[发明专利]一种利用常规四级质谱仪准确测量氢、氘、氦分压的方法

权利要求书

1.一种利用常规四级质谱仪准确测量氢、氘、氦分压的方法，其特征在于：选择两个预定的电离能，在纯氢气、纯氘气和纯氦气的宽范围真空环境下进行四级质谱仪的标定，获得在选定的两种电离能下各种气体压强与AMU2和AMU4的离子流的对应关系；在后续四级质谱仪测量中，同时扫描选定的两种电离能条件下的AMU2和AMU4的离子流，通过分析计算，获得氢气、氘气和氦气的准确分压，具体步骤包括：

a)选择两个预定的电离能参数E1、E2，分别为低电离能和高电离能，选择的原则是：15.4E124.5eV，E225.3eV；

b)在四级质谱仪标定测试系统上，在四级质谱仪工作压强范围内，在选定的两个电离能条件下，分别在纯氢气、纯氘气和纯氦气环境下标定四级质谱仪，确定电离能、气体压强与AMU2和AMU4的离子流之间的关系；

c)根据步骤b)的标定结果，在选定的两个电离能条件下纯氢气、纯氘气和纯氦气的气体压强与AMU2和AMU4的离子流之间的定量关系如下：

I_{E1_AMU2_H2}＝f₁(P_H2)(1)

I_{E1_AMU2_D}＝f₂(P_D2)(2)

I_{E1_AMU4_D2}＝f₃(P_D2)(3)

I_{E1_AMU4_He}＝f₄(P_He)(4)

I_{E2_AMU2_H2}＝g₁(P_H2)(5)

I_{E2_AMU2_D}＝g₂(P_D2)(6)

I_{E2_AMU4_D2}＝g₃(P_D2)(7)

I_{E2_AMU4_He}＝g₄(P_He)(8)

其中P_H2、P_D2和P_He分别是氢气、氘气和氦气的气压，单位为Pa；I_{E1_AMU2_H2}、I_{E1_AMU2_D}、I_{E1_AMU4_D2}和I_{E1_AMU4_He}分别是在电离能E1条件下H_2+、D⁺、D₂⁺和He⁺的离子流，I_{E2_AMU2_H2}、I_{E2_AMU2_D}、I_{E2_AMU4_D2}和I_{E2_AMU4_He}分别是在电离能E2条件下H_2+、D⁺、D₂⁺和He⁺的离子流；由于E1小于氘原子和氦分子的电离阈值，因此

I_{E1_AMU2_D}＝0(9)

I_{E1_AMU4_He}＝0(10)

在四级质谱仪的工作气压范围内，在两个电离能条件下纯氢气、纯氘气和纯氦气的绝对气压与四级质谱仪扫描AMU2和AMU4的离子流之间呈单调上升的函数关系；f₁～f₄、g₁～g₄分别代表预定的两种电离能条件下各气体压强与AMU2和AMU4的离子流关系的函数；

d)实际使用四级质谱仪对氘气和氦气测量时，同时在预定的两个电离能条件下扫描AMU2和AMU4，得到两种离子流数据I_{E1_AMU2、}I_{E1_AMU4、}I_{E2_AMU2}和I_{E2_AMU4}，这是由氢气、氘气和氦气的分子和原子电离后共同贡献的，

I_{E1_AMU2}＝I_{E1_AMU2_H2}+I_{E1_AMU2_D} (11)

I_{E2_AMU2}＝I_{E2_AMU2_H2}+I_{E2_AMU2_D} (12)

I_{E2_AMU4}＝I_{E2_AMU4_D2}+I_{E2_AMU4_He} (13)

e)根据步骤c)的标定结果和d)的测量结果，结合式(1)、(9)和(11)确定氢气的气压P_H2；

f)根据步骤c)的标定结果、d)的测量结果以及e)的计算结果，将P_H2结果带入式(5)、(6)和(12)计算得到氘气的气压P_D2，最后将P_D2带入式(7)、(8)和(13)，计算得到氦气的气压P_He。