-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen der Konzentration von
Verunreinigungen in Helium über
Ionenmobilitätsspektrometrie.
-
Helium
wird als Reaktionsmedium oder Transportgas in der Industrie zur
Herstellung integrierter Schaltkreise in breitem Umfang verwendet. Es
ist bekannt, dass bei der Herstellung dieser Vorrichtungen die Reinheit
aller verwendeter Reagentien von fundamentaler Bedeutung ist, da
Verunreinigungen, die möglicherweise
in den Reagentien oder in der Reaktionsumgebung vorhanden sind,
in die Festkörpervorrichtungen
eingelagert werden können,
wodurch sich deren elektrische Eigenschaften verändern und Ausschuss produziert
wird. Dabei können die
Spezifikationen zur Reinheit der in der Produktion verwendeten Gase
von einem Hersteller zum anderen und in Abhängigkeit von dem angewendeten
speziellen Verfahren variieren. Im Allgemeinen wird ein Gas als
für die
Produktion akzeptabel angesehen, wenn sein Gehalt an Verunreinigungen
weniger als 10 ppb (Teile auf eine Milliarde) beträgt; vorzugsweise
beträgt
der Gehalt an Verunreinigungen weniger als 1 ppb. Im Ergebnis ist
es von Bedeutung, in der Lage zu sein, extrem niedrige Konzentrationen
von Verunreinigungen in Gasen genau und reproduzierbar zu messen.
-
Ein
Verfahren, das zu diesem Zweck angewendet werden kann, ist die Ionenmobilitätsspektrometrie,
die auf diesem Fachgebiet mit dem Akronym IMS bekannt ist; dasselbe
Akronym wird auch für
das Gerät
benutzt, mit welchem das Verfahren durchgeführt wird, und bedeutet in diesem
Fall "Ionenmobilitätsspektrometer". Das Interesse für dieses
Verfahren rührt
aus seiner sehr hohen Empfindlichkeit, verbunden mit begrenzter
Größe und begrenzten
Kosten des Gerätes,
her, wobei es unter geeigneten Bedingungen möglich ist, Spezies in der Gas- oder Dampfphase
in einem gasförmigen
Medium mit einer Menge in der Größenordnung
von Pikogramm (pg, d.h. 10–12 Gramm) oder mit Konzentrationen
in der Größenordnung
von Teilen auf eine Billion (ppt, äquivalent einem Molekül der analysierten
Substanz auf 1012 Gasmoleküle der Probe)
nachzuweisen. IMS-Geräte
und Analyseverfahren, in welchen sie verwendet werden, sind beispielsweise
in den Patenten US 5 457 316 und 5 955 886 des US-Unternehmens PCP
Inc. beschrieben.
-
Ein
IMS-Gerät
besteht im Wesentlichen aus einer Reaktionszone, einer Separationszone
und einem Kollektor für
geladene Teilchen.
-
In
der Reaktionszone wird die Probe, welche die zu analysierenden Gase
oder Dämpfe
in einem Transportgas enthält, üblicherweise
durch von 63Ni emittierte β-Strahlung,
ionisiert. Die Ionisierung findet hauptsächlich bei den Transportgasen
unter Bildung der so genannten "Reagenzionen" statt, deren Ladung
dann auf die vorliegenden Spezies als Funktion von deren Elektronen- bzw. Protonenaffinität oder deren
Ionisierungspotential verteilt wird.
-
Die
Separationszone ist vor der Reaktionszone durch ein Gitter geschützt, das,
wenn ein geeignetes Potential angelegt ist, verhindert, dass in
der Reaktionszone gebildete Ionen in die Separationszone gelangen.
Der Zeitpunkt, zu welchem das Gitterpotential aufgehoben und somit
den Ionen ermöglicht wird,
in die Separationszone zu gelangen, ist der "Zeitpunkt Null" der Analyse.
