KR20030022883A - 이온화 이동도 분광법에 의해 아르곤, 수소, 질소 및헬륨내의 물 농도를 측정하는 방법 - Google Patents

이온화 이동도 분광법에 의해 아르곤, 수소, 질소 및헬륨내의 물 농도를 측정하는 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20030022883A
KR20030022883A KR10-2003-7001714A KR20037001714A KR20030022883A KR 20030022883 A KR20030022883 A KR 20030022883A KR 20037001714 A KR20037001714 A KR 20037001714A KR 20030022883 A KR20030022883 A KR 20030022883A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
peaks
time
ims equipment
gas
signal
Prior art date
Application number
KR10-2003-7001714A
Other languages
English (en)
Inventor
루카 푸스텔라
안토니오 보누찌
마르코 수찌
로버트 스티맥
Original Assignee
사에스 게터스 에스.페.아.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 사에스 게터스 에스.페.아. filed Critical 사에스 게터스 에스.페.아.
Publication of KR20030022883A publication Critical patent/KR20030022883A/ko

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/62—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating the ionisation of gases, e.g. aerosols; by investigating electric discharges, e.g. emission of cathode
    • G01N27/622—Ion mobility spectrometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)

Abstract

이온화 이동도 분광법에 의해 아르곤, 수소, 질소 및 헬륨 내의 비교적 높은 물의 농도를 측정하기 위한 방법으로서: - 순수 가스가 역방향으로 유동하는 IMS 장비(10)내로 분석될 가스를 도입하는 단계; - 상기 IMS 장비(10)의 이온 탐지기(14)에 의해 탐지된 이온의 개수에 비례하고 시간에 따라 변하는 신호(19)를 획득하는 단계; - H3O+및 (H2O)2 +이온의 IMS 장비(10)내의 표류 시간에 대응하는 두개의 시간 간격(A, B)을 결정하는 단계; - 상기 두개의 결정된 시간 간격(A, B)내에서 상기 신호(19)의 피크들을 얻는 단계; 및 - 상기 신호(19)에서 얻어진 두개의 피크들의 강도 사이의 비율에 따라 가스내의 물 농도를 계산하는 단계를 포함한다.

