在线气体分析质谱

基于20多年稀有气体质谱仪的经验，Thermo Scientific开发了系列新一代多接收稀有气体质谱仪。它结合创造性的新特征和经过实践验证的成熟的同位素质谱技术，开发了Helix MC Plus、Helix SFT和ARGUS VI三款先进的静态真空稀有气体质谱仪，是多接收静态惰性气体质谱迈进的重要一步。Thermo Scientific HELIX SFT质谱是为氦同位素同时分析及高精度跳峰分析而设计的高分辨、多接收系统，可以同时测定3He和4He，也可以用跳峰模式测量任何稀有气体同位素。 主要特点 该系统可同时测量氦同位素，无需跳峰扫描，减少了分析时间，获得了更高的精度和产出效率； 丰度灵敏度：由于HELIX SFT独特的设计，质量4对质量3的贡献小于1ppb； 体积：HELIX SFT的内部体积约1400cc，这是当前技术的重要提升； 分辨率：低质量数接收器，通常用来测定3He，其分辨率大于700，这保证了3He 能够和两个干扰峰HD和H分开； 1010Ω/1011Ω/1012Ω/1013Ω放大器拥有不同的动态范围范围使大部分分析都能在长寿命的法拉第接收器上进行。

Prima PRO质谱仪a）工作原理：Prima PRO质谱仪是非常强大的在线分析仪器，能够快速、准确灵活的分析多个流路、多个组分的气体。它采用磁扇扫描原理实现对多种气体浓度的检测，工作原理如下图：质谱分析仪工作原理图 由RMS多流路快速进样系统导入气体分子样品；经过离子源将该样品转为离子态片段或气体离子，然后按照样品离子的质荷比不同，对经过磁扇区进行分离，分离过程遵循如下基本物理公式： ，其中：r为离子运动的轨道半径，M是粒子的质量，V是加速电压（1KV），β是磁场强度，e是离子的电子电荷。只有在一定的V及β的条件下，具有特定质荷比M/e的正离力才能通过运动半径为r的轨道进入检测器。当V，r固定，M/e与β2成正比，连续改变扫描磁场强度,就可使具有不同的M/e离子顺序到达离子检测器。 被选定的离子进入检测器后形成微弱的电流信号，检测器的输出信号经过板载微处理器转换，最终输出的信号表征样气中各个组分的浓度。在整个分析过程中，质谱仪工作在真空状态。该真空系统，由两部分组成：由选装机械泵提供的初级真空和由涡轮分子泵提供的高度真空。 b）产品用途：在线质谱仪可从容应对石油化工应用的众多挑战，其中包括：? 石化、化工行业l 烯烃生产l 裂解炉优化l 环氧乙烷/ 乙烯乙二醇l 聚烯烃生产l 合成氨l 煤气化l 甲醇l 醋酸l 天然气处理l 有毒挥发性有机化合物（VOC）的泄漏? 钢铁行业：l 高炉尾气分析l 转炉尾气分析l RH和VOD精炼炉尾气分析l 直接脱碳（DRI）炼铁尾气分析l 煤气回收、燃料气和混气分析? 发酵、生物制药行业：l 生物能源l 工业酶l 生物材料l 生物量l 食品添加剂l 维生素l 药物l 预防药l 疫苗l 生长激素l 单克隆抗体l 激素l 融合蛋白l 细胞活素l 抗生素l 胰岛素l 溶栓 c)特点：●分析速快，可以实现实时、高速的在线分析●分析原理简单，方便使用者和维护人员快速掌握相关的信息●能够同时分析多个组分●能够实现多达32或更多流路同时分析●采用可靠地扫描磁扇技术●无需载气和助燃气，降低运行和维护成本 ●高精度、高重复性●非常可靠（超过99%正常工作时间） ●软件功能强大 d）技术指标：Prima Pro性能指标分析原理扫描磁扇，半径150px，80度偏转角。扫描磁扇质谱具有精度高，稳定性好，可靠性高，抗污染能力强，标定及其他日常维护间隔长，并且维护工作极其简单。质量范围可调整。离子加速电压为1000V时，质量范围1-150amu；离子加速电压为750V时，质量范围1-200amu。分辨率可通过两个收集解析狭缝进行切换，标准配置为60/40，1mm狭缝为60，4mm狭缝为20；也可以选择其他组合，如140/85，100/45，140/45。