-
Die
Separationszone enthält
eine Reihe von Elektroden, die ein derartiges elektrisches Feld
erzeugen, dass die Ionen von der Reaktionszone zu einem Kollektor
befördert
werden. In dieser Zone, die unter Atmosphärendruck gehalten wird, ist
ein Gasstrom vorhanden, dessen Richtung gegenüber derjenigen der Ionenbewegung
entgegengesetzt ist. Üblicherweise
ist dieses Gegenstromgas (auf dem Fachgebiet als "Driftgas" definiert) ein extrem
reines Gas, das dem Gas entspricht, dessen Gehalt an Verunreinigungen
bestimmt werden soll. Die Fortbewegungsgeschwindigkeit der Ionen
ist von dem elektrischen Feld und ihrem Querschnitt in dem gasförmigen Medium
abhängig,
sodass unterschiedliche Ionen verschiedene Zeiträume zum Durchlaufen der Separationszone
und zum Erreichen des Teilchenkollektors brauchen. Der Zeitraum,
der ab dem Zeitpunkt Null bis zu dem Zeitpunkt der Ankunft am Teilchenkollektor
verstrichen ist, wird als "time
of flight" (Driftzeit) bezeichnet.
An den Kollektor ist ein Signalverarbeitungssystem angeschlossen,
das die Stromwerte, die als Funktion der Zeit gemessen worden sind,
in das fertige Diagramm umwandelt, in welchem Peaks, die den verschiedenen
Ionen entsprechen, als Funktion der Driftzeit gezeigt sind, wobei
aus der Bestimmung dieser Zeit unter Berücksichtigung der Versuchsbedingungen
es möglich
ist, das Vorhandensein der Substanzen zu ermitteln, die Gegenstand
der Analyse sind, und es möglich
ist, aus den Peakflächen
mit geeigneten Rechenalgorithmen, die Konzentration der entsprechenden
Spezies zu berechnen.
-
Trotz
der Einfachheit seines Konzepts bereitet die Durchführung dieses
Verfahrens beträchtliche Schwierigkeiten
bei der Interpretation der Analyseergebnisse. Dies ist hauptsächlich auf
die Tatsache zurückzuführen, dass
die Nettoladungsverteilung unter den vorhandenen Spezies das Ergebnis
von Gleichgewichten ist, die von verschiedenen Faktoren abhängen, mit
dem Ergebnis, dass die Peaks, die einer Verunreinigung entsprechen,
in Abhängigkeit vom
Vorhandensein anderer Verunreinigungen sich in ihrer Größe verändern oder
sogar ganz verschwinden können.
Aus dem Buch "Ion
Mobility Spectrometry" von
G. A. Eiceman und Z. Karpas, veröffentlicht 1994
bei CRC Press, kann man sich hinsichtlich einer Veranschaulichung
der (eher komplexen) Ladungsaustauschprinzipien, die die Grundlage
dieses Verfahrens sind, unterrichten. Weiterhin sind bei gleicher chemischer
Zusammensetzung des Gases die Ergebnisse von den Analyseparametern
wie dem in der Separationszone angelegten elektrischen Feld, dem Durchfluss
des zu analysierenden Gases und dem Durchfluss des Driftgases abhängig.
-
Als
Folge dieser Phänomene
ist die Form des aus einer IMS-Analyse resultierenden Diagramms
stark von den Analysebedingungen abhängig. Die für die Interpretation der Analyseergebnisse verwendeten
Rechenalgorithmen basieren auf der Entfaltung des kompletten Diagramms
und auf der relativen Vermessung der Flächen aller vorhandenen Peaks.
Dabei werden die besten Ergebnisse erzielt, wenn jede vorhandene
Ionenspezies einen separaten Peak im Diagramm ergibt. Die Analyse
ist immer noch möglich,
obwohl unter größeren Schwierigkeiten,
wenn einige Peaks einander überlagert
sind, wobei es in diesen Fällen
erforderlich ist, auf Hypothesen über die Verteilung der Peakflächen unter
den verschiedenen Spezies zurückzugreifen,
mit dem Risiko, dass irgendwelche Fehler bei der Analyse hervorgerufen
werden. Schließlich
ist eine IMS-Analyse (auch eine nur qualitative) unmöglich, wenn
große Überlagerungen
zwischen verschiedenen Spezies entsprechenden Peaks auftreten.