Description

이온화 이동도 분광법에 의해 아르곤, 수소, 질소 및 헬륨내의 물 농도를 측정하는 방법{METHOD FOR MEASURING THE CONCENTRATION OF WATER IN ARGON, HYDROGEN, NITROGEN AND HELIUM BY MEANS OF IONIZATION MOBILITY SPECTROMETRY}
상기 가스들은 반응성 종(species)들이 희석되는 이송(transport) 가스로서 또는 음극 증착 공정에서 플라즈마 형성을 위한 지원(support) 가스로서(특히, 헬륨과 아르곤은 이러한 용도를 위해 채용된다) 뿐만 아니라 공정에서의 실제 시약으로서(특히 질소의 경우) 반도체 산업계에서 널리 사용되고 있다. 이러한 가스들 사이에서, 아르곤은 산업적으로 가장 중요하며; 이하의 명세서에서 주로 아르곤을 언급하겠으나, 본 발명은 다른 인용 가스에 대해서도 동일한 결과로 적용될 수 있을 것이다.
반도체 산업계에서 이용되는 아르곤의 순도는 특히 중요하며; 사실상 시약내에 또는 반응 분위기 내에 존재할 수 있는 오염물질은 고체상태 장치내로 혼합될 수 있으며, 그에 따라 고체 상태 장치의 전기적 또는 자기적 특성을 변경하고 그에 따라 불량품을 유발한다.
아르곤 정화(purification)는 예를 들어 GB-B-2177079 와 같은 여러 특허들의 청구 대상이다(유사하게, GB-B-2177080 은 질소 정화에 관한 것이고, US 5558844 및 5556603 은 수소 정화에 관한 것이다). 상기 특허에 따라, 아르곤은 350 내지 450℃ 의 온도에서 유지되는 게터(getter) 물질(지르코늄, 바나듐 및 철을 기초로 한 합금)로 만들어진 베드(bed)를 통과함으로써 정화되며; 그 대신에, 예를 들어 알루미나 또는 분자 체(molecular sieve)와 같은 높은 표면적 지지부상에 전체적으로 분산된 니켈을 이용하며 상온에서 작동되는 정화기가 통상적으로 채용된다. 이러한 방법에서, 불순물 함량은 10억분의 1(ppb, 109아르곤 분자마다 하나의 불순물 분자) 이하로 감소될 수 있다.
이러한 조건에서, 예를 들어 정화기의 작동 이상, 가스 라인의 기밀성 상실등으로 인해 불순물의 농도가 증가하는 것을 탐지하기 위해, 가스 순도의 제어 및 시간에 따른 불변성을 제어할 수 있게 허용할 필요가 있다.
이러한 분석을 실행하기 위한 특히 흥미로운 기술은 당업계에서 머리글자로 IMS 로 칭해지기도하는(동일한 머리글자가 이러한 기술을 실시하기 위한 장치 즉, "이온화 이동도 분광계"를 지칭하는데 사용되기도 한다) 이온화 이동도 분광법이다. 장비의 작은 크기 및 저렴한 비용과 조합된 매우 높은 민감도에 의해 이러한 기술이 관심의 대상이 되며, 상기 장비가 적절한 조건하에서 작동됨으로써 가스 또는 증기 상내의 종(species)이 가스 매체내에서 피코 그램(pg, 즉 10-12그램) 또는 1조분의 1의 농도(ppt, 1012개의 가스 샘플 분자 마다 분석 물질 한 분자)로 탐지될 수 있다. IMS 장비 및 그 장비들을 이용하는 분석 방법이 예를 들어 미국 회사인 PCP Inc. 명의의 특허 제 5457316 호 및 제 5955886 호에 개시되어 있다.
IMS 장비는 필수적으로 반응 영역, 분리 영역 및 대전 입자 탐지기로 구성된다.
반응 영역에서, 운반 가스내의 분석될 가스 또는 증기를 포함하는 샘플의 이온화는 통상적으로63Ni 에 의해 복사되는 베타선에 의해 발생한다. 이온화는 소위 "시약 이온"의 형성과 함께 주로 운반 가스에서 일어나고, 상기 이온의 전하는 이온화 포텐셜 또는 전자나 양성자 친화도에 따라 본 종(species)상에 분포된다. CRC Press 에 의해 1994년에 발행된 G. A. Eiceman 및 Z. Karpas 의 "이온 이동도 분광법(Ion Mobility Spectrometry)"에 관한 책은 이온화 이동도 분광계 기술의 기초가되는 (다소 복잡한) 전하 이전(charge transfer) 원리에 관해 기술하고 있다.
반응 영역은 그리드(grid)에 의해 분리 영역과 분할되며, 적절한 전압에서 유지되는 상기 그리드는 반응 영역에서 생성된 이온이 분리 영역으로 유입되는 것을 방지한다. 그리드 전압이 턴 오프되어 이온이 분리 영역으로 유입될 수 있게 허용하는 순간은 분석의 "시간 제로(zero)" 이다. 분리 영역은 이온이 반응영역으로부터 탐지기를 향해 이송되도록 전기장을 생성하는 일련의 전극들을 포함한다. 이러한 영역은 대기압에서 유지되며: 그에 따라, 이온의 운동 속도는 전기장 및 기체상 매체내의 전기장의 단면적에 따라 달라진다. "시간 제로"로부터의 시간 경과에 따라 입자 탐지기의 현재 판독값을 기록함으로써, 상이한 존재 이온들의 소위 "표류(drift) 시간"에 대응하는 피크(peak)들이 얻어지며; 상기 표류 시간을 측정함으로써 분석 대상 물질의 존재로 되돌아 갈 수 있다.
