Tyhjiöjärjestelmät puhtaisiin ja luotettaviin analyysiympäristöihin
Tyhjiöpumpuilla on keskeinen rooli monenlaisissa analyysi-instrumenteissa luomalla oikeat tyhjiöolosuhteet, joita tarvitaan tarkkoihin, tarkkoihin ja luotettaviin mittauksiin. Tyhjiöpumput poistavat ilmaa ja muita kaasuja instrumenttikammioista ja näytteiden valmistelussa luomalla tyhjiöympäristön, joka vähentää ilmakehän jäännöskaasujen mahdollisia häiriöitä. Tämä mahdollistaa signaalien havaitsemisen pienimmistäkin näytteistä, mikä on ratkaisevan tärkeää monenlaisten analyysisovellusten suorituskyvyn kannalta.
Tyhjiöpumppuja on useita eri tyyppejä, kiertosiipisinä (RV ja E2M ), kierukka- ja monivaiheisina roottoripumppuina ( nXRi ja nXLi ) sekä turbomolekyyli- ja ionikehittäjäpumppuina, joita käytetään analyysi-instrumenteissa.
Ensiöpumput tyhjentävät ilmakehän paineeseen ja saavuttavat paineet matalalla ja keskitason tyhjiötasolla. Ne voivat käyttää öljyä tai olla ”kuivia”.
Toissijaiset pumput, jotka saavuttavat korkean ja äärimmäisen korkean tyhjiön, tarvitsevat ensisijaisen tukipumpun. Käytettävän alipainepumpun tyyppi riippuu analyysisovelluksen erityisvaatimuksista.
Kaikki tyhjiöpumppumme ja niiden ohjaimet on kehitetty analyysilaitteiden alan johtavia OEM-valmistajia ajatellen.
Joissakin tapauksissa, kun valmis pumppu ei vastaa käytettävissä olevaa tilaa tai prosessin suorituskykyvaatimuksia, räätälöity tuotekehitystiimimme (BPD) kehittää räätälöidyn tyhjiöratkaisun. Se suunnitellaan yhdessä kanssasi erityisesti käyttökohteeseesi.
Tyhjiöjärjestelmät massaspektrometriaan
Massaspektrometria (MS) on tieteellinen tekniikka, jota käytetään näytteen atomien ja molekyylien massan ja suhteellisten määrien mittaamiseen. Pohjimmiltaan sitä voidaan pitää kemiallisena analysaattorina. Ensinnäkin näyte on ”ionisoitava”, mikä voidaan tehdä eri tekniikoilla näytetyypistä riippuen. Ionit erotetaan sitten jälleen sopivimmalla menetelmällä niiden massa-varaussuhteen mukaan. Sen jälkeen ne havaitaan ja signaalit käsitellään lopulta tuloksena saatavaksi massaspektriksi.
Massaspektrometrialla on laaja valikoima käyttökohteita, kuten kemian, biologian, ympäristötieteen, farmakologian ja lääketieteen aloilla. Sitä voidaan käyttää tuntemattomien yhdisteiden tunnistamiseen, tiettyjen yhdisteiden määrien määrittämiseen näytteessä ja monimutkaisten molekyylien rakenteen määrittämiseen.
Massaspektrometriamittausten tarkkuus riippuu vaihtelevista tyhjiötasoista. Tyhjiöpumput poistavat jäännöskaasumolekyylejä, jotka voivat häiritä mittausprosessia, ja varmistavat siten, että massaspektrometri toimii halutuissa tyhjiöolosuhteissa.
Yleisiä massaspektrometriaan käytettäviä tyhjiöpumpputekniikoita ovat:
Siipipumput (RV ja E2M)
Öljytiivisteellä varustetun siipipumpun (RVP) mekanismi koostuu sarjasta liukusiipiä, joita pidetään roottorissa, joka pyörii epäkeskisesti sylinterimäisessä staattorikotelossa. Kun öljyvoidellut siivet pyörivät roottorin mukana, keskipakovoima painaa ne staattorikotelon seinämään keskipakovoiman avulla. Siivet rajoittavat pumppuun tulevan kaasun ja puristavat sen pienenevään tilavuuteen, kunnes se saavuttaa pumpun poistoaukon, josta se poistuu ilmakehään. Käytössä on yksi- tai kaksivaiheisia RVP-venttiilejä, jotka tuottavat erilaisia loppupaineita.