-
Aufgrund
der Komplexität
der beteiligten Phänomene
gibt es keine Standardvorschrift für die Durchführung des
IMS-Verfahrens und
muss jede Analyse einzeln untersucht werden, um die Bedingungen
zu definieren, die es erlauben, eine gute Auftrennung aller Peaks,
die den verschiedenen Spezies entsprechen, die in dem zu analysierenden
Gas vorhanden sein können,
zu erhalten.
-
Deshalb
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Messen
der Konzentration von Verunreinigungen in Helium über Ionenmobilitätsspektrometrie
bereitzustellen.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren gelöst,
das darin besteht, die Analyse unter einer der folgenden Bedingungen
durchzuführen:
- – Verwendung
eines Helium-Argon-Gemisches als Probegas, das aus dem Helium gebildet
ist, dessen Gehalt an Verunreinigungen bestimmt werden soll und
aus reinem Argon, wobei das Gemisch 0,1 bis 50% Argon enthält und reinem
Helium als Gegenstromgas in der Separationszone des Ionenmobilitätsspektrometers;
oder
- – Verwendung
des Heliums als Probegas, dessen Gehalt an Verunreinigungen bestimmt
werden soll oder eines Gemisches hiervon mit reinem Argon, wobei
dieses Gemisch 0,1 bis 50% Argon enthält und reinem Argon als Gegenstromgas
in der Separationszone des Ionenmobilitätsspektrometers; oder
- – Verwendung
eines Gemisches aus dem Helium, dessen Gehalt an Verunreinigungen
bestimmt werden soll, und reinem Argon als Probegas und eines Helium-Argon-Gemisches als Gegenstromgas,
das keine Verunreinigungen enthält,
wobei diese Gemische eine Argonkonzentration zwischen 10 und 80%
aufweisen.
-
Die
Erfindung wird anschließend
unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert, wobei
-
1 ein
mögliches
System zur Herstellung von Helium-Argon-Gemischen, die für die erfindungsgemäße Analyse
geeignet sind, schematisch zeigt und die
-
2 bis 6 die
Ergebnisse von IMS-Analysen, die erfindungsgemäß durchgeführt wurden, und von Analysen,
die unter nicht erfindungsgemäß Bedingungen
durchgeführt
wurden, zeigen.
-
Der
Standardmodus zur Durchführung
einer IMS-Analyse erfordert, dass als Driftgas dasselbe (selbstverständlich reine)
Gas verwendet wird, das das Hauptgas in der Probe ist, deren Verunreinigungsgehalt
bestimmt werden soll.
-
Im
Gegensatz dazu ist von den Erfindern festgestellt worden, dass es
bei der Analyse der Verunreinigungen in Helium nur ein Arbeiten
entsprechend einer der zuvor genannten Bedingungen erlaubt, Diagramme
zu erhalten, in welchen die den verschiedenen Verunreinigungen entsprechenden Peaks
ausreichend voneinander getrennt sind und somit, wie weiter oben
diskutiert, eine zuverlässige quantitative
Analyse erlauben.
-
Selbstverständlich ist
unter allen erfindungsgemäßen Analysebedingungen
das einzige verwendete unreine Gas, dessen Gehalt an Verunreinigungen
bestimmt werden soll, Helium, während
alle anderen Gase (das Argon des Probengases oder das Driftgas)
rein sein müssen,
um keine Verunreinigungen einzuschleppen, die das Analysenergebnis
verändern
würden.
-
Die
erste Möglichkeit
eines erfindungsgemäßen Arbeitens
besteht in der Verwendung von reinem Helium als Driftgas und einem
Gemisch aus Argon und dem Helium, dessen Gehalt an Verunreinigungen
bestimmt werden soll, als Probengas, wobei das Gemisch 0,1 bis 50%
Argon enthält.
-
Unter
dieser Bedingung besteht die Wirkung des Argons, das als Nebenbestandteil
des Probengemischs vorhanden ist, im Wesentlichen in der Verbesserung
der Ionisierung, welche die Bildung und Detektion der den Verunreinigungen
entsprechenden Peaks erlaubt.