그것의 개념적 단순성에도 불구하고, 그 기술의 적용은 분석 결과의 해석에 몇몇 어려움을 포함하고 있다.
크로마토그래프(chromatograph)와 유사하게, 장비는 존재하는 종(species)에 대응하는 이온의 교차(crossing) 시간(IMS 경우의 표류 시간)을 분석 결과로서 제공하나, 그 장비는 각 피크에 대응하는 이온의 화학적 특성에 관한 표시는 제공하지 않는다.
각 피크가 특정 이온과 관련이 있기 때문에, IMS 가 각 이온의 화학적 특성을 측정하는 질량 분석기에 연결될 수 있으나, 이러한 방법은 전술한 저비용 및 소형화의 이점을 누릴 수 없다.
그 대신에, 교정 테스트에 의지할 수도 있으며, 이 때 분석 대상 물질을 포함하는 극히 순수한 이송 가스로 형성된 샘플이 사용되며, 상기 물질의 표류 시간이 결정된다. 그러나, 실제 조건에서의 분석은 복잡하며, 이는 존재하는 다양한 이온 종(species)이 서로 또는 중성 분자와 전하를 전이하는 현상을 일으켜서, 결정된 표류 시간은 존재가 결정되어야 할 것이 아닌 다른 종(species)의 특징적인 시간이 될 수 있다.
실제 분석에서 발견되는 문제점을 극복하기 위한 가능한 방법은, 여러가지 기구에 의해 분석 대상이 아닌 종(species)에 대한 측정의 민감도를 현저하게 감소시키는 효과를 얻는 소위 "도핑(doping) 가스"를 특정 물질로서 샘플에 첨가하는것을 포함한다. 도핑 가스 방법의 실질적인 적용의 예로서 분석될 가스에 케톤(ketone) 또는 할로겐화 가스를 첨가하는 것과 관련한 US 4551624, 산성 가사의 분석에서 각각 페놀 및 이산화황을 사용하는 것과 관련한 US 5032721 및 US 5095206, 그리고 이산화염소의 분석에서 아민을 이용하는 것과 관련한 US 5238199 가 있다. 그러나, 불리하게도, 도핑 가스 방법은 이러한 가스의 탱크 및 가스상 매체로 투여하기 위한 수단을 시스템에서 추가하여야 할 필요가 있으며, 그에 따라 IMS 장비를 기초로한 측정 시스템의 복잡화를 초래한다.
도핑 가스의 채용을 기초로하지 않는 방법에서, 정량적 분석의 실시 가능성은 반응체 이온의 존재로 한정된다. 전술한 바와 같이, 일반적으로 반응체 이온은 혼합물내에서 보다 많은 양으로 존재하는 가스에 대응하는 이온이다. 따라서, 이온화 영역내에 형성된 반응체 이온은 복잡한 화학적 균형에 따라 다른 존재하는 종(species)으로 전하를 전달한다. 불순물 농도가 높아졌을 때, 반응체 이온으로부터 전달되는 전하의 양은 반응체 이온이 소모될 때까지 증가된다. IMS 스펙트럼에서, 이러한 기구는 불순물과 관련한 피크의 강도 증가에 의해 그리고 당업계에서 "반응체 이온 피크" 또는 RIP 으로 통칭되는 반응체 이온의 피크의 소멸시까지의 동시적인 감소에 의해 반영된다. 명백하게, 이러한 조건에 도달하였을 때, 불순물과 관련한 이온의 농도 스펙트럼내의 관련 피크의 강도가 더이상 커지지 않으며 또한 유효 불순물 농도가 증가한다면 그에 따라 이러한 방법으로 정량적인 IMS 분석을 더이상 실행할 수는 없다. 아르곤내의 물의 존재하에서, RIP 는 약 10-15ppb의 농도로 소모되며; 그에 따라, 현재의 기술 수준에서, 이러한 값은 IMS 기술을 이용한 아르곤내의 불순물의 최대 측정 한도이다.
본 발명은 이온화 이동도 분광법(ionization mobility spectrometry)에 의해 아르곤, 수소, 질소 및 헬륨내의 물 농도를 측정하는 방법에 관한 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 방법을 실시하기 위한 기구의 개략도.
도 2 는 도 1 의 장비를 통해 얻어진 몇몇 스펙트럼을 도시한 도면.
도 3 은 도 1 의 장비의 몇몇 테스트 다이아그램을 도시한 도면.
따라서, 본 발명의 목적은 상기 단점이 없는 방법 즉, 15ppb 이상의 물 농도의 측정을 허용할 수 있는 방법을 제공하는 것이다. 이러한 목적은 청구범위 제 1 항에 주요 특징이 기재되어 있고 기타 특징이 다른 청구항에 기재되어 있는 방법에 의해 달성된다.
IMS 장비로부터의 신호내의 결정된 시간 위치에서 탐지된 피크들의 강도들 사이의 비율을 계산함으로써, 본 발명에 따른 방법은 적어도 30 ppb 까지 아르곤내의 물의 농도를 정밀하게 측정할 수 있게하며; 실제로 피크 강도의 측정은 일반적으로 그들의 면적을 측정하는 것으로 구성된다.
또한, 본 발명에 따른 방법은, 반도체 산업(수소, 질소 및 헬륨과 같은)에서 채용되는 초-순수 아르곤에 적용될 때, 일반적으로 각 불순물에 대해 약 10ppb 이상의 비교적 높은 농도의 불순물을 가지는 경우를 제외하고, 도핑 가스나 IMS 분석 이전의 가스 정화 공정을 필요로 하지 않는다.