Monivaiheiset roottoripumput (MSR) (nXRi ja nXLi)
Yksinkertaisimmassa muodossaan MSR on kuivaroottoripumppu, jossa on kaksi vastakkain pyörivää, toisiinsa kytkettyä ”lobe”-roottoria, jotka pyörivät yhteensopivassa profiilin staattorikotelossa. Kaasu tulee kuivapumppuun roottoreihin nähden kohtisuorassa olevan tulolaipan kautta ja ”eristetään” sitten nopeasti pyörivien roottoreiden väliin (jotka pyörivät vastakkaisiin suuntiin), puristetaan ja syötetään seuraavaan vaiheeseen. Roottorien geometria luo puristuksen, joten jokainen vaihe tuottaa asteittain korkeamman paineen. MSR-pumpussa on tyypillisesti seitsemän roottorivaihetta jaetuilla akseleilla. Yhden sarjan poistovaihe on kytketty seuraavan tulovaiheeseen ja niin edelleen. Paineistettu kaasu poistetaan sitten ilmakehään viimeisen poistovaiheen kautta.
Scroll-pumput
Kuivaspiraalipumppu koostuu kahdesta yhdessä kiertyvästä spiraalimaisesta spiraaligeometriasta, jotka sijaitsevat tyhjiökotelossa. Yksi kierukka on kiinteä, kun taas toinen kiertävä kierukka liikkuu epäkeskisesti ilman pyörimistä, toisen sisällä. Kaasu pääsee kierukoiden avoimeen päähän (ulkopuolelle), ja kun toinen kierukoista kiertää, kaasua eristetään kierukoiden väliin ja se ”puristetaan ja kuljetetaan” kahden kierukan väliin. Kun tämä eristetty kaasun ”liete” liikkuu mekanismin keskiosaa kohti, sen tilavuus pienenee ja näin ollen tämä eristetty kaasun määrä puristuu jatkuvasti, kunnes se kotelon keskellä purkautuu ilmakehän paineeseen takaiskuventtiilin kautta.
Turbomolekyylipumput (TMP)
Nämä pumput toimivat käyttämällä erittäin nopeita turbiinin siipiä (1 000 Hz:n alueella) kaasumolekyylien poistamiseksi instrumentin tyhjiökammiosta pumpun tuloaukkoon. Niitä käytetään laajalti, koska ne voivat luoda laajan valikoiman tarvittavia tyhjiötasoja välillä 10 -2 - 10 -10 mbar eri prosesseille, joita käytetään laitteessa.
Räätälöidyt ratkaisut
OEM-valmistajilla on usein erityisvaatimuksia, jolloin Edwardsin räätälöity tuotekehitysryhmä (BPD) suunnittelee yhdessä asiakkaan tarpeisiin sopivan tyhjiöratkaisun.
Elektronimikroskoopin tyhjiöjärjestelmät
Elektronimikroskoopeilla työskentelevät tutkijat tunnistavat maapallon pienimmätkin aineet ja tarvitsevat hiljaisia, tärinättömiä ja luotettavia tyhjiöpumppuja.
Elektronimikroskoopeissa (EM) käytetään erilaisia tyhjiötasoja halutun suorituskyvyn saavuttamiseksi. Elektronipistoolin ”lähteessä” on oltava UHV-ympäristö, jotta elektronilähde ei vaurioidu. Tämä mahdollistaa myös elektronisäteen siirtymisen lähteestä elektronipilarin läpi näytteeseen ilman, että jäännöskaasumolekyylit hajottavat tai absorboivat sitä. Elektronisäde on vuorovaikutuksessa näytteen kanssa ja luo signaaleja, jotka havaitaan ja joita käytetään kuvan tuottamiseen.