质量稳定性质量数为28时，0.013amu，24小时测量。峰形平顶峰，分辨率为60时，峰顶（99%峰高处的宽度）与峰底（5%峰高处的宽度）的比值为0.5。平顶峰使得质谱的分析精度和抗漂移能力都有极大提高。离子源封闭型，电子轰击式，氧化釷灯丝，温度控制（可在120-200 degrees C范围内设定，精度为± 0.1 degrees C）。检测器法拉第杯电荷计数器。进样阀32路快速旋转进样阀RMS，1/4”卡套接口。RMS切换迅速，死体积极小，可以加热至120摄氏度。内置进样流量测量元件，可对低流量报警。进样类型毛细管+分子渗漏，带旁路（标准配置）标定方式手动标定接口12个，1/4”卡套，可根据应用选择更多真空系统初级真空泵：旋转机械泵高级真空泵：涡轮分子泵样品流速对每个流路进行数字测量并记录精度0.1%，相对精度线性度1%相对精度动态范围10 ppb – 100%（理论值，根据实际应用）稳定性1%控制器内置工业CPU，独立的操作系统，不依赖外部电脑独立工作。与外部控制软件GasWork的通讯功能。电源230 VAC (± 10VAC)，50Hz数字输出1个，干接点，可根据应用选择更多。通讯MODBUS RTU，以太网，OPC.机箱温度控制质谱分析仪机箱侧面配有一个空调，压缩制冷方式，温度控制精度为+/- 0.5 deg C。安装方式壁挂式。仪表风300Nl/min = 18Nm3/h，压力为4-10barG，接口为1/2”。 Prima BT过程开发质谱仪a）工作原理：Prima BT是Prima PRO的小型化，其在基本原理和内部构造上基本与Prima PRO完全一致，是Prima PRO在小型试验装置或实验室开发过程应用的缩小版。它的分析性能指标几乎与Prima PRO完全一致，既可以作为实验室质谱仪使用，也可以作为小型在线分析仪使用。Prima BT过程开发质谱仪是非常强大的连续分析仪器，能够快速、准确灵活的分析多个流路、多个组分的气体。它采用磁扇扫描原理实现对多种气体浓度的检测，工作原理如下图： 质谱分析仪工作原理图 由RMS多流路快速进样系统导入气体分子样品；经过离子源将该样品转为离子态片段或气体离子，然后按照样品离子的质荷比不同，对经过磁扇区进行分离，分离过程遵循如下基本物理公式： ，其中：r为离子运动的轨道半径，M是粒子的质量，V是加速电压（1KV），β是磁场强度，e是离子的电子电荷。只有在一定的V及β的条件下，具有特定质荷比M/e的正离力才能通过运动半径为r的轨道进入检测器。当V，r固定，M/e与β2成正比，连续改变扫描磁场强度,就可使具有不同的M/e离子顺序到达离子检测器。 被选定的离子进入检测器后形成微弱的电流信号，检测器的输出信号经过板载微处理器转换，最终输出的信号表征样气中各个组分的浓度。在整个分析过程中，质谱仪工作在真空状态。该真空系统，由两部分组成：由选装机械泵提供的初级真空和由涡轮分子泵提供的高度真空。 b）产品用途：在线质谱仪可从容应对石油化工应用的众多挑战，其中包括：l 发酵研发 l 生物燃料研发 l 催化剂研发 l 热分析 l 人类热量研究 l 实验装置气体分析 l 析出气体分析 c)特点：l 最好的在线测量精度 l 最号的测量稳定性 l 界面有好的软件能够灵活设定分析方法 l 容错设计能够确保达到99.9%的运行时间 l 延长的预防性维护时间间隔 l 高度简单化的维护步骤l 出色的“分析仪到分析仪”重复性d）技术指标 Prima BT性能指标离子源 封闭式电子轰击源，双灯丝，带精密温度控制（120-200℃±0.1℃） 质量分析器 层叠式扫描电磁铁，150px半径，80°偏转 质量范围 1-150 amu 在1000 eV 离子能 (1-200 amu 在750 ev 离子能) 分辨率在两个分辨狭缝之间切换，分辨率60/20（标准）；可选140/85, 