDC, 150 VAC oder 2 A ausgelegt ist. Ebenfalls enthalten sind ein 0–3,3-V-GPIO, ein Trigger-Eingang und ein Pt100-RTD-Eingang. Die RGA100-Serie arbeitet stattdessen mit RS-232C-Befehlen; eine Netzwerksteuerung ist über den externen Ethernet-Adapter möglich, sodass für die direkte PLC-Integration zusätzliche Steuerungshardware erforderlich sein kann.

Für quantitative Anwendungen sind gasspezifische Empfindlichkeitsfaktoren und geeignete Fragmentierungsdaten erforderlich, anstatt sich nur auf ein Bibliotheksspektrum zu stützen. Ein reines Kalibriergas wird normalerweise bei bekanntem Druck, typischerweise um 10⁻⁶ Torr, eingeleitet, und sein Hauptmassenpeak wird mit dem Faraday-Becher gemessen. Der Empfindlichkeitsfaktor wird aus der Änderung der Ionenstrom-Peakhöhe dividiert durch die entsprechende Änderung des Partialdrucks berechnet. Elektronenenergie, Ionenenergie, Emissionsstrom, Peakbreite, Detektortyp und andere Betriebseinstellungen müssen zwischen Kalibrierung und nachfolgenden Messungen konstant bleiben. Wird der Elektronenvervielfacher verwendet, sollte seine Verstärkung als separater Korrekturfaktor behandelt werden, damit Änderungen der Vervielfacherverstärkung nicht mit Änderungen der intrinsischen Empfindlichkeit des Analysatorkopfs verwechselt werden.

Die Auflösungsspezifikation bedeutet, dass Peaks, die um eine nominale atomare Masseneinheit getrennt sind, bei korrekt abgestimmtem Instrument normalerweise unterschieden werden können. Sie ist bei 10 % der Peakhöhe gemäß AVS Standard 2.3 definiert, und die Peakbreite kann über den gewählten Massenbereich konstant gehalten werden. Das eignet sich für die Identifizierung vieler gängiger Vakuumspezies und ihrer Fragmente, darunter Wasserstoff, Wasser, Stickstoff, Sauerstoff, Argon und Kohlendioxid. Nicht getrennt werden jedoch verschiedene Spezies, die Ionen mit exakt demselben Masse-Ladungs-Verhältnis erzeugen, etwa Stickstoff und Kohlenmonoxid bei Masse 28. Solche Fälle müssen durch die Auswertung zusätzlicher Fragmentpeaks, Isotopenverhältnisse, der Prozesshistorie und kalibrierter Fragmentierungsmuster aufgelöst werden.

Beide Serien verwenden ein duales thoriertes Iridium-Filament mit firmwarebasierter Schutzfunktion und vor Ort austauschbarer Konstruktion. Der RGA100 überwacht während des Betriebs mit 675 Hz auf Überdruck, während der RGA120 den Prozessdruck prüft, bevor das Filament aktiviert wird, und druckbezogene Fehler über sein Statussystem meldet. Eine programmierbare Entgasungsfunktion legt bei der RGA100-Serie eine kontrollierte Leistungsrampe von 1–10 W und bei der RGA120-Serie von 1–8 W an, um Verunreinigungen im Zusammenhang mit der Ionenquelle zu reduzieren. Die Elektronik-Steuereinheit sollte vor dem Ausheizen der Sonde bei hohen Temperaturen oder vor Servicearbeiten an der Sonde entfernt werden. Bei der Wartung müssen saubere Vakuumverfahren eingehalten werden, da Fingerabdrücke, Staub, ungeeignete Werkzeuge oder verunreinigte Ersatzteile Hintergrundsignale erhöhen und die anschließende Gasanalyse beeinträchtigen können.

Die mitgelieferten Windows-Anwendungen unterstützen analoge Spektren, Histogramm-Scans, Druck-über-Zeit-Überwachung, Lecktests und zeitgesteuerte Datenerfassung. Ergebnisse können mit linearen oder logarithmischen Skalen sowie in Druckeinheiten wie Torr, bar und Pascal dargestellt werden; zudem lassen sich Alarme und Gasbezeichnungen für überwachte Spezies konfigurieren. Daten können im CSV-Format exportiert werden, und Diagramme lassen sich zur Analyse oder Berichterstellung in gängigen Bild- und Dokumentformaten speichern. Mehrere Analysatorköpfe können parallel über separate Softwareinstanzen betrieben werden, abhängig von den verfügbaren Ressourcen des Host-Computers. Für automatisierte Systeme unterstützt der RGA120 die SCPI-Steuerung über USB, Ethernet oder RS-232C, während der RGA100 seinen seriellen Befehlssatz auf hoher Ebene verwendet und über den externen Ethernet-Adapter ins Netzwerk eingebunden werden kann.