본 발명의 특징에 따라, 물 농도의 계산은 개인용 컴퓨터와 같은 전자적 계산 수단내에서 용이하게 실행될 수 있는 로가리듬(logarithmic) 공식을 이용함으로써 자동적으로 실시될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 다른 이점 및 특징들은 첨부하는 도면을 참조하여 이하의 보다 상세하고도 비제한적인 실시예의 설명으로부터 소위 당업자가 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1 을 참조하면, IMS 장비(10)는 공지된 바와 같이 그리드(13)에 의해 분할된 반응 영역(11)과 분리 영역(12)을 포함한다. 반응 영역(11)으로 유입되는 가스는 예를 들어63Ni 와 같은 복사선 공급원(도시 안 됨)에 의해 이온화된다. 그렇게 생성된 이온은 분리 영역(12)내로 안내되며, 상기 분리 영역내에서는 그 영역의 벽을 따라 적절하게 배치된 전극들(도시 안 됨)에 의해 탐지기(14)를 향해 가속된다. 분리 영역(12)내의 이온의 운동은 화살표에 의해 도면에 개략적으로 도시되었다. 분석될 가스는 유입 도관(15)을 통해 IMS 장비(10)내로 유입된다. 이온 탐지기(14)를 향한 운동 속도는 상기 분리 영역(12)내의 순수 아르곤의 역방향 유동에 의해 느려진다. 이러한 목적을 위해, IMS 장비(10)는 탐지기(14)측으로부터 분리 영역(12)내로 아르곤을 도입하기 위한 하나 이상의 도관(16)을 포함한다. 상기 탐지기는 변환기(17)에 연결되며, 상기 변환기는 탐지기(14)의 전기 신호 시간 동안 경과를 아날로그 또는 디지털 신호로 변환하며, 상기 신호는 분석 결과를 나타내는 스펙트럼(19)에 의해 디스플레이 및/또는 프린터(18)상에 디스플레이될 수 있다.
바람직하게, 도관(15, 16)은 그 도관의 내벽으로부터의 극히 제한된 탈가스를 보장하기 위해 일반적으로 전기도금된 철 파이프를 이용하는 순수 가스 기술의 일반적인 방식에 따라 구성된다.
본 발명에 따라, 분석될 가스는 IMS 장비(10)의 반응 영역(11)내로 도입되고 본 기술의 통상적인 방식으로 즉, 측정을 방해하지 않는 가스 특히 아르곤의 역방향 유동을 IMS 장비(10)의 분리 영역(12)내로 도입함으로써 분석되며; 이하에서 보다 상세히 설명하는 바와 같이, 아르곤으로 인한 피크 즉, RIP 의 스펙트럼내의 위치(밀리초, ms)는 테스트 파라미터로서 알 수 있으며; 측정 시스템이 RIP 소멸을 탐지하였을 때, 물과 관련한 두개의 상이한 이온 종(species)에 대응하는 두개의 피크가 얻어지며; 이러한 두개의 피크의 강도를 비교함으로써, 아르곤내의 물의 농도는 특히 로가리듬 공식에 의해 계산된다.
IMS 스펙트럼내의 다른 임의의 피크에서와 같이, RIP 의 위치는 실행되는 분석의 물리적 파라미터에 따라 달라진다. 특히, 가장 중요한 파라미터는 분리 영역내의 가스의 온도이며; 기준 위치에 대한 상당한 온도 변화는 스펙트럼내의 여러 피크들의 시간 위치들 사이의 비율을 변화시킬 것이고, 그에 따라 분석이 불가능하게 될 것이다. 두번째로 중요한 파라미터는 분리 영역내의 가스 압력 및 인가된 전기장 사이의 비율이며; 이러한 비율의 변화는 스펙트럼내의 모든 피크의 위치들의 비례적인 변화를 초래하여, 여러 피크 위치들 사이의 비율이 유지되면서, 스펙트럼이 "압축" 또는 "팽창"된다. 아무튼, 편리함을 위해, 여러 피크들의 식별이 용이하도록 표류 시간을 고정시키는 것이 바람직하다. 마지막으로, 이전의 파라미터들에 비해 그 영향이 적지만, 스펙트럼은 분석될 가스의 질량 유동과 역방향으로유동하는 가스의 질량 유동 사이의 비율에 의해 영향을 받는다. 본 발명에 따른 방법에 중요하며 물과 관련된 두개의 피크들은 H3O+및 (H2O)2 +이온에 대응하는 피크들이다. 따라서, 이들 두개의 피크들의 시간 위치를 알기위해서는, RIP 가 소멸되지 않도록 아르곤내에 물 함량을 가지고 실제 분석과 동일한 조건에서 IMS 가이딩(guiding) 테스트를 실시할 필요가 있다. 완전한 스펙트럼이 얻어지며: RIP 의 출현으로 인해 기타 피크들을 대응 종(species)에 할당할 수 있으며, 이러한 대응은 실제 분석에서 유지된다(RIP 없이).
예
아르곤내에 상이한 농도를 가지는 물 분석의 일련의 테스트와 관련된 이하의 예에 의해 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 모든 테스트에서, IMS 장비(10)내로 유동하는 가스 혼합물은 분당 0.5 리터로 유지되고 그 가스 온도는 110℃ 이다. 샘플 이온화는63Ni 복사선 공급원에 의해 이루어진다. 그렇게 생성된 이온은 그리드(13)의 전압이 소멸되어 분리 영역(12)내로 유입될 수 있을 때까지 그리드(13) 상에서 중화된다. 그리드 전압의 소멸 시간은 각 테스트에 대해 200 마이크로초(㎲)이다. 테스트들은 분리 영역(12)의 길이가 8cm 인 IMS 장비(10)를 이용하여 실행되며; 각 테스트에서 가속 전기장은 128 V/cm 와 같다. 