100/45 重量刻度稳定性 0.013 amu 在 28 amu 超过 24 hours 峰形 在分辨率60时，顶部宽度为底部宽度的一半 丰度灵敏度 250 ppm 以27/28为准检测器 法拉第检测器或法拉第和SEM双检测器（可选） 进样口16个，15个用于分析，另外1用于与标定口连接标定口6个，1/4”卡套进样类型 毛细管，带分子渗漏和旁路（标准） 真空系统 涡轮分子泵和旋转泵；可替换为涡轮分子泵和内部膜片泵 进样流量 数字测量和记录每一流路流量 精度 0.1% 相对 (典型, 依据应用) 线性 1%，样气浓度变化超过10倍 (典型, 依据应用) 动态范围 10 ppb – 100% (理论l, 依据应用，使用外部旋转泵）稳定性 1% 相对，超过1 周 (典型, 依据应用) 控制器内置工业CPU，独立的操作系统，不依赖外部电脑独立工作。与外部控制软件GasWork的通讯功能。电源230 VAC (± 10VAC)，50Hz通讯MODBUS RTU，以太网，OPC.安装方式桌面放置

APIX超高纯电子气质谱分析仪 结合了工艺先进的电子电路和功能强大的过程分析软件的、性能卓越 的大气压离子化质谱仪 (API-MS)使得 Thermo Scientific APIX 生产线提供的分析仪系统成为半导体和电子工业大宗气体连续质量控制的选择。 API-MS 为传统质量控制技术提供了一个成本-效益的替代方案，允许每种大宗气体中一系列潜在污染物浓度监测能够达到很低的测量下限；相较于其他技术，甚至能够优于100倍。 APIX产品线提供了更多完整的杂质分析，包括： H2、CO、CO2、H2O、O2、CH4 、Kr和 Xe ，以及其他需要测量的杂质。随着 300 mm 晶圆生产者发布更严格污染物控制气体质量标准，这种技术将持续的成为ppt级杂质测量下限的首选技术。 特点： 快速在线测量（典型＜5秒）确保 了立即响应供气的波动状况 完全集成的多分析器分析方案提 供了污染物的快速检测 超高的灵敏度和10ppm的测量下限满足当下以及未来的严格的气体分析要求 备份能力在单个大气压离子化分 析器（API）在维护时，允许每 一台大气压离子化质谱仪（APIMS）支持多流路分析 针对于工厂控制和数据集中的标准 化工业通讯协议 (OPC, DDE, Modbus, Siemens 3964R, PROFIBUS, 等等)应用 超高纯氮气（UHP N2） 超高纯氩气（UHP Ar） 超高纯氦气（UHP He） 超高纯氢气（UHP H2） 运行原理APIX δQ 和APIX Quattro 采用阳离子大气压离子化质谱仪 （ API-MS）技术, 该技术被电子工业广泛用于检测超纯气体中的污染物。进样时，样气以大气压或略高于大气压的压力进入离子源。 金属针设置在靠近由孔板行成的通向棱镜组的入口附近。它带有高的电压，能够产生电晕放电。这就产生了从孔板到针头的电子流。电子与离子源中 大量样气发生反应，从而导致大量样气气体分子的电离。 幸运的是，相对于氮气、氢气、氦气和氩气而言，这些出现在样气中浓度很低的污染物需要很少的能量就可以产生 电离。正是因为如此，任何污染物分子出现在样气中，它们与样气离子发生反应的几率就非常高。 这种反应发生时，电荷转移至污染物气体分子，这就形成了再次电离。 这个电荷转移导致非常高比例的污染物气体分子被电离。 事实上，这个效率比其他使用真空腔电离技术的质谱仪， 其效率要高1000倍。 部份样品、完全电离的污染物，经过一系列的减压透镜后，进入三重四级杆质谱仪。一个测量质量数达到300道尔顿（原子质量单位）三重四级杆能够确保实现所有污染物的精确测量。脉冲计数放大器的噪声等级仅为10个脉冲，每106个脉冲, 与大气压离子源配合后, 能够确保12数量级的测量下限，它可以低1012之一 (即1 ppt). 