真空実験について

質問

お借りします。宜しくお願いします;;

実は現在学校の実験でロータリーポンプを用いた真空実験なるものを行ったのですが、
なぜその残留ガスに水蒸気が多く含まれるのかが分かりません;;
調べてみても、その排気方法についての記述が多くどうにもすっきりしません・・・

どなたか、ご存知の方がいらっしゃれば
何故残留ガスのなかに水蒸気が多く含まれるのか
ご回答くだされば幸いです・・・！

回答No.4

inara

ANo.2です。
tobokeさんの方法は知りませんでしたが効きそうですね。
tobokeさんのコメントにあった「ポンプの油が水を吸って湿りそれが逆流しているようなときには」というのは確かにありえますね。

それを見てふと思ったのですが、gensuさんは四重極質量分析器（Q-Mass）か何かでポンプの排気ガスを分析されたのだと思うのですが、ポンプのオイル自身に水分が含まれている場合（以前の使用者が水分の多い空気を排気してしまった場合など）、オイルの温度は結構高いので、排気側に出てくる水分子がチャンバー内のそれよりかなり高く出てしまうということはあるのでしょうかね（tobokeさんに質問しているみたいですが）。真空チャンバーの真空度が良いのに排気ガスに水蒸気が多いのならその可能性もあありますが、悪ければやはりチャンバー内部の水分子の量を反映しているということでしょう（それは壁面からでなく、ポンプオイルからの逆流によるものかもしれませんが）。あと、ガス分析器の配管に水分子が付着している可能性はどうなんでしょうか。

回答No.3

toboke

No.2さんの回答で多分間違いないものと思います。
超高真空領域だけでなくロータリーレベルの低～中真空でも水は結構悪さをするようです。

ピラニゲージなどの真空計を見ながら引いていると、ポンプの能力まで達していないのに、ある真空度からなかなか上がらないことがよくあります。このとき、空気（できればN2などの乾燥ガス）を少しガス導入バルブから容器内に導入してやってから真空引きを再開すると、真空度の上がるスピードが速くなります。ベーキングまで本格的なことを行わなくても多少真空度を上げたいようなときには、この方法が有効です。

想像ですが、導入した空気が容器の壁を叩いて水蒸気の脱離速度を上げているのではないかと思います。あるいは、ポンプの油が水を吸って湿りそれが逆流しているようなときには、乾燥空気を通すことによって油から水分を排気とともにポンプ外に放り出す働きがあるのかもしれません。

回答No.2

inara

私は10^-9Paという超高真空の実験をしたことがあります。gensuさんのおっしゃる通り、最後までチャンバーに残る気体は「水」です。水素やHeといった軽いガスも残りやすいのですが、こちらはクライオポンプやTi昇華ポンプで最終的に排気されます。手元に本がないのですが、講談社のブルーバックスシリーズに「超高真空がひらく世界」という書籍があって、水分がなぜ取れないか、そのメカニズムが詳しく書かれています。

正確に言うと、真空チャンバー内部に水分が漂っているのではなくて、チャンバー壁面に水分子が吸着していて、その脱離時間がきわめて遅いため、真空中なのに、いくらでも後から後から水分子がチャンバーに出てくるのです。このため、超高真空の実験では、真空チャンバーや配管を150℃程度に加熱して、壁面中に入り込んだ水分子を追い出す「ベーキング」という作業を行います。gensuさんのお使いの真空チャンバーがどのようなものか分かりませんが、外からかぶせるような加熱手段がないのなら、真空チャンバー内部にヒータ（直径0.5mm程度のタングステンを鉛筆程度の太さで巻いたコイルでいい）を取り付けて、内部を加熱して、一晩おいて、加熱をやめて、室温に戻すと、真空度はかなり上がります。加熱中は相当真空度が悪くなります。もっともロータリーポンプでは到達真空度は10-2Pa程度でしょうが、水分が異常に多くて困っていらっしゃるならお試しください。ただし温度の上がりすぎ注意してください。

このように、一度水分がつくとなかなか取れないので、真空装置の内部は絶対に素手で触らず、水分が溶け込みやすいアルコール類の使用はなるべく避けてください。当然、水分のついたものを中に入れるのはご法度です。洗浄などでどうしても水分がつくときは、分解洗浄して（分解しないと内部に水分が残る）、アセトンなどの有機溶剤で部品をネジ１本に至るまで超音波洗浄してください。その後純水で洗浄して、（真空）加熱炉でベーキングして完全に乾燥させて、下にアルミフォイルを敷いた机の上で、ポリ手袋（できれば吐息を避けるためにマスクもする）で部品を組み立ててから、真空チャンバーに持ち込んでください。全工程手袋着用です（有機洗浄のときはゴム手袋）。ドライバーやスパナなどの工具も有機洗浄しておいてください。水もダメですが、油分もダメです（高温でもなかなか昇華しないのでダラダラとガスが出る）。

回答No.1

fjdksla

何の真空実験を行ったのか？？？です。

入れ物に植物でも入れたのでしょうか？
気圧が下がると水は低い温度で沸騰します。
真空にていったのなら凍って昇華するでしょう。
俗に言うフリーズドライです。
真空の空間に昇華した水蒸気があるのでは？

お礼

早速のご回答ありがとうございます！

質問の不備申し訳ありません;;
入れ物の中にはただ空気が入っていただけです。
密閉した機械の中からロータリーポンプを用いて真空にして、その残留ガスを真空計を用いて検出するというものです。
空気中には少ないはずの水蒸気(水)が大量に検出される理由が知りたくて・・・

どうか宜しくお願いいたします！