예비적인 가이딩 테스트로부터, 이러한 조건하에서 테스트 종(species)의 통상적인 표류 시간은 대체적으로 15 내지 30 밀리초(ms)라는 결과가 나왔으며; 또한 적절한 테스트로부터, 이러한 조건하에서 H3O+및 (H2O)2 +의 피크들이 각각 15.5 내지 17 ms 및 17 내지 19 ms(각각 최대 약 16 및 17.8ms) 라는 것이 결정되었다. 모든 테스트의 결과들은 스펙트럼(19)으로 나타나며, 그 스펙트럼에서 피크들은 주어진 이온의 표류 시간에 따른 주어진 이온의 농도에 비례하는 면적을 가진다. 피크 강도는 볼트(V)로 표현되는 한편, 탐지기(14)에 의해 직접 측정되는 전류(단위 시간 동안 탐지기에 충돌하는 이온의 수)는 변환기(17)에 의해 볼트로 변환된다. 도관(16)으로부터 유입되는 순수 아르곤의 역방향 유동은 분당 2 리터의 유속을 가진다. 일반적으로, 분석될 가스의 유량과 순수 아르곤의 역방향 유동 사이의 비율은 1:10 내지 1:1 사이에서 변할 수 있다.
도 2 는 IMS 장비(10)로 물, 아르곤, 및 매우 적은 불순물의 대응하는 다수의 혼합물을 분석함으로써 얻어지는 다수의 겹쳐지는 스펙트럼을 도시한 것으로서, 이 때 물의 농도만이 변화한다. 가로축을 따라서는 이온의 표류 시간이 밀리초로 도시된 반면, 세로축을 따라서는 이온 탐지기(14)에 의해 방출된 신호의 강도에 비례하는 값이 예를 들어 볼트 단위의 전압으로 도시되어 있다. 도면내부의 숫자들은 IMS 장비(10)내로 유입되는 가스내에 존재하는 ppb 단위의 농도에 따른 상이한 스펙트럼들을 구분한다.
도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 물이 없을 때 즉, 물이 0 ppb 일 때, 관련 스펙트럼(굵은 선으로 도시됨)은 4개의 피크 A, C, D 및 E 를 가지며, 이 때 E 의 높이가 가장 높다. 본 테스트의 조건하에서 23 내지 25 ms 의 시간 간격내에있는 피크(E)는 Ar+이온의 피크 즉, RIP 에 대응하며, 각각 15.5 내지 17 ms, 19 내지 21 ms, 21 내지 23 ms 의 시간 간격을 가지는 다른 피크들(A, C 및 D)은 가스 혼합물내에 존재하는 불순물의 이온들에 대응한다. 특히, 첫번째 시간 간격내의 피크(A)는 H3O+의 이온에 의해 유발되며, 두번째 피크(C)는 불순물 이온에 의해 유발되고, 세번째 피크(D)는 H2O+이온에 의해 유발된다. 피크(A) 및 피크(D)의 H2O+및 H3O+이온은 유입되는 가스 혼합물로부터 제거될 수 없는 매우 적은 물 농도로 인한 것이다.
가스 혼합물내의 물 농도를 5ppb 까지 증가시킴으로써 그리고 테스트의 다른 변수들은 불변상태로 유지함으로써, 피크(C, E)의 높이가 어떻게 급격히 떨어지는가를 알 수 있으며, 또한 피크(D)의 높이가 어떻게 약간 감소되는가 그리고 피크(A)의 높이가 어떻게 성장하는가를 알 수 있다. 또한, (H2O)2 +이온에 의해 유발된 17 내지 19 ms 시간 간격내의 피크(B)가 식별될 수 있다. 5 ppb에서, 피크(A)와 피크(B)는 서로 유사한 높이를 가지며, 그 두 피크의 높이는 나머지 피크(C, D, 및 E)의 높이 보다 높다.
혼합물내의 물의 농도를 5 ppb 로부터 약 30 ppb로 높임으로써, 피크(B)의 높이는 높아지는 반면, 피크(A)의 높이는 낮아지고, 그리고 피크(C, D 및 E)는 사라진다. 특히, 약 18 ppb 물 농도에서, 피크(A)의 높이가 0 ppb 물 농도의 동일피크의 높이와 같아진다.
혼합물내의 물 농도를 30 ppb 이상으로 증대시킴으로써, 시스템은 포화되고 피크(B) 만이 동일한 높이에서 유지된다.
전술한 바와 같이, 가이딩 테스트로 피크(A, B)의 위치는 미리 결정되며, 그에 따라 15.5 내지 17 ms 및 17 내지 19 ms 의 시간 간격이 얻어진다. 이러한 피크들의 강도 특히, 그 면적을 구함으로써, 이온 탐지기(14)에 의해 측정된 신호의 대응 레벨(level)이 얻어진다. 분석 가스내에 포함된 물의 농도는 상기 레벨들을 비교함으로 측정될 수 있다. 특히, 30 ppb 이하의 물 농도 경우에, 상기 비교는 다음의 식으로 표현될 수 있다는 것을 발견하였다. 즉:
ppbH2O= K ln((HB + HA)/HA) 이며; 이때
- ppbH2O는 물 농도이고,
- K 는 양의 상수이며,
- HA 는 피크(A)의 면적이고, 그리고
- HB 는 피크(B)의 면적이다.
도 3 은 물 농도(세로축)의 두개의 겹쳐지는 선도(線圖)의 시간(가로축)에 대한 변화를 도시한 그래프이다. 연속적인 선으로 이루어진 첫번째 선도는 IMS 장비(10)내로 유입되는 기준 혼합물내에 유효하게 존재하는 물 농도를 나타낸 것이며, 점선으로 이루어진 두번째 선도는 전술한 방법에 의해 측정된 물 농도를 나타낸 것이다. 30ppb 까지 두번째 선도가 첫번째 선도를 실질적으로 따르는 한편, 장비가 포화되는 상기 농도를 넘어서는 달라지게 된다는 것을 알 수 있다.

