超过50年的工业化质谱技术
从列支敦士登的巴尔策斯，走向世界，并超越世界。
凭借在工业化质谱技术领域超过50年的丰富经验，INFICON自豪地依托深厚的技术专长和长期创新传统。这一历程既得益于工程卓越，也离不开像迪普尔·埃尔·英格·埃特兹（Dipl. El. Ing. ETHZ）雷莫·沃格尔桑（Remo Vogelsang）这样的先驱者。作为列支敦士登巴尔泽尔斯公司（Balzers AG）的前首席电气工程师，他在20世纪70年代主导了首台数字控制四极杆质谱仪的研发。若没有他和团队的开创性贡献，我们当今的质谱仪技术将无法实现。
回顾数十年的发展历程，我们希望致敬并铭记这些成就。近期，我们有幸与Remo Vogelsang就工业化质谱技术的早期发展进行了对话。如今，质谱技术已广泛应用于半导体制造、月球探测及火山活动监测等领域。
这一创新的根源可追溯至列支敦士登的真空蒸发技术先驱企业Leybold INFICON与Balzers AG。随着时间的推移，Balzers AG经历了多次重组，其仪器业务部分被剥离并整合至INFICON。我们自豪地延续这一遗产，专注于复杂传感器和测量系统的工业化。
从1967年Balzers AG推出首台四极杆质谱仪，到今日INFICON的AI驱动智能传感器，我们始终致力于为各行业提供精准的气体分析解决方案。凭借在系统集成方面的坚实基础和对创新的坚定承诺，我们在使质谱技术更易于获取、更可靠且对关键应用更具影响力方面发挥了关键作用。与Vogelsang的对话揭示了仪器开发的一个关键时代，并提醒我们自质谱技术早期以来所取得的巨大进步。
QMG 511 的工程设计：从管路到芯片
1972年，雷莫·沃格尔桑（Remo Vogelsang）加入巴尔泽斯公司（Balzers AG），正值电子技术快速变革的时期。真空管正被半导体取代，集成电路为小型化和性能提升开辟了新途径。沃格尔桑最初接受的是真空管系统培训，此时正身处这一变革浪潮之中。
与汉斯·彼得·埃格利（Hans Peter Egli）共同组成核心研发团队，沃格尔桑参与了QMG 511型号的开发。他们的目标是将成功的QMG 300型号升级为更强大且适合量产的仪器。团队与物理学家胡伯博士（Dr. Huber）、雷廷豪斯博士（Dr. Rettinghaus）和塞尔霍费尔博士（Dr. Selhofer）紧密合作，他们正在开发新的分析仪，同时与市场专家卡洛·霍夫曼（Carlo Hofmann）和克林克迈尔博士（Dr. Clinckemaillie）协作，确保设备满足实际工业需求。
到1972年9月中旬，团队已完成详细的技术规格。QMG 511准备就绪——随着它的问世，高真空气体分析领域开启了新篇章。沃格桑回忆道："QMG 300及其前代产品在实验室中表现良好，但其全模拟设计使其不适合工业应用。我无法接受用户必须不断调整旋钮，导致结果不一致的情况。”
对于QMG 511，他希望打造一款因卓越性能而被用户主动采用的设备。沃格桑有两个核心目标：首先，从市场角度出发，他希望打造一款如此优秀的产品，让用户主动选择。其次，可靠性至关重要，他为自己设定了极高标准。因此，QMG 511在设计上兼顾易用性和制造简便性，确保生产流程顺畅无阻。作为一款全数字化、高可靠性的系统，它终于填补了模拟与数字技术之间的鸿沟。
这两个原则——强大的市场吸引力与绝对可靠性——对Vogelsang至关重要，时至今日仍同样重要。其中一个主要的工程挑战是缺乏16位数模转换器。
“我们不得不将两个8位转换器结合使用，“Vogelsang解释道，”这引入了一些不准确性，我们通过一个手动电位器进行了校正，这是一个巧妙的变通方案，效果出奇地好。”
团队还通过一种带门控的时钟开关方法，克服了高频信号生成方面的限制。
提升灵敏度、速度和精度
随着时间的推移，质谱技术取得了显著进展。早期系统体积庞大，需要大量校准，且灵敏度有限。如今，现代质谱仪高度自动化，支持实时数据处理，并能无缝集成到工业生产线中。INFICON在推动这些改进中发挥了关键作用，依托Balzers AG的遗产，并在全球各地扩展了其专业知识。
从Vogelsang的角度来看，过去50年来质谱技术的根本原理并未改变，但其他方面均已得到显著提升。“变化主要体现在可靠性、精度以及仪器如何针对不同市场需求进行定制化设计，”他指出，"基本原理依然不变，但如今技术已实现更快、更紧凑，并针对实际应用场景进行了优化。”
这些改进体现在质谱技术演进中的多个关键里程碑，包括：
- 更高的灵敏度通过改进四极杆和离子源设计实现，这对半导体和便携式气相色谱质谱仪（GCMS）应用至关重要
- 坚固耐用性和便携性，这对空间应用质谱仪和车载GCMS应用至关重要
- 电子倍增器改进以解决半导体加工中极低浓度检测问题