Korkearesoluutioisten kuvien saamiseksi mikroskoopin kammion alipaineen on oltava korkeaa ja tasalaatuista, joissakin tapauksissa myös UHV-olosuhteissa, mikä edellyttää alipainepumppujen käyttöä.
Elektronimikroskopiassa käytetään erilaisia tyhjiöpumpputekniikoita, joista yleisimpiä ovat:
- siipipumppuja,
- kalvopumput,
- kierukkapumput,
- turbomolekyylipumput
- ja ionipumput.
Tyhjiöpumpun käyttöpaikasta riippuen pumpun aiheuttama tärinä on minimoitava kuvan häiriintymisen estämiseksi. Tietyissä EM-kokoonpanoissa (Environmental Scanning EM) pumppujen on pystyttävä pumppaamaan jatkuvasti vesihöyryä ~10 mbar:n tasolla.
Mekaanisten pumppujemme lisäksi Gamma Vacuum -valikoimaan kuuluu nyt ioni-, titaanisublimaatio- ja ei-höyrystyviä getter-pumppuja. Tämä täydentää tuotevalikoimaamme, joka tuottaa työpaineita ilmakehästä UHV-paineeseen ja mahdollistaa aidosti kattavan tyhjiöratkaisuvalikoiman.
Ioninkerääjäpumput (IGP)
IGP:t voivat muodostaa tyhjiöitä alueella 10-6-10-12 mbar kaasujen määrästä ja tyypistä riippuen. Elektronimikroskoopeissa niitä käytetään tyypillisesti elektronipylväässä, jossa niiden liikkuvien mekaanisten osien puuttumisen ansiosta ne voivat tuottaa tärinättömiä UHV-olosuhteita.
Pitää laskea suurille tyhjiötasoille ennen käynnistämistä. Tämä saavutetaan yleensä käyttämällä turbomolekyylipumppua yhdessä esipumpun (kalvo-, kierukka- tai siipipumpun) kanssa.
Kun haluttu alipainetaso (yleensä 10-6 mbar tai vähemmän) on saavutettu, IGP voidaan kytkeä päälle.
IGP-tyhjiöpumppuja on saatavana kolmena perustyyppinä:
Kaikki kolme versiota koostuvat alipainekammiosta, jonka koko vaihtelee pumpun nopeuden mukaan, Conflat-laipasta ja suurjänniteläpiviennistä. Ulkoisesti niissä on pari ferriittimagneettilevyjä, jotka on liitetty oksella, joka tuottaa 0,12 T:n magneettikentän.
Perinteiset diodipumput (CV)
CV-pumppu sopii parhaiten käyttökohteisiin, joissa tarvitaan reaktiivisia kaasuja (kuten happea, vetyä, hiilivetyjä, typpeä ja vesihöyryä jne.). pumpattavaksi. Sen sisällä on pari titaanikatodilevyjä, joita pidetään maadoituspotentiaalissa ja jotka muodostavat sähköisesti eristetyn ruostumattomasta teräksestä valmistetun anodiputken sarjan. Anodiputkiin kohdistetaan tyypillisesti 7 kV:n suurjännite, joka saa aikaan vapaiden elektronien vapautumisen. Nämä elektronit liikkuvat spiraaliliikkeessä (magneettikentän aiheuttamana) ja voivat lopulta osua kaasumolekyyliin, joka lyö elektronin pois ja muodostaa positiivisesti varautuneen ionin. Positiivisesti varautuneet anodiputket hylkivät tämän ionin ja vetävät sen maadoitettuun katodilevyyn, jossa se osuu pintaan suurella nopeudella, jolloin tapahtuu kemiallinen reaktio titaanikatodilevyn kanssa. Myös titaanin ruiskutus käynnistyy, mikä muodostaa aktiivisen titaanin getter-pumppauskerroksen.