Claims (8)

  1. 이온화 이동도 분광법에 의해 아르곤, 수소, 질소 및 헬륨 내의 물의 농도를 측정하기 위한 방법에 있어서:
    - 순수 가스가 역방향으로 유동하는 IMS 장비(10)내로 분석될 가스 혼합물을 도입하는 단계;
    - 상기 IMS 장비(10)의 이온 탐지기(14)에 의해 탐지된 이온의 개수에 비례하고 시간에 따라 변하는 신호(19)를 획득하는 단계;
    - 가스 혼합물내에 존재하는 H3O+및 (H2O)2 +이온의 IMS 장비(10)내의 표류 시간에 대응하는 두개의 시간 간격(A, B)을 결정하는 단계;
    - 상기 두개의 결정된 시간 간격(A, B)내에서 상기 신호(19)의 피크들을 얻는 단계; 및
    - 상기 신호(19)에서 얻어진 두개의 피크들의 강도 사이의 비율에 따라 가스 혼합물내의 물 농도를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물 농도 계산 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 분석 가스내의 물 농도는 이하의 식, 즉:
    ppbH2O= K ln((HB + HA)/HA) 의 식에 의해 계산되며, 이 때;
    - ppbH2O는 ppb 단위의 물 농도이고,
    - K 는 양의 상수이며,
    - HA 는 IMS 장비(10)내의 H3O+의 표류 시간에 대응하는 시간 간격(A)내의 신호(19)의 피크 강도이며, 그리고
    - HB 는 IMS 장비(10)내의 (H2O)2 +의 표류 시간에 대응하는 시간 간격(B)내의 신호(19)의 피크 강도인 것을 특징으로 하는 물 농도 계산 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 피크들의 면적은 상기 피크들의 강도의 측정치로서 채용되는 것을 특징으로 하는 물 농도 계산 방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 피크들의 높이는 상기 피크들의 강도의 측정치로서 채용되는 것을 특징으로 하는 물 농도 계산 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, IMS 장비(10)내에서의 H3O+및 (H2O)2 +의 표류 시간에 대응하는 두개의 시간 간격(A, B)는 실제 분석에서 채용되는 것과 동일한 작동 파라미터 값으로 실행되는 예비적인 가이딩 테스트에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 물 농도 계산 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 작동 파라미터는 적어도 분석 가스 혼합물의 온도를 포함하는 것을 특징으로 하는 물 농도 계산 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 작동 파라미터는 IMS 장비(10)의 분리 영역(12)내의 전기장을 포함하는 것을 특징으로 하는 물 농도 계산 방법.
  8. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 110℃ 인 가스 온도와 128 V/cm 의 분리 영역(12)내의 전기장에서 상기 분석이 실시되며, IMS 장비(10)내에서의 H3O+및 (H2O)2 +의 표류 시간에 대응하는 두개의 시간 간격(A, B)은 15.5 내지 17 ms(A) 및 17 내지 19 ms(B)인 것을 특징으로 하는 물 농도 계산 방법.
KR10-2003-7001714A 2001-06-06 2002-06-05 이온화 이동도 분광법에 의해 아르곤, 수소, 질소 및헬륨내의 물 농도를 측정하는 방법 KR20030022883A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT2001MI001193A ITMI20011193A1 (it) 2001-06-06 2001-06-06 Metodo per la misura mediante spettroscopia di mobilita' ionica dellaconcentrazione di acqua in argon, idrogeno, azoto e elio
ITMI01A001193 2001-06-06
PCT/IT2002/000370 WO2002099405A2 (en) 2001-06-06 2002-06-05 Method for measuring the concentration of water in argon, hydrogen, nitrogen and helium by means of ionization mobility spectrometry

