Os espectrómetros têm de ser mantidos em alto-vácuo para permitir que o percurso livre médio dos electrões seja bastante superior à distância que têm de percorrer até serem detectados, e ainda, para possibilitar as condições apropriadas para o funcionamento do detector. A utilização de gases muito reactivos tem implicações na tradicional estrutura dos
espectrómetros, a qual, normalmente, consiste numa única câmara de alto-vácuo [87,88]. A separação física da zona de fotoionização e da zona do analisador, pela utilização de câmaras diferentes e a implantação de bombeamento diferencial (ver Figura 3.1) possibilitam melhor desempenho dos espectrómetros no estudo de espécies de curto tempo de vida média [61].
3.2.6.1 Bombeamento do espectrómetro de deflexão simples
Como se referiu, as câmaras de ionização e do analisador (e detector), que são separadas por uma pequena fenda de entrada no analisador, possuem sistema de bombeamentos diferenciais (ver Figura 3.2). A câmara de ionização, embora tenha um volume aproximadamente dez vezes inferior ao da câmara do analisador, possui um sistema de bombeamento semelhante ao daquela, constituído por uma bomba difusora do tipo Diffstak 160/700M da Edwards (com velocidade de bombeamento de 700 l/s de N2), associada a uma bomba rotativa. A razão para isso está relacionada com a carga de gás que é muito maior na zona de ionização, e a qual deve ser rapidamente bombeada, de modo a reduzir a contaminação das fendas e do analisador. O interior da fonte de He I é bombeado usando a bomba rotativa do sistema de bombeamento da câmara do analisador.
A pressão base na câmara de ionização antes ser introduzido gás, na fonte e na zona de ionização, é de 2x10-6 mbar. A pressão na câmara de ionização aumenta para 6x10-6 mbar quando se põe a funcionar a fonte de He I. Quando se introduz o gás da amostra a pressão nesta câmara pode subir até 1x10-4 mbar.
3.2.6.2 Bombeamento do espectrómetro de campo retardado
O sistema de bombeamento do espectrómetro de campo retardado apresenta alterações significativas, relativamente ao equipamento anterior, devido a ter sito construído para usar radiação de sincrotrão e por a pressão neste tipo de fonte ser 3 a 5 ordens de grandeza inferior às pressões de trabalho típicas na câmara de ionização. Além disso a possibilidade de fazer espectroscopia com resolução angular impõe que a orientação das bombas tenha que ser variável em relação à fonte de radiação. A ligação do espectrómetro à estação de trabalho de trabalho no sincrotrão é realizada por meio de um longo tubo guia da radiação (300 mm x 2 mm) que devido à sua baixa condutância (~3x10-3 l/s) constitui o primeiro sistema diferencial
bombeamento diferencial mais complexo na câmara de ionização, sistema de dupla caixa, em que o interior de cada uma é bombeado por uma bomba diferente (bombas P1 e P2 da Figura 3.9 e Figura 3.12). A zona exterior da dupla caixa e a região das lentes é bombeado por uma terceira bomba de vácuo, P3 (ver Figura 3.11). Existe ainda uma quarta bomba para bombear a câmara do analisador. A substituição das bombas difusoras por bombas turbomoleculares aumentou a eficiência de bombeamento e possibilita a rotação do espectrómetro num plano vertical (ver Figura 3.12). Com estas alterações a pressão de trabalho na câmara de ionização, 10-5 mbar a 10-7 mbar, não prejudica o nível de vácuo na estação de trabalho, mesmo durante a rotação do espectrómetro.
Figura 3.12 – Representação do espectrómetro de fotoelectrões de campo retardado. Evidencia-se o mecanismo de rotação, que consiste num veio roscado associado a uma estrutura articulada e a um sistema de manivela, permitindo rodar o espectrómetro, como um todo, em torno do feixe de fotões (+), definindo o ângulo, θ, entre a direcção de polarização da radiação (P) e a direcção de aceitação dos electrões ao analisador, de 0º [a)] a 75º [b)] [61].
As bombas P3 e P4 são duas turbomoleculares iguais, da Leybold Turbovac 600, com capacidade de bombear até 600 l/s de gás. As bombas P1 e P2 também são iguais, Leybold Turbovac 361C, e têm capacidade de bombear até 400 l/s de gás. A pressão base na câmara do analisador é da ordem de 10-6 mbar.
A Figura 3.9 mostra esquematicamente o sistema de bombeamento do espectrómetro de campo retardado. A zona de ionização situa-se dentro do sistema de dupla caixa, o qual é fechado. As únicas aberturas destes sistema são, na direcção do feixe de radiação, uma abertura circular de 2 mm para colimar o feixe antes da região de fotoionização, perpendicularmente à direcção de propagação da radiação (na horizontal) existem duas fendas (10 mm x 2 mm) de acesso dos fotoelectrões ao analisador, perpendicularmente a ambas as
a)
direcções anteriores existe uma abertura circular (no topo da caixa) de 12 mm de diâmetro para a introdução da amostra. Na direcção da radiação e após a zona de fotoionização a dupla caixa é aberta para permitir o seu bombeamento. A maior parte do gás da região de fotoionização, dentro da caixa interna, é bombeada pela bomba turbomolecular 1 (Leybold Turbovac 361C, 400 l/s). No entanto, parte do gás da região de fotoionização atravessa a fenda e atinge a caixa externa, a qual é bombeada pela bomba turbomolecular 2, igual à anterior. Uma quantidade mínima de gás atravessa ambas as caixas e é bombeada pela bomba turbomolecular 3 (Leybold Turbovac 1000, 1000 l/s). Uma bomba Leybold Turbovac 600, de 600 l/s é usada para bombear a câmara do analisador. A pressão base medida no exterior das caixas (câmara de ionização) é de 2x10-7 mbar e, quando se faz a introdução de amostra, aquela pressão situa-se entre 5x10-6 mbar e 5x10-5 mbar. A pressão na câmara de ionização é pelo menos de uma ordem de grandeza inferior à pressão no interior das duas caixas [61]. As pressões no espectrómetro são medidas usando cabeças de ionização e lidas num controlador AGC da Edwards. As bombas turbomoleculares 1 e 2 são responsáveis pelo bombeamento do maior volume de gás da amostra, por isso elas são protegidas com um resistente revestimento à corrosão e também possuem duas válvulas de purga para reduzir a contaminação dos rolamentos e aumentar o período de operação quando são bombeados gases corrosivos [61].