涡轮分子泵

分子涡轮泵是质谱的心脏部件，它的运行情况直接关系到仪器的灵敏度，我们来看下涡轮分子泵的知识。

1958年，德意志联邦共和国的W. Baker首先提出了具有应用价值的涡轮分子泵，随后相继提出了各种不同结构的分子泵，主要是立式和卧式。涡轮分子泵主要由泵体、带叶片的转子（即动叶轮）、静叶轮和驱动系统组成。叶轮外缘的线速度与气体分子的热运动速度一样高（通常为150~400 m/s）。单个叶轮的压缩比很小，涡轮分子泵由十多个动叶轮和静叶轮组成。动叶轮和静叶轮交替布置。动静叶轮的几何尺寸基本相同，但叶片的倾角相反。图 2 显示了一个由 20 个移动叶轮组成的整体转子。每两个动叶轮之间安装一个静叶轮。静叶轮外缘用圆环固定，动叶轮与静叶轮之间保持1mm左右的间隙，动叶轮可以在静叶轮之间自由转动。 

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分子泵性能和特点

泵的排气压力与进气压力之比称为压缩比。压缩比不仅与泵的级数和转速有关，还与气体的种类有关。具有高分子量的气体具有高压缩比。氮气（或空气）的压缩比为108～109；氢气为 102 ~ 104；对于油蒸气等分子量较大的气体，大于1010。泵的极限压力为10-9 Pa，工作压力范围为10-1～10-8 Pa，抽气量为数十～ 每秒数千升（1 升 = 10-3 立方米）。涡轮分子泵必须工作在分子流动状态（气体分子均匀自由距离远大于导管截面最大尺寸的流动状态）才能显示其优越性，因此需要配备一个 工作压力1～10-2 Pa.级真空泵。分子泵本身由中频电机直接驱动，转速为10,000至60,000 rpm。

涡轮分子泵的优点是启动快，耐各种射线的照射，耐大气冲击，无储气和解吸作用，无油蒸气污染或污染极少，可获得洁净的超高真空 . 涡轮分子泵广泛应用于需要高真空度的高能加速器、可控热核反应堆、重粒子加速器以及真空镀膜工艺等领域。

为了利用涡轮分子泵获得洁净真空，国外常采用干式机械泵作为其前级泵，形成无油真空系统。但目前国内大部分涡轮分子泵都采用油封机械泵作为前级泵，构成油基真空系统。如果操作不当，很难避免油蒸汽倒流和污染真空系统。利用油路系统获得清洁真空，国内外已有一些有效的防止回流的措施和成功的运行经验。

抽速大、无油、启动快、无油污染、维护简单

工作范围：清洁的低真空~中、高真空，大气~超高真空

极限真空：10-6/ 10-10torr

缺点：结构复杂、对轴承耐磨程度要求高、制造成本高

分析仪器需要清洁、干燥的高真空系统，真空度范围为10-10~10-3mbar，涡轮分子泵技术为质谱仪等分析仪器的广泛应用奠定了基础。

色谱-质谱联用仪

GC-MS主要使用的载气是H2、He、N2、Ar、O2等，由于H2、He是小分子气体，在分子流状态下无序运动速度快。HiPace 80、HiPace 300、HiPace400气体的抽气能力高，而且在N2抽速相近的情况下，H2气体的抽速快，压缩比大，进气负载高。大大降低了质谱仪的信号背景，提高了灵敏度。HiPace80主要用于进气负载小的仪器，而HiPace 300、HiPace400用于进气负载大的质谱仪。LC-MS主要使用2个Hipace 300或者SplitFlow分流涡轮分子泵。主要使用的前级泵包括DUO1.3、DUO2.5、DUO5M和Peta系列的机械泵以及各种真空计。

电感耦合等离子体质谱仪

在ICP-MS里，主要安装德国普发真空的SplitFlowTM分流涡轮分子泵。每套质谱分析系统都有其独特的设计要求，德国普发真空为客户量身定制分流涡轮分子泵，尺寸、功率、抽速、负载、压缩比等参数都按特定的要求设计（见图）。SplitFlowTM分流涡轮分子泵广泛地安装在Bruker，Thermo等ICP-MS仪器中。另外，OnToolTM Booster150超级干泵，采用全新的设计概念，设计紧凑，直排大气，极限真空可达10-5mbar，现在也已安装在高端ICP-MS上。

1、为防止涡轮分子泵返油，开机前先将前级泵抽至2托，然后再启动涡轮分子泵。

2、在涡轮分子泵与前级泵之间可串入一只挡油阱以防止机械泵油蒸汽的返油。

3、不能在前级泵工作时（前级管路接通）和真空室处于真空状态时将涡轮分子泵停掉，否则将会使油蒸汽迅速从前级管路返流到泵的清洁端。

4、选择系统前级泵大小时，应使涡轮分子泵的前级泵保持在分子流状态下。

5、不能让涡轮分子泵在低于额定工作转速下运行。

6、分子泵入口应装设防护网，以免异物进入泵内损坏转子和定子叶片。

7、规范使用涡轮分子泵，可有效提升真空泵的使用效率，延长使用寿命。