[发明专利]多入口真空泵

说明书

技术领域

本发明涉及多入口真空泵。

背景技术

具有多个入口的真空泵是本领域中公知的。US6709228中介绍了这种泵被构造为涡轮分子泵的一个示例。这些类型的泵适用于差动抽吸多个腔室以及其他应用。

在差动泵式质谱仪系统中，样本和载气被引入质量分析仪中进行分析。通常，样本是离子化的而载气则具有中性电荷。图1中示出了这种质谱仪的一个示例。参照图1，在这样的系统中存在有紧接在第一和第二真空连接室12,14之后的高真空室10。第一连接室12是真空光谱仪系统中压力最高的腔室并且可以包含有孔或毛细管，通过孔或毛细管将样本离子从离子源吸入第一连接室12内，并且离子光学系统用于将离子从离子源引入第二连接室14内。中间的第二腔室14可以包括附加的离子光学系统用于将离子从第一连接室12引入高真空室10内。在该示例中，使用时第一连接室处于约1mbar的压力下，第二连接室处于约10^-3mbar的压力下，而高真空室处于约10^-5mbar的压力下。通过真空泵将未离子化的载气从质谱仪的腔室中抽出。

利用具有多个入口的复式真空泵16来抽空高真空室10和第二连接室14。在该示例中，真空泵具有形式为两组涡轮分子级组18,20的两个抽吸部分以及形式为Holweck牵引机构22的第三抽吸部分；可以改用可选形式的牵引机构例如Siegbahn或Gaede机构。涡轮分子级组18,20中的每一组都包括多个已知倾角结构的转子19a,21a和定子19b,21b的叶片对(图1中示出了三对，不过可以设置为任意合适的数量)。Holweck机构22以实际上已知的方式包括多个旋转圆筒23a(图1中示出了两个，不过可以设置为任意合适的数量)以及对应的环形定子23b和螺旋通道。

在该示例中，第一泵入口24被连接至高真空室10，并且通过入口24抽吸的流体(或气体分子)依次经过两组涡轮分子级组18,20和Holweck机构22然后通过出口30离开泵。第二泵入口26被连接至第二连接室14，并且通过入口26抽吸的流体经过涡轮分子级组20和Holweck机构22然后通过出口30离开泵。第一连接室12被连接至前级泵32，前级泵32也可以从复式真空泵16的出口30抽吸流体。由于进入每一个泵入口的流体在从泵离开之前会经过相应的不同级数，因此泵16就能够在腔室10,14内提供所需的真空度。

图2示出了一种已知可选的复式抽吸系统，适用于与差动泵式质谱仪一起使用。在此情况下，质谱仪包括被抽吸至不同压力的四个腔室；第三腔室13相应地位于第一连接室12和第二连接室14之间。在该示例中，真空泵具有形式为两组涡轮分子级组18,20的两个抽吸部分以及形式为Siegbahn牵引分子机构22的第三抽吸部分；可以改用可选形式的牵引分子机构例如Holweck或Gaede机构。第三泵入口28连通第三腔室并且通过入口28抽吸的流体经过Siegbahn机构或泵的中间级22然后通过出口30离开泵。通常，第三腔室被抽吸至处于粘性流状态和分子流状态之间的过渡流状态中的压力。过渡流状态通常被认为是处于0.01mbar到0.1mbar之间。

在某些这样的应用中，例如图1中所示的Holweck机构通常给第二抽吸部分20提供了约为0.01mbar到0.1mbar的前级压力。对具有这种相对较高前级压力的抽吸部分使用涡轮分子级来产生10^-3mbar以上的入口压力可能会导致泵内过多热量的生成和严重的性能损失，并且甚至可能对泵的可靠性有害。WO 2006/090103介绍了一种包括螺旋转子的复式泵。在这样的泵中，螺旋转子的螺旋入口在使用期间的作用就像涡轮分子级中的转子一样，并由此通过轴向和径向的相互作用提供抽吸动作。

在某些应用中，对于质谱仪系统中更高的质量通量(气流量)存在普遍性的需求，以改善其性能。为了提高系统性能，可能希望提高样本和载气从来源进入第一腔室12内的质量流速，同时保持高真空室10内中性载气的低分压。在此情况下，就需要在中间腔室13,14之一进行额外的抽吸以在载气到达高真空室10之前抽出载气。这可以通过多种方法实现，包括加入更多的泵级和腔室(如图1和2之间所示)，增加泵级的排量或抽吸速度，或者增大抽吸端口的流导。