-
Wenn
unter dieser ersten Bedingung gearbeitet wird, so ist das Verhältnis von
Durchfluss des Probengases zu demjenigen des Driftgases nicht vorgeschrieben
und kann beliebig sein, solange als Extrem eine übermäßige Verdünnung des Probengases, welche
die Empfindlichkeit des Analyseverfahrens verringern würde, nicht
erreicht wird.
-
Unter
der zweiten erfindungsgemäßen Betriebsbedingung
wird das Helium, dessen Gehalt an Verunreinigungen bestimmt werden
soll, oder ein Gemisch davon mit Argon als Probengas und reines
Argon als Driftgas verwendet. Auch in diesem Fall enthält das mögliche Probengemisch
0,1 bis 50% Argon.
-
Wenn
auf diese zweite Weise gearbeitet wird, so ist es bevorzugt, dass
der Durchfluss des Driftgases (im Folgenden auch als Fd bezeichnet) mindestens
zehnmal höher
als der Durchfluss des Probengases (im Folgenden auch als Fc bezeichnet) ist, und es ist besonders bevorzugt,
dass das Verhältnis
von Fd/Fc etwa 15
bis 20 beträgt.
Wenn mit Werten des Verhältnisses
von Fd/Fc von unter
10 gearbeitet wird, wird eine schlechte Auftrennung der den Verunreinigungen
entsprechenden Peaks erhalten, während,
wenn mit einem zu hohem Wert dieses Verhältnisses von beispielsweise
größer als
20 gearbeitet wird, eine übermäßige Verdünnung der
Probe zulasten der Analyseempfindlichkeit stattfindet.
-
Schließlich sind
entsprechend der letzten erfindungsgemäßen Betriebsbedingung das Probengas
und das Driftgas zwei Helium-Argon-Gemische mit einer Argonkonzentration
von 10 bis 80%, da bei niedrigeren Werten die Auftrennung der den
verschiedenen Spezies entsprechenden Peaks für Zwecke der quantitativen
Analyse nicht ausreichend ist, während
bei höheren
Werten die Heliummenge im Probengas übermäßig verringert wird und daraus eine
schlechte Empfindlichkeit der Analyse resultiert. Innerhalb dieses
Bereichs werden die besten Ergebnisse mit einer Argonkonzentration
von etwa 30 bis 40% des Gemischs erhalten.
-
In
diesem Fall ist das Verhältnis
der Durchflüsse
von Probengas zu Driftgas für
die Ergebnisse nicht relevant und wird im Allgemeinen auf einem Wert
von 1:2 gehalten.
-
Die
unter dieser Betriebsbedingung verwendeten Helium/Argon-Gemische
können
durch Mischen von reinem Argon mit dem Helium, das analysiert werden
soll (im Fall des Probengases), oder mit reinem Helium (im Falle
des Driftgases) durch ein beliebiges Mischungssystem hergestellt
werden; so ist es beispielsweise möglich, Dosiersysteme, die auf der
Verwendung von Massendurchflussmetern basieren, oder Systeme, die
Verengungen mit einem kalibrierten und bekannten Gasdurchfluss umfassen, wie
das System, das in der italienischen Patentanmeldung MI2000A-002708
der Anmelderin beschrieben worden ist, zu verwenden. Das Gemisch,
das als Driftgas verwendet werden soll, ist auch auf dem Markt von
den Unternehmen erhältlich,
welche die reinen Gase vertreiben. Das Probengemisch und das als
Driftgas zu verwendende Gasgemisch müssen nicht dieselbe Argonkonzentration
haben, wobei dies jedoch eine bevorzugte Bedingung sein kann, da
sie eine geringere Anzahl von Kontrollen in dem System zum Mischen
der Gasdurchflüsse
erfordert.
-
Weiterhin
ist es möglich,
dass Probengas und Driftgas ausgehend von demselben Gasgemisch gebildet
werden. Bei dieser Ausführungsform
ist es möglich,
das in 1 schematisch dargestellte System zu verwenden.