Differentiaali-ionipumppu (DI) tai Noble Diode -pumppu
DI-getter-pumpulla on ylivoimaiset jalokaasun pumppausominaisuudet, mutta sen seurauksena se menettää osan reaktiivisen kaasun pumppauksesta. Titaanilevyt korvataan tantaalilevyillä. Kaasumolekyylit ionisoidaan jälleen elektronipommituksella, mutta kun ne kiihtyvät ja osuvat tantaalianodilevyihin, ne heijastuvat korkeaenergisinä neutraaleina aineina, jotka sitten yhdistyvät pintoihin ja lopulta pumpataan getter-pumppaamalla sumutettua tantaalia.
Triode-pumppu
Triode-alipainepumpun rakenne on hieman erilainen. Tässä putket maadoitetaan ja katodilevyt korvataan anodititaaniliuskoilla negatiivisella korkeajännitepotentiaalilla. Ionit muodostuvat tavalliseen tapaan ja kiihtyvät kohti näitä liuskoja, joissa ne osuvat ja vapautuvat korkeaenergiaisina neutraaleina aineina, jotka lopulta sulautuvat kammion seinämiin ja joita titaanisuihke pumppaa. Titaaniliuskoissa on terävät reunat, ja koska niissä on suuri negatiivinen potentiaali, ne ovat alttiita kehittymään ”viiksiksi”, jotka voivat ajoittain ”kipinöidä” ja aiheuttaa sähköistä epävakautta ajan myötä.
Tyhjiöjärjestelmät hansikaslokeroihin
Käsinelaatikot ovat suljettuja työtiloja materiaalien käsittelyyn täysin eristettyinä, ilman happea tai kosteutta. Tämän eristyksen saavuttamiseksi alipainepumput poistavat ympäristön jäännösilman hansikaslokerosta, joka puhdistetaan sitten inerttikaasulla, kuten typellä tai argonilla, ja suljetaan. Alipainepumpun luoma matalapaineinen ympäristö estää ulkoilman pääsyn hansikaslokeroon.
Useita erityyppisiä alipainepumppuja, joita voidaan käyttää hansikaslokeroissa, mukaan lukien kalvopumput, kiertosiipiset pumput ja scroll-pumput. Pumpun valinta riippuu käyttökohteen erityistarpeista, kuten kaasun virtausnopeuksista, alipainetasosta ja huoltovaatimuksista.
Tyhjiöjärjestelmät röntgendiffraktioon (XRD)
XRD on tekniikka, jolla analysoidaan materiaalien rakennetta tutkimalla niiden vuorovaikutusta röntgensäteiden kanssa. Kun röntgensäteet kohdistetaan näytteeseen, ne diffraktoivat tietyssä kuviossa, jota voidaan analysoida näytteen kiderakenteen määrittämiseksi.
XRD:ssä käytetään tyhjiötä poistamaan ilmakehän molekyylejä, jotka voivat hajottaa ja absorboida röntgensäteilyä, mikä johtaa pienempään signaali-kohinasuhteeseen ja epätarkkoihin tietoihin. Poistamalla ilmamolekyylejä ja luomalla tyhjiön röntgensäteet voivat olla vuorovaikutuksessa näytteen kanssa ilman häiriöitä, mikä parantaa tietojen laatua.
Tyhjiötä käytetään myös XRD:ssä näytteen kontaminaation vähentämiseen. Kun näyte altistuu ilmalle, se voi kontaminoitua pölystä, vesihöyrystä ja muista ilmassa leijuvista hiukkasista, jotka voivat häiritä diffraktiomalleja. Tyhjiö suojaa näytettä näiltä epäpuhtauksilta, mikä parantaa analyysin tarkkuutta.
Tyhjiön luomiseksi XRD-laitteeseen käytetään tyhjiöpumppua ilmamolekyylien poistamiseen näytekammiosta. Erityyppisiä tyhjiöpumppuja, kuten siipipumppuja, kalvopumppuja ja turbomolekyylipumppuja, voidaan käyttää instrumentin ja analysoitavan näytteen erityisvaatimuksista riippuen.
