第三章 結果與討論
3.1 實驗系統參數
若已知一真空系統對各種氣體的抽氣速率則可用式(2)計算某一氣通 量氣體的絕對壓力，抽氣速率也可用來測試真空系統在歷經長時間實驗 的重複性。圖 4為本次實驗與一年前實驗22時所用同一實驗真空系統對 He、Ne、N2、Kr、Xe的抽氣速率比較。
0 20 40 60 80 100 120 140
0.10 0.15 0.20 0.25
This work Previous work
Pumping speed (m3 s-1 )
molar mass (g/mol)
圖 4. 實驗腔體的抽氣速率量測曲線
由兩次的實驗結果中可知，在20~40 間有最大的抽氣速率，且輕分子 如He與重分子如Kr及Xe的抽氣速率均較小，此現象符合渦輪式分子幫浦
27
(turbo molecular pump)的抽氣行為。圖 4中以Neon的重複性最差，此乃因 為20Ne+的質荷比為 20，以QMS偵測腔體中的壓力變化會與氬氣的40Ar2+
重疊，為避免混淆，氖氣的壓力變化改用質荷比為22 的同位素表示，22Ne 的同位素比為 9.25%，故其訊號較其他惰性氣體的測量值至少少了一個 數量級，如圖 4所示氖氣的量測不準確度約為±6%，而其他氣體的不準 確度約為±3%。
實驗使用的樣品的莫爾質量皆大於 20，對氫氣以外的Ne、N2、Ar、
Kr 、 Xe 氣 體 做 曲 線 最 佳 化 (curve fitting)， 所 得 到 的 曲 線 方 程 式 y = 0.236e-0.004x，以此方程式可計算各氣體在本真空系統中的抽氣速率，且由 多次實驗測得的數據可預估與莫爾質量相關的抽氣速率方程式的誤差值 約在±5%之內。
3.1.2 能量校正結果
本實驗測量惰性氣體或樣品的游離能或是核層激發峰與文獻值比 較，由此對光子游離源及電子游離源的能量做校正。各氣體的游離能、
核層激發峰與離子的appearance energy (AE)的文獻值如表 9所列。
表 9. 氣體的游離能、核層激發能量及 AE 文獻值
Literature value (eV)
Ar 15.7623
Kr+ 13.9923
Kr2+ 38.3626
28
Kr core-level excitation 91.2424-25
Xe+ 12.1323
Xe2+ 33.3426
Xe3+ 64.1126
Xe4+ 109.1126
Xe core-level excitation 65.1124-25
Benzene 9.2423
Benzene (C3H3+) 14.4415 Benzene (C4H3+) 17.515 Benzene (C6H5+) 13.815
Toluene 8.8323
Toluene (C5H5+) 16.511 Toluene (C7H7+) 11.811
Acetone 9.7023
Acetone (CH3O+) 10.3823
Cyclohexanone 9.1423
MAK 9.2723
DME 10.0323
DME (CH3+) 14.514
DME (CHO+) 12.8514
DME (C2H5O+) 11.1214
Ethanol 10.4823
29
Ethanol (C2H5+) 12.723 Ethanol (CH2OH+) 11.223
0 20 40 60 80 100 120
0 20 40 60 80 100 120
Literature value (eV)
Experimental value (eV)
圖 5. 分子在RGA模式下測得的游離能、核層激發能的實驗值與文獻值11,
, 15 23-26
光子的能量在每次變換光柵時都須以 Ar、Kr 或 Xe 的核層激發能量 做校正，校正後使用的能量區段與文獻值的誤差值約為-0.001 eV，顯示 光子游離源的能量有良好的準確性。
電子轟擊游離實驗使用四極桿質譜儀中在RGA模式操作下電子游離 源控制程式設定的電子能量，所設的能量與文獻值在9~109 eV之間呈線 性關係，斜率為1.007，如圖 5的EI所示，在全能量區段的偏移小於 2 eV，
因此本文中敘述的電子轟擊能量為RGA所設的值。
30
140
3.1.3 四極桿質譜儀粒子穿透靈敏度校正結果
在四極桿質譜儀中，粒子穿透率會與質荷比有關，35本實驗使用自備 的惰性氣體的混合物對四極桿質量分析器的粒子穿透率做校正。章節 2.1.3.3 中的式(13)為TQMS的計算方法，式中的S使用的是章節 3.1.1 的抽氣 速率結果，將電子在50~150 eV的轟擊游離截面積、27-28訊號強度、同位 素、抽氣速率等參數代入式(13)，並將所得惰性氣體的TQMS, EI對Ar的TQMS 做歸一化(Normalize)處理，再將各能量的TQMS平均，如圖 6所示。
0 20 40 60 80 100 120
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
Relative Transmission
m/z
圖 6. 電子轟擊游離的粒子穿透率校正函數
本實驗測量不同能量的TQMS有隨著m/z值越大粒子穿透率越低的趨 勢，與文獻提到的現象相符。TQMS除了氫氣的誤差約為 25%外，其他氣
31
體的誤差約為5%，TQMS, EI在不同能量下有良好的一致性，校正使用的曲 線方程式可以TQMS, m/z = 4.565(m/z)-0.388表示，如圖 6中的虛線。
本實驗使用的TQMS, m/z校正方程式為質荷比的-0.388 次方，在 1996 年 Wojcik等人測量由華沙真空電子研究發展中心(Center of Research and Development of Vacuum Electronics in Warsaw)自製的四極桿質量分析器 的粒子穿透率並發現其校正方程式為質荷比的-0.216 次方，36而Vacher團 隊使用的校正方程式為質荷比的-1 次方。17由以上結果可知使用不同的質 譜儀需要經過不同TQMS的校正，且不同的校正方程式亦有可能成為量測 上的誤差來源。