In diesem System 10 wird ein von einer Leitung 11 kommender
Verunreinigungen enthaltender Heliumstrom mit einem Strom aus von
einer Leitung 12 kommenden reinem Argon vermischt; das
gewünschte
Mischungsverhältnis
(beispielsweise He:Ar = 50:50) wird durch im Allgemeinen mit C bezeichnete
Durchflussregelungselemente erhalten. Das Gemisch wird in Leitung 13 gebildet,
die sich anschließend
in zwei Nebenleitungen 13' und 13'' aufteilt. Der Mischungsteil von
Leitung 13' (der
die ursprünglich
im Helium vorhandenen Verunreinigungen enthält) wird ohne weitere Behandlung
in die Reaktionszone 14 eines IMS-Gerätes 15 geleitet. Der
Mischungsteil von Leitung 13'' wird in ein
Reinigungssystem 16, das alle im Gemisch vorhandenen Verunreinigungen
entfernt, und anschließend
in die Separationszone 17 des Gerätes 15, die das Driftgas
für die
Analyse bildet, geleitet.
-
Das
Reinigungssystem kann aus einem Reiniger oder aus mehreren in Reihe
geschalteten Reinigern bestehen. Die Reiniger können beispielsweise von der
Art sein, welche Getterlegierungen, die im Allgemeinen auf Zirconium
oder Titan basieren, enthält,
und welche auf einer Temperatur von etwa 250 bis 500°C gehalten
werden, wobei Reiniger, in welchen Getterlegierungen verwendet werden,
Gegenstand verschiedener Patentveröffentlichungen sind, darunter
beispielsweise die US-Patente US-A-4 942 019, U5-A-5 080 875, US-A-5
182 089, US-A-5 238 469, US-A-5 492 682, US-A-5 556 603, US-A-5
558 844, US-A-5 968 468 und US-A-6 086 685 und die europäischen Patente
EP-B-470 936, EP-B-484 301 und EP-B-493 347. Alternativ können Reiniger
verwendet werden, die bei Umgebungstemperatur arbeiten, wie Reiniger,
die auf Nickel basieren, das im Allgemeinen auf hochporösen Trägern wie
Zeolithen oder Aluminiumoxid verteilt ist, die in der Lage sind, ein
großes
Spektrum an Gasen, insbesondere Wasser, Sauerstoff, Kohlenmonoxid,
Kohlendioxid und Wasserstoff, zu sorbieren. Die auf Nickel basierenden
Reiniger werden vorzugsweise zusammen mit katalytischen Materialien
für die
Umwandlung einiger Gase in Spezies, die sich leichter sorbieren
lassen, verwendet; so ist es beispielsweise möglich, ein Palladiumoxidbett
zu verwenden, das auf einer Temperatur von etwa 200 bis 400°C gehalten
wird und in der Lage ist, Methan in Kohlendioxid und Wasser umzuwandeln,
die dann von dem getragenen metallischen Nickel sorbiert werden.
Es ist dann möglich,
Reiniger, die für
einige Arten von Gasen spezifisch sind, beispielsweise den Reiniger
zur Entfernung von oxygenierten Ammoniak-Spezies, der im Patent US-A-5 716 588
beschrieben ist, oder den für
Wasser selektiven Reiniger, der in der Patentanmeldung EP-A-960 647
beschrieben ist, zu verwenden, wobei diese spezifischen Reiniger
im Allgemeinen zusammen mit einem Reiniger verwendet werden, der
in der Lage ist, einige Gase der zuvor beschriebenen Typen zu entfernen.
Schließlich
können
die bisher beschriebenen Reiniger zusammen mit Reinigern, die weitere
Materialien enthalten, die in der Lage sind, Gase bei Raumtemperatur
physikalisch zu sorbieren, beispielsweise Molekularsiebe, die einen
Teil des Wassers oder einige Kohlenwasserstoffe entfernen können, verwendet
werden, wodurch sich die Lebensdauer des Hauptreinigers verlängert.
-
Die
Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele näher erläutert.
-
Die
Versuchsergebnisse sind in Diagrammen gezeigt, in welchen die Peaks
eine Funktion der Driftzeit der entsprechenden Ionen in Millisekunden (ms)
sind und eine Fläche
haben, die der Konzentration der verschiedenen Ionen entspricht.
