ESI離子阱質譜儀的三級梯度真空系統參數計算設計
梯度抽氣的作用是形成一個真空度逐步提高（壓強逐漸減小）的工作環境。如前所述，三級真空度和泵的抽速已定�，F在只能通過改變去溶毛細管、取樣錐和離子透鏡組的參數來最終取得所需的真空。
P2 = P1U/S （1）
式中U———管道流導
P1———前級真空腔(或大氣)壓力
P2———本級真空腔壓力
S———本級泵的抽速
通過上式可以看出，只要求出各級真空腔的流導就可以計算出相應的真空腔壓力。
去溶毛細管流導計算
抽氣的最初階段，氣體的壓力和流速較高，流動不穩定，氣流漩渦時隱時現，這種狀態稱為湍流；隨著壓強降低，氣流由湍流變成較規則的流動，從管道的中心到管壁各部分具有不同速度流層氣體的粘滯力在流動中起主導作用，這種流態叫做粘滯流；介于這兩種狀態之間的叫湍－粘滯流（過渡流）。通常用雷諾數對它們加以區分。經計算，我們判斷出去溶毛細管的流導可以采用湍—粘滯流長管流導的計算公式比較合理，由此推導公式如下：
U 為長管粘滯流流導，d 為長管的內徑（cm），l 為管長(cm)，P0 和P1 分別為大氣和一級真空的壓力。
取樣錐流導計算
當氣體流動進入高真空范圍，氣壓進一步降低，氣體分子平均自由程大于管道直徑時，氣體分子與管壁的碰撞為主，氣體流動由各個分子的獨立運動疊加而成，這種流動稱為分子流；發生在中真空區域，介于粘滯流與分子流之間的流動狀態叫做粘滯—分子流。這些變化和管道的尺寸、氣體的性質及溫度有關。為判斷管道氣體性質的變化，我們通常采用克努曾數判據，經計算得到流經取樣錐的為粘滯－分子流（中間流）。取樣錐的流導可以近似按孔的流導計算，孔的中間流流導只和面積成正比關系。取樣錐的入口處于毛細管口后的超音速膨脹區，該處的壓力遠遠大于一級真空腔內的平均壓力，并且和真空腔內部去溶毛細管和取樣錐的相對安裝位置有很大關系。我們將取樣錐入口的壓力校正系數也一同考慮到取樣錐流導的計算公式中，取樣錐的流導的經驗計算公式：
U = 11.6×A （3）
A 為孔的面積（cm2）。
離子透鏡組流導計算
離子透鏡可以近似看作為一個短管進行流導計算，按照上述的克努曾數判據計算，離子透鏡的流導應當按照分子流計算：
U = 11.6×A×α （4）
A 為孔的面積（cm2），α 為由管長和管徑確定的系數，其具體值可由表1 查出。由上述參數可以算出離子透鏡中心孔的長度為11 mm，中心孔徑的取值范圍為1～4 mm 之間。
通過上面幾個真空分隔部件的流導公式，再結合公式1，通過計算給出了不同設計參數的真空度計算結果，見表2。
通過表2 的計算數值和設計指標相比較，我們分別選用以下條件進行運算：內徑0.425 mm和0.625 mm 的去溶毛細管，取樣錐孔直徑為1 mm和2mm，離子透阱中心孔徑1mm、2mm、3mm、4mm。
表1 短管分子流流導的α 取值表
表2 不同參數時的真空度計算結果
結合工作壓力應選擇在低于極限壓力半個到一個數量級的原則，最終確定去溶毛細管長度為180 mm，內徑為0.425 mm。取樣錐頂端的孔的直徑為1 mm。離子透鏡的中心孔徑為2 mm。三級真空腔的理論真空度分別為51.18 Pa、0.301 Pa 和1.11×10- 4 Pa。最終實驗驗證三級真空的真空壓力分別達到87 Pa、5.0×10- 1 Pa 和3.2×10- 4 Pa，這與理論計算值吻合的比較好，但均比理論值差一些，這是由于材料表面放氣和結構漏氣率所造成的。以上這些數據表明，通過理論計算對真空設計是有十分重要的指導作用的。
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