配置：APIX δQ的标准配置为一个单一机箱，它里面配置了1个大气压离子化质谱仪（API-MS）和 一个Air Liquide 气体处理单元，它能够用于ppb或ppt级自动校准。标准机箱是为 相对空气洁净且有温度控制的环境而配置；如果需要，一定数量的冷却降温和吹扫选项也可以满足更多环境需求。 APIX Quattro 标准配置使用了三个机箱，两个配置了4 个大气压离子化质谱仪（API-MS）独立机箱，和第三个装有一个Air Liquide 气体处理单元机箱。 四个质谱仪中的每一个都安装在滑轨上，以便向前拖出，便于维护。 顶部安装的机箱盖包含流路切换阀组， 用于采样气体连接。它允许多个流路连接到每个独立的 散装气体分析器。这种流路选择可以是手动或完全自动完成。每一个大气压离子化质谱仪（ API-MS ）都是独立的，并且都具备多流路切换功能。当一台质谱仪进行年度固定维护时，可以使用其余三台质谱仪监测四个散装气体。 在这两种配置的机箱盖组件包含一个氢安全系统，以确保质谱仪在氢气泄漏时安全关闭。这个安全设备使用独立于质谱仪供电。如果需要有限的机动性，可以提供一组车轮，使该质谱仪能够安全地从一个测试点推送到另一个测试点。 每一个质谱仪通过使用后备电池闪存、运行实时的操作系统的处理器控制。这个处理器作为一系列内部控制器的主人，它们之间的通过以太电缆实现互联。 这些微处理器中的每一个都能作为一个独立部件单独运行，例如气体处理器和多流路进样系统。气体处理器仅需要一个单独的校准气瓶并结合了来自渗透管装置的湿度校准。 内部配电装置通过内部分析仪网络进行监测和控制。 这一设计拓展了 GasWorks 软件的诊断能力。每一个多处理器网络提供了冗余的通讯渠道，允许质谱仪可靠、不需要电脑工作站独立运行，直接传送样品流路数据和诊断信息至DCS或SCADA系统。每一个通讯渠道都可被配置为点对点的 光纤通讯或是硬接线的电流回路、多点连接 。每个分析器都可以配置一个嵌入式opc服务器，与 Microsoft 主机或多种工艺网关协议(Modbus, Siemens, Allen-Bradley, 等.)实现无缝通信 。如果需要质谱仪提供硬接线模拟检测和数字报警输出， OPTO 22 SNAP 和 OPTOMIX 协议将被完全支持，一系列硬件卡件能够使用。 Thermo Scientific GasWorks 软件 Thermo Scientific GasWorks 软件包为质谱仪操作提供了一个直观的、信息丰富且灵活的窗口。使用安装了Gasworks软件的一台电脑可以完成初始设置，过程数据和诊断信息的显示。我们也可以断开电脑与APIX的连接；APIX能够脱离与电脑的连接而独立运行于无人值守模式。 从设计概念到数代产品，完全认可的ISO 9001质量程序得到了软件团队的严格执行。 软件安装可以随时检查，以确保其可验证的完整性和正确性。软件更新可以远程上传。 技术参数测量方式APIX δQ: 1x 三重四级杆质谱分析器 APIX Quattro: 4x 三重四级杆质谱分析器质量范围1-300 AMU离子源类型大气压离子化离子源背景＜1 ppt放大器和动态测量范围100 MHz脉冲计数型检测器脉冲计数通道电子倍增器检测噪声每106 有10个数检测下限 10 ppt (根据组份变化)分析时间（典型） 1s每个组份流路切换时间（典型）15分钟至 1 ppb适合的大宗气体H2 , N2 , Ar, He串口连接类型RS232, RS422, RS485检测的污染物H02 , He, CO, CO2 , O2 , CH4 , Kr 和 Xe (其他污染物也可检测)外形尺寸APIX δQ: 1.9 m (H) x 0.7 m (W) x 0.65 m (D) APIX Quattro: 1.9 m (H) x 2.1 m (W) x 0.65 m (D)