Diese Ionen sind im Allgemeinen komplexe Spezies, die ein oder mehrere
Moleküle
des ionisierten Gases, gegebenenfalls mit neutralen Molekülen des
Transportgases assoziiert, umfassen können, wobei aus Gründen der Vereinfachung
die Hauptpeaks in den Figuren mit der Formel der molekularen Spezies,
welcher sie zugeschrieben worden sind, anstatt mit der Formel des tatsächlich entsprechenden
komplexen Ions beschriftet sind. Die Peakhöhe ist in Volt (V) angegeben,
und die Umwandlung des Stroms, der direkt von dem Detektor (Anzahl
der Ionen, die mit dem Kollektor kollidieren, pro Zeiteinheit) gemessen
wird, in Volt wird von der Elektronik des Gerätes durchgeführt. Die
Ionisierung der Probe erfolgt durch eine radioaktive 63Ni-Quelle.
Die Separationszone des verwendeten Gerätes war 8 cm lang, und in allen
Versuchen betrug das angelegte elektrische Feld 128 V/cm.
-
Beispiel 1
-
Dieses
Beispiel ist repräsentativ
für die
erste erfindungsgemäße Analysebedingung.
-
Es
wurde eine IMS-Analyse mit einem 5% Argon enthaltenden Helium-Argon-Gemisch
durchgeführt,
zu welchem mit einem Dosiersystem, das auf der Verwendung von Massendurchflussmessern
basiert, 4 ppb Kohlendioxid (CO2) zugegeben
wurden. Der Versuch wurde bei 80°C
durchgeführt,
indem reines Helium als Driftgas verwendet wurde; das Verhältnis der
Durchflüsse
von Probengas zu Driftgas betrug 1. Die Versuchsergebnisse sind
in dem Diagramm von 2 als Kurve a (dünne Linie
in der Figur) gezeigt. Zum Vergleich sind in der Figur auch die Ergebnisse
einer Analyse angegeben, die unter denselben Bedingungen, aber unter
Verwendung eines Argon-Helium-Gemischs,
welchem kein CO2 zugesetzt worden war (Kurve
b, dicke Linie) als Probe durchgeführt wurde.
-
Beispiel 2
-
Dieses
Beispiel ist repräsentativ
für die
zweite erfindungsgemäße Analysebedingung.
-
Es
wurde eine IMS-Analyse mit Helium, das CO2,
Kohlenmonoxid (CO), Sauerstoff (O2) und
Methan (CH4) als absichtlich zugesetzte
Verunreinigungen und etwa 2 ppb Wasserstoff (H2)
und 2 ppb Wasser (H2O) als "Hintergrund-Verunreinigungen" des Systems, die
kaum zu entfernen sind, enthielt, durchgeführt. Der Versuch wurde bei
80°C unter
Verwendung von reinem Argon als Driftgas durchgeführt; der Durchfluss
des Probengases betrug 0,25 l/min und derjenige des Driftgases etwa
4 l/min mit einem Verhältnis
von Fd/Fc von 16.
Die Versuchsergebnisse sind in dem Diagramm von 3 als
Kurve c (dicke Linie in der Figur) gezeigt.
-
Beispiel 3
-
Der
Versuch von Beispiel 2 wurde wiederholt, aber mit einem Durchfluss
des Driftgases von 2 l/min und einem Verhältnis von Fd/Fc von 8. Das Versuchsergebnis ist in 3 als
Kurve d (dünne
Linie in der Figur) dargestellt.
-
Beispiel 4
-
Dieses
Beispiel ist für
die zweite erfindungsgemäße Analysebedingung
repräsentativ.
-
Es
wurde eine IMS-Analyse unter Verwendung eines Helium-Argon-Gemischs, das
5% Argon und CO, CO2, O2 und
CH4 als absichtlich zugesetzte Verunreinigungen
und H2 und H2O als "Hintergrund-Verunreinigungen" enthielt, als Probegas durchgeführt. Der
Versuch wurde bei 80°C
unter Verwendung von reinem Argon als Driftgas durchgeführt; der
Durchfluss des Probengases betrug 0,25 l/min und derjenige des Driftgases
4 l/min mit einem Verhältnis
von Fd/Fc von 16.
die Versuchsergebnisse sind als Diagramm in 4 gezeigt.