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20030022883A true KR20030022883A (ko) 2003-03-17

Family

ID=11447817

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2003-7001714A KR20030022883A (ko) 2001-06-06 2002-06-05 이온화 이동도 분광법에 의해 아르곤, 수소, 질소 및헬륨내의 물 농도를 측정하는 방법

Country Status (10)

Country Link
US (1) US6895339B2 (ko)
EP (1) EP1393055A2 (ko)
JP (1) JP2005509141A (ko)
KR (1) KR20030022883A (ko)
CN (1) CN1225654C (ko)
AU (1) AU2002345354A1 (ko)
IT (1) ITMI20011193A1 (ko)
RU (1) RU2003130461A (ko)
TW (1) TW548403B (ko)
WO (1) WO2002099405A2 (ko)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004010131A1 (en) * 2002-07-22 2004-01-29 Saes Getters S.P.A. Method for carrying out ion mobility spectrometry analyses
GB2394290A (en) * 2002-10-14 2004-04-21 Boris Zachar Gorbunov Method and apparatus for counting ions in a sample
WO2008070204A2 (en) 2006-06-09 2008-06-12 Ion Applications, Inc. Miniaturized ion mobility spectrometer
WO2011114340A2 (en) * 2010-03-18 2011-09-22 Priya Darshan Pant A highly developed atomic emission spectrometer using an argon saver for argon flow through the optics chamber (oc) and spark chamber (sc) for argon savings with good sparking. this leads to a significant increase in the number of analyses that can be done per cylinder of argon gas, thus resulting in significant savings
EP2799264A1 (de) 2013-04-29 2014-11-05 Schmitz Cargobull AG Nutzfahrzeug für den Transport von temperaturgeführtem Transportgut und Verfahren zum Betrieb einer bei einem solchen Nutzfahrzeug vorgesehenen Kältemaschine
EP3629917B1 (de) * 2017-05-24 2021-07-21 B. Braun Melsungen AG Analysevorrichtung zum analysieren von exspirationsluft
CN108169321B (zh) * 2017-12-21 2021-05-11 中国科学院电子学研究所 高纯氮气检测方法及装置
CN114136721B (zh) * 2021-11-29 2024-05-14 华能核能技术研究院有限公司 一种氦气中的水痕量检测方法及检测系统

