仪器分析中的真空技术与原理

1、仪器分析中的真空技术与原理目录引言仪器中使用真空系统的原因真空的定义真空系统的分类真空系统的原理我们常见的含真空系统的仪器有： 光电子能谱仪（XPS）、俄歇电子能谱仪（AES） 透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、低能电子显微镜（LEED）、离子散射谱仪（ISS）、二次离子质谱仪（SIMS）一、引言为什么这些仪器需要使用真空系统？为什么这些仪器需要使用真空系统？由于电子、离子在空气中行进的速度很慢，所以必须有真空系统，否则，空气中运送的电子、离子与气体分子会碰撞而散射,使得电子或离子的平均自由程变小;电子枪中的高压需要处于高真空中;高真空可以延长电子枪中灯丝的寿命;试样处于高真

2、空中可以减少污染等。二、真空的定义1、真空的定义：、真空的定义： 低于该地区大气压的稀簿气体状态 2、真空度、真空度 ： 通常用“真空度高”和“真空度低”来表示。3、真空度单位、真空度单位 通常用托（Torr），近年国际上取用帕（Pa）。 4、托与帕的转换、托与帕的转换 1托=133.322帕5、平均自由程：、平均自由程： 作无规则热运动的气体粒子，相继两次碰撞所飞越的平均距离，用符号“”表示。 6、真空度的测量：、真空度的测量：若所测设备内的压强低于大气压强，其压力测量需要真空表。从真空表所读得的数值称真空度。真空度数值是表示系统压强实际数值低于大气压强的数值。三、真空系统的分类：真空系统的

3、分类 各真空系统的范围各真空系统的应用 真空系统的分类工业上的真空指的是气压比一标准大气压小的气体空间，又可分为低真空、中真空、高真空和超高真空，存在它们的环境相应的称为系统。一般使用特制的抽气机得到真空的。 分类真空区域（托真空区域（托 Torrr）压强范围（帕压强范围（帕Pa） 低真空760101013251333 中真空1010-313331.3310-1 高真空10-310-81.3310-110-6超高真空10-810-1210-610-10极高真空10-1210-10 各真空系统的范围： 真空系统的应用：低真空系统是利用低真空获得的压力差来提升和运输物料，以及吸尘等，如吸尘器、真空

4、吸盘。 中真空系统一般用于排除物料中溶解的气体或水分等。如真空浓缩生产炼乳。高真空系统可用于热绝缘、电绝缘和避免分子电子、离子碰撞的场合。高真空中分子自由程大于容器的线性尺寸，因此高真空可用于电子管、光电管、阴极射线管等器件中。四、真空系统的原理 真空系统的组成 真空系统的原理 真空泵的工作流程 真空泵在真空系统中所起的作用 具有代表性的真空泵 旋转式真空泵 分子泵 离子泵 真空泵机组 真空系统的组成真空系统通常由真空泵、真空容器及真空管道组成，典型流程见图1。 真空系统的原理由上图可知，真空系统中最主要的环节是真空泵。按真空泵的工作原理，真空泵可以分为两种类型即气体传输泵和气体捕集泵。随着真

5、空技术在生产中对压强范围的要求越来越宽，为了使用方便和满足各种真空工艺过程的需要，有时将多种真空泵按其性能要求组合起来，以机组型式应用。 真空泵的工作流程启动系统，主真空泵组开始工作，直到设定的上限值，自动停止运行，中央真空系统内的真空由真空止回阀自动截止而得到维持。如因真空度下降且低于设定的下限值时，备用真空泵组自动启动。由此循环往复，满足生产的要求。 真空泵在真空系统中所起的作用泵在不同领域中所起的作用主要有如下几个方面：泵在不同领域中所起的作用主要有如下几个方面：主泵：对真空系统被抽容器直接进行抽真空。粗抽泵：指从大气压开始降低真空系统压强达到另一抽气系统可以开始工作的真空泵。前级泵：指

6、用于使另一个泵的前级压强维持在其最高许可的前级压强以下的真空泵。维持泵：在真空系统中配一种抽气速度较小的辅助前级泵来维持主泵的正常工作的真空泵。低真空泵高真空泵超高真空泵增压泵：用以提高抽气系统在中间压强范围的抽气量或降低前级泵抽气速率要求的真空泵。 具有代表性的真空泵：旋转式机械泵：分子泵（TMP）：离子泵：Ti升华泵：低温泵 旋转式机械泵旋片式真空泵旋片式真空泵: :（油封式机械真空泵）其工作压强属于低真空范围。它可单独使用，也可作为其它高真空泵或超高真空泵的前级泵。旋片泵有单级和双级两种。 构造构造：偏心轴转子,固定翼,油。 旋转动力是电机。工作原理工作原理：转子紧贴泵壁内侧旋转。固定翼

7、随之下移,转子到达油面后,空气被压缩,压缩后的空气压力高于外界大气压之后从排气口排出。特征特征：排气能力由压缩比决定。优点：操作简单，可以从大气压状态下启动。缺点：油要蒸发，为了避免其进入真空腔内, 干式真空泵正在成为主要的旋转式机械泵。 分子泵原理：原理：每分钟旋转数万次的高速旋转叶片撞击气体分子,被撞击的气体分子碰撞到固定叶片后又被弹到下一个旋转叶片上,最终被送到排气口。方向相反,使分子难于逆行。构造：构造：电机驱动的高速旋转叶片；泵壁上固定的固定叶片。特征特征：优点:激活快；不用油,工作环境清洁,可到达10-10Pa的真空度；排气速度不受气体种类影响。 缺点：价格贵,高速旋转、有振动，要注意安装要求；需要和其它初段排气泵组合。离子泵离子泵的工作原理采用了电渡原理, 由金属钛的清洁表面来完成。构造：强磁铁, 一组并联的钛(Ti)阴极, 中间是开放式的网状阳极,阴极接地, 阳极加高压。原理原理：通过溅射现象,使Ti离子化,Ti离子化学反应活性高，和气体分子反应之后生成化合物。一部分气体分子也离子化之后向阴极加速,使阴极的Ti被溅射后,