-
Beispiel 5
-
Dieses
Beispiel ist für
die dritte erfindungsgemäße Analysebedingung
repräsentativ.
-
Unter
Verwendung eines Gasleitungssystems des in 1 gezeigten
Typs, das einen auf Nickel basierenden Reiniger enthielt, wurden
zwei Helium-Argon-Gemische, die 32% Argon enthielten, hergestellt.
Das aus der den Reiniger enthaltenden Leitung kommende Gemisch wurde
als Driftgas verwendet, während
das andere, das CH4 als absichtlich zugesetzte
Verunreinigung und H2O und H2 als
ursprünglich
im Helium vorhandene "Hintergrund-Verunreinigungen" enthielt, das Probengas
darstellte. Das Verhältnis
von Fd/Fc betrug
1. Die Versuchsergebnisse sind als Diagramm in 5 gezeigt.
-
Beispiel 6 (Vergleichsbeispiel)
-
Es
wurde ein IMS-Versuch unter Verwendung von Helium, das als Verunreinigungen
etwa 2 ppb H2O, das ein kaum zu entfernender
Grundbestandteil des Systems ist, und 5 ppb absichtlich zugesetzten
H2 enthielt, als Probengas und von reinem Helium
als Driftgas durchgeführt.
Der Versuch wurde bei 80°C
mit einem Verhältnis
von Fd/Fc von 1
durchgeführt.
Die Versuchsergebnisse sind als Diagramm in 6 als Kurve
e (dünne
Kurve) gezeigt. Der Versuch wurde ohne Wasserstoffzusatz wiederholt
(dicke Kurve f in 6).
-
Wie
den Versuchsergebnissen zu entnehmen, ist es durch Arbeiten unter
den verschiedenen erfindungsgemäßen Bedingungen
möglich,
als Ergebnis IMS-Analysediagramme zu erhalten, deren Peaks der verschiedenen
Verunreinigungen ausreichend voneinander getrennt sind, weshalb
diese Diagramme für
die Berechnung der Flächen
und damit für
die quantitative Analyse geeignet sind.
-
Insbesondere
ist festzustellen, dass, indem unter der ersten erfindungsgemäßen Bedingung (Beispiel
1 und 2) bei Vorhandensein der Verunreinigung CO2 gearbeitet wird, diese als wohldefinierter
und erkennbarer Peak erscheint.
-
Indem
unter der zweiten erfindungsgemäßen Bedingung
(Beispiele 2 bis 4 und 3 und 4) gearbeitet
wird, ist es möglich,
die Trennung der Peaks einer Anzahl von Verunreinigungen zu erreichen,
insbesondere, wenn ausschließlich
Helium als Probengas verwendet wird, wobei die besten Ergebnisse
mit höheren
Verhältnissen
der Durchflüsse
von Driftgas zu Probengas (Vergleich zwischen den Kurven c und d
in 3) erhalten werden.
-
Schließlich werden,
was die Auftrennung der Peaks betrifft, die den verschiedenen vorhandenen Verunreinigungen
zugeschrieben werden können, auch
unter der dritten erfindungsgemäßen Bedingung
(Helium-Argon-Gemische
für Probengas
und Driftgas) gute Ergebnisse erhalten.
-
Im
Gegensatz dazu wird bei Einhaltung von Bedingungen, die nicht erfindungsgemäß sind (Probengas,
das aus Helium mit Verunreinigungen besteht, und reines Helium als
Driftgas) dann, wenn die Verunreinigung Wasserstoff ist, ein Spektrum,
das aus mehreren Peaks besteht, die sich schwierig zuordnen lassen,
erhalten, das kaum interpretierbar ist, sodass die Berechnung der
Flächen,
die den verschiedenen Spezies zuzuordnen sind, und deshalb die quantitative
Analyse praktisch unmöglich
wird.