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4551624A (en) * 1983-09-23 1985-11-05 Allied Corporation Ion mobility spectrometer system with improved specificity
JPS623008A (ja) 1985-06-28 1987-01-09 大陽酸素株式会社 アルゴンの超精製装置、並びに精製方法
JPS623006A (ja) 1985-06-28 1987-01-09 大陽酸素株式会社 窒素の超精製装置、並びに精製方法
US5032721A (en) * 1990-06-01 1991-07-16 Environmental Technologies Group, Inc. Acid gas monitor based on ion mobility spectrometry
US5095206A (en) * 1990-06-01 1992-03-10 Environmental Technologies Group, Inc. Method and apparatus for improving the specificity of an ion mobility spectrometer utillizing sulfur dioxide dopant chemistry
AT396075B (de) * 1990-11-20 1993-05-25 Voest Alpine Ind Anlagen Verfahren zum legen eines drahtes in kreisfoermige windungen
IT1270875B (it) * 1993-04-29 1997-05-13 Getters Spa Procedimento di purificazione dell'idrogeno e purificatore relativo
US5457316A (en) * 1994-12-23 1995-10-10 Pcp, Inc. Method and apparatus for the detection and identification of trace gases
US6498342B1 (en) * 1997-06-02 2002-12-24 Advanced Research & Technology Institute Ion separation instrument
US5955886A (en) * 1997-07-10 1999-09-21 Pcp, Inc. Microliter-sized ionization device and method
US6509562B1 (en) * 1999-09-16 2003-01-21 Rae Systems, Inc. Selective photo-ionization detector using ion mobility spectrometry
US6291821B1 (en) * 1999-12-02 2001-09-18 Barringer Research Limited Method of monitoring the status of the gas drying system in an ion mobility spectrometer

Also Published As

Publication number Publication date
WO2002099405A3 (en) 2003-09-18
EP1393055A2 (en) 2004-03-03
JP2005509141A (ja) 2005-04-07
ITMI20011193A1 (it) 2002-12-06
AU2002345354A1 (en) 2002-12-16
WO2002099405A8 (en) 2004-05-27
ITMI20011193A0 (it) 2001-06-06
US20040111222A1 (en) 2004-06-10
CN1225654C (zh) 2005-11-02
US6895339B2 (en) 2005-05-17
RU2003130461A (ru) 2005-02-27
WO2002099405A2 (en) 2002-12-12
CN1503907A (zh) 2004-06-09
TW548403B (en) 2003-08-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20080272285A1 (en) Ion Mobility Spectrometer Comprising a Corona Discharge Ionization Element
EP1672363B1 (en) Method of improving the performance of an ion mobility spectrometer used to detect trace atmospheric impurities in gases
KR20030022883A (ko) 이온화 이동도 분광법에 의해 아르곤, 수소, 질소 및헬륨내의 물 농도를 측정하는 방법
RU2273847C2 (ru) Способ измерения общей концентрации окиси углерода и углеводородов в кислороде с помощью спектрометрии подвижности ионов
KR100809149B1 (ko) 이온 유동 분광분석법에 의한 질소, 수소 및 산소에서의불순물 농도 측정방법
CN108169321B (zh) 高纯氮气检测方法及装置
JPH0634616A (ja) 微量不純物の分析方法
JP2006502532A (ja) イオン移動度分光分析を実施する方法および機器
US6740873B2 (en) Method for measuring the concentration of nitrogen in argon by means of ion mobility spectrometry
AU2002217443A1 (en) A method for measuring the concentration of impurities in nitrogen, hydrogen and oxygen by means of ion mobility spectrometry
KR100809131B1 (ko) 이온 이동 분광분석에 의해 질소 내의 메탄 및 수소의농도를 측정하는 방법
KR100809148B1 (ko) 이온 이동도 분광법으로 헬륨내의 불순물의 농도를측정하는 방법
JPH0770301B2 (ja) 質量分析計

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
NORF Unpaid initial registration fee