具有纳米多孔薄膜的嗅觉泄漏检测器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及用于吸入待分析的气体的嗅觉泄漏检测器。
【背景技术】
[0002] 嗅觉泄漏探测器用于分析气体并设有用于吸入待分析的气体的嗅探头。所述气体 分析通常利用质谱仪在高真空室中进行。在质谱气体分析中，处于大气压力下的气体（大 气）通常是在测试目标的疑似泄漏部位附近被吸入的。所述测试目标充满着测试气体例如 氨气或氮气之类。所述测试目标内部的测试气体的气压高于周边环境中的大气压力，使得 测试气体会从测试目标的泄漏处逸出并进入测试目标附近的空气中。被通过嗅探头吸入的 气体W主体气流或局部气流的形式被提供到所述高真空室中，测试气体（氨气或氮气）的 局部气压在运里被测量。
[0003] 嗅觉泄漏探测器对测试气体的检测极限是检测质量的关键标准。所述检测极限是 被吸入的气体中的测试气体的最小的可检测到的浓度。所述检测极限越低，所述测量系统 就越灵敏，可用于确定测试气体的比例的准确性也就越高。
[0004] 众所周知的是，可W在通向质谱仪的高真空室的进气口处设置透气薄膜，使部分 被吸入的气体通过该薄膜流动。所述已知的薄膜为烧结陶瓷盘，其设置目的是提纯比较轻 的测试气体如氮气或氨气，同时使较重的气体成分的通过量减少。已知的烧结陶瓷盘适用 于使用直接通向质谱仪的高真空室（总压力小于10 4毫己）的进气口的质谱气体分析。在 使用通向高真空累的预抽真空室的进气口，例如使用逆流泄漏检测器时，气体传导率不足 W产生所需的大约增大100倍的气流。
[0005] 本发明的一个目的是通过提供足够高但是仍然为分子级别的，使进入空气中的氨 气的进入量高于较重气体的进入量的气体传导率，来提高用于质谱气体分析的嗅觉泄漏探 测器的检测极限。
【发明内容】
[0006] 本发明的嗅觉泄漏检测器被权利要求1中的特征定义出来。
[0007] 在本发明的嗅觉泄漏检测器中，通到质谱仪的进气口受到薄膜的影响，被吸入的 气体通过薄膜流动，所述薄膜的透气孔的直径小于或等于空气在大气压力和室溫下的自由 行程。处于从950百帕到1050百帕的范围内的气压被视为大气压力。处于从15摄氏度到 25摄氏度的范围内的溫度被视为室溫。根据本发明已经发现，具有至多对应于空气在大气 压力和室溫下的自由行程的直径的透气孔即使在如常见于嗅觉泄漏探测器的进气薄膜前 方的相对较高的压力下，也会产生分子级别的气流。较轻的测试气体如氨气或氮气的传导 率特别高，而分析中所不需要的较重气体的传导率较低。运样就产生了进入真空室的分子 级别的气流，该气流包含测试气体并且没有粘滞性，但是在其中分子是独立于彼此地并且 W不同速率进行移动的。较轻的气体，包括测试气体中的氨气和氮气，移动得特别快，从而 使它们在高真空室中所占的比例大于在被吸入的气流中所占的比例，运样就提高了检测极 限。通过w前的烧结薄膜技术，也可w做到一定的改进，然而可w进入的气体流量将会太 小，使得检测极限甚至会比直接进气（例如通过气孔进气）的情况下更差。
[0008] 运样，本发明基于上述理念把透气孔的开口设计得尽可能小，并且优选地使它们 的直径尽可能相等。基于此考虑，提供尽可能多的透气孔，W便在透气孔孔径较小的情况下 也仍然允许较大量的气体通过，是非常有利的。
[0009] 类似的薄膜在不同技术领域中也是已知的一-即液体中的大分子的超滤一-其 中它们并未用于提高嗅觉泄漏检测器的检测极限，但是用于具有高精度的大分子限制性过 滤。
[0010] 透气孔的直径可W是例如小于或等于20纳米（nm)。任何透气孔的直径应该与所 有透气孔的平均直径相差至多约50%，优选为相差至多约20%，W便让透气孔在尺寸上尽 可能的相似，使得较重的气体即使具有不需要的高压力差也能够通过。
[0011] 为了仍然允许足够大比例的气体通过，所有透气孔的开口的总面积在整个薄膜的 表面积中所占的比例应该为至少约20%，优选为至少约40%。所有气孔的截面总面积在整 个薄膜的表面积中所占的比例可W处于25%到50%的范围内。
[0012] 透气孔的密度应该尽可能高。优选地，薄膜应该在其每一平方微米（ym2)的表面 积中具有至少20个，优选为25个透气孔。相邻的透气孔之间的壁厚度，也就是相邻的透气 孔的边缘之间的最小距离，应该尽可能小；该厚度应小于100纳米，优选为小于80纳米。
[0013] 薄膜的本身厚度应该小于100微米，优选为小于50微米，还可能仅为10微米或更 小，W便保持透气孔的长度尽可能短。
[0014] 在大气压力和室溫下，如果所有透气孔的平均直径除W被吸入的气体（空气）的 平均自由行程所得的商数大于0. 5,则是非常有利的。对于所述平均自由行程I和被吸入的 空气的气压P，W下关系成立：
[0015]
[0016] 在大约1000毫己的压力下，从上述关系中得到平均自由行程为：
[0017]
[0018] 利用本发明的嗅觉泄漏检测器，能够在允许气体通过预抽真空室逆流进入的情况 下产生10 4毫己的最大高真空室气压，运个气压在质谱气体分析中提供了最佳的可能达到 的检测极限。
[0019] 本发明的结构可W在氧化侣纳米多孔薄膜中W非常简单和可靠的方式被实现。
【附图说明】
[0020] 下面是本发明的实施方式结合附图的详细描述。在附图中：
[OOW图1是本发明提供的嗅觉泄漏检测器的示意图；化及
[0022] 图2是本发明提供的薄膜的俯视图在显微镜下的细节。
【具体实施方式】
[0023] 图1示出了本发明的嗅觉泄漏检测器10,其包括嗅探头12、输送累13、质谱仪14 及真空累15、16。嗅探头12W可导通气体的方式与输送累13连接，W便通过嗅探头12吸 入气体。通过嗅探头12被输送累13吸入的气体被供给