- 控制系统现代化以适应更小、更紧凑的高速度传感器系统
- 四极杆微型化以满足极高压力应用需求
- 集成到紧凑型泵送系统，适用于严苛化学应用
- 显示技术演进，从内置显示屏到模拟显示的软件（SQX和MQX），再到基于Windows的软件控制
- 推出FabGuard软件，可直接与工具集成，并利用RGA数据在所支持的制造工具上下文中做出更智能的决策
- 专为半导体应用设计的定制RGA包括
- 金属PVD监测
- 在化学气相沉积（CVD）/原子层沉积（ALD）及恶劣环境中的使用寿命提升
- 炉体及退火监测
- 选择性刻蚀监测
- 扩展市场应用的定制RGA包括
- 环境
- 制冷剂、汽车、空调等领域的泄漏测试应用
- 锂离子电池测试
未来：我们从这里走向何方
我们自豪地成为质谱分析领域的全球领导者。我们的技术深受全球领先的半导体制造商信赖，包括设备制造商和芯片制造商。亚洲、欧洲和美国的先进晶圆厂每天都使用我们的质谱仪，以确保工艺控制、痕量气体检测和污染分析达到最高精度水平。
这一切始于QMG 511，这是全球首款工业化质谱仪。自此，我们每一代新仪器均持续树立行业标杆，作为顶级产品助力半导体制造商不断突破技术与可靠性的极限。
但我们的创新不仅限于半导体领域。我们在电动汽车和消费类电池的泄漏检测方面也处于领先地位，确保电动汽车、智能手机及其他关键设备的安全性和性能。我们的HAPSITE移动实验室可提供快速、现场化学分析，适用于应急响应、环境保护及军事应用。
我们已走出实验室。我们的仪器参与了美国国家航空航天局（NASA）的PRIME-1月球探测任务，对月球表面进行分析，并验证了我们在极端环境下技术的可靠性。我们支持前沿科研项目，例如火山预测，我们的系统可检测气体特征，为自然灾害提供早期预警。我们甚至将质谱分析技术应用于水下环境，实现深海实时分析。
“当我们首次研发质谱仪时，我们的关注点在于真空室和制造工厂。想到有一天我们的技术后代能登上月球，这简直令人难以置信，“QMG 511的联合开发者雷莫·沃格尔桑（Remo Vogelsang）回忆道。
他对下一代工程师提出建议：”找到真正让你着迷的事物， something you're passionate about。在工程领域，每一个细节都至关重要。如果一个微小的部件出现故障，整个系统都可能瘫痪。当一个项目完成后，要继续前行。技术在不断演进，这正是这个领域如此令人兴奋的原因。”
随着我们继续前行，我们始终致力于推动质谱技术的未来发展。致敬质谱技术50余年的卓越成就，以及未来仍将带来的激动人心的新突破！
质谱技术发展里程碑时间轴
过去五十年间，四极杆质谱仪的发展历程始终伴随着技术创新的不断推进。以下时间轴梳理了本仪器发展历程中的关键节点——从最初的原型机到如今智能互联的先进平台。
| 年 | 里程碑 |
|---|---|
| 1962 | 列支敦士登的Balzers AG公司开始研发第一台四极杆质谱仪 |
| 1967 | 推出QMG 101，这是第一台广泛应用的四极杆质谱仪 |
| 1972 | 推出QMG 511，这是第一台数字控制的四极杆质谱仪——专为工业应用设计 |
| 1973 | 推出QMG 311，作为QMG 511的成本效益型模拟替代品 |
| 1977 | 推出IQ200（Leybold INFICON）质谱仪，首款微处理器控制的数字RGA |
| 1978 | 推出QMG 064，首款智能RGA，可直接输出分压 |
| 1985 | 推出Quadrex 200（INFICON），配备首款RGA传感器头 |
| 1986 | QMG 420引入新型控制单元和射频发生器 |
| 1987 | Quadstar 420和Plus 420：菜单导航、分析模式、多流序列器 |
| 1992 | QMG 421集成检测模式：法拉第、SEM、离子计数 QuadStar 421/2支持Microsoft Windows 推出Transpector残余气体分析仪，采用紧凑型电子外壳传感器，仅需+24V电源和串行通信接口连接至PC。配备自动量程电导计，双检测器（FC/EM）。 |
| 1996 | 推出Transpector XPR残余气体分析仪——全球首款可在扩展压力范围内工作的RGA |
| 1997 | QMG 422推出快速自动量程和新型电导放大器 |
| 2000 | 推出FabGuard传感器集成与分析系统 |
| 2002 | Quadstar 32位软件平台 |
| 2004 | 推出HiQuad和QMG 700：模块化、快速、以太网接口 QUADERA软件套件，提供直观的多文档界面 |
| 2025 | 推出QMG 800：INFICON下一代分析平台 |
