Ионный источник масс-спектрометра Советский патент 1991 года по МПК H05H1/00 

Изобретение относится к области масс-спектрометрии и может быть ис- пользовайо при изотопном анализе образцов твердой фазы.

Целью изобретения является повышение производительности за счет улучшения вакуумных условий в области ионного источника и упрощение его конструкции.

На фиг. 1 и 2 приведена конструкция ионного источника; на фиг. 3 - структурная схема блока питания ста- торных обмоток; на фиг. 4 - временные диаграммы работы блока питания.

Диск испарителя 1 с Н лентами 2 (например, 24) для нанесения образцов с помощью изоляционной втулки 3 жестко связан с якорем 4, Якорь имеет

N

- (например, 12) полюсов, намагниченных поочередно разноименно. Усел испарителя врацается на оси 5.так, что в рабочем положении одна из его лент устанавливается параллельно ленте ионизатора 6. Два статорных полюса 7 с помощью уплотнительных (например, фторопластовых) прокладок 8 влкуумно- илотно смонтированы на верхнем, съемном фланце 9 ионного источника, причем их нижние части, обращенные к якорю, профилированы по ггирине его полюсов, а центральный уго i между статорными полюсами составляет

360

-и- (2К-1) (например, 45° при К 2),

twra

сл

Й

й оэ со

где К - любое целое число, определяемое из конструктивных соображений о На верхних частях статорных полюсов, находящихся за пределами области пысо- кого вакуума, размещены обмотки 10. Структурная схема блока питания статорных обмоток представлена на фиг. 3.

Выход генератора 11 импульсов coe-«, динен с входом первого триггера 12, прямой выход которого соединен с входом второго триггера 13,л инверсный - с входом третьего триггера 14..Прямые и инверсные выходы второго и третьего триггеров соединены с первыми входами схем 2И 15,16,17 и 18, вторые входы которых соединены с йыходом генератора 11. Выходы схем 2И 15 и 16 соединены с первым и вторым входами ференциального усилителя 19 соответственно, а выходы схем 2И 17 и 18 соединены соответственно с первым и вторым входами второго дифференциального усилителя 20. Выходы дифференциальных усилителей 19 и 20 соединены с входами соответствующих усилителей 21 и 22 мощности, к выходам которых подключены начала обмоток 23 и 24 статора. Концы обмоток соединены с общей шиной

Ионный источник работает следующим образом.

Генератор 11 вырабатывает импульсы .чппряжешш положительной полярности с частотой следования, определяемой частотой поворота якоря (т.е. часто- той смены образцов при анализе). В случае, необходимости эти импульсы могут задаваться оператором и вручную от кнопки управления. Временные диаграммы работы блока питания представлены на фиг. 4. Длительность выходных импульсов генератора 11 U, , определяемая временем, необходимо для поворота якоря, равна 1-3 с. Выходные им- пульсы генератора 11 поступают на .. счетный вход первого триггера 12. Выходные сигналы первого триггера с прямого выхода 11Й1. и с инверсного выхода иа.й поступают соответственно на счетные входы второго и третьего триггеров 13 и 14. При этом на прямых и инверсных выходах триггеров 13,14 формируются одинаковые сигналы, сдвинутые по времени относительно друг друга на один период выходных импульсов генератора.

Выходной сигнал с прямого выхода триггера 13 U,, поступает на перный

.

с

0

0

5

вход схемы 2И 15, с инверсного выхода триггера 13 Uj.a - на первый вход схемы 2И 16, с прямого выхода триггера :14 U - на вход вхемы 2И 17, с инверсного выхода триггера 14 на вход схемы 2И 18. На вторые входы схем 2И 15, 16, 17, 18 поступают выходные импульсы генератора 11 U. Выходные сигналы схем 2И 15, 16 Uf, Ue поступают соответственно на прямой и инверсным пходы дифференциального усилителя 19, я входные сигналы схем 2И 17, 18 U7, Ug поступают- соответственно на прямой и инверсный входы усилителя 20. Выходные сигналы усилителя 19, 20 U9, Ц,0 , представляющие собой последовательности попарно чередующихся импульсов напряжения положительной и отрицательной полярностей, сдвинутые на один период выходного сигнала генератора 11, поступают на входы усилителей 21, 22. Вы- ходные сигналы усилителей 21, 22, являющиеся усиленными по мощности cnj- налами усилителей 19, 20, поступают на обмотки 23, 24 статора.

Пусть в начальный момент положение якоря 4 (фиг. 1) таково, что один из его южных полюсов находится против статорного полюса I, при этом статор- ный полюс II оказывается ровно посередине МРЖДУ дпумя другими полюсами якоря. Если теперь на обмотку полюса I подать напряжение положительной полярности, а на обмотку полюса II - отрицательной (фиг. 2), то соответственно этому первый приобретет намагниченность S и стремится вытолкнуть из поля взаимодействия южный полюс якоря, в то время как статорный по- лшс II, приобретя намагниченность N, притягивает к себе ближайший южный полюс якоря. В результате якорь с испарителем поворачивается на один шаг (в данном случае на 15°) по часовой стрелке. Против статорного полюса II встает теперь южный полюс якоря, а статорнын полюс I оказывается меаду якорными полюсами. Через 1-3 с, необходимые для осуществления поворота, напряжение с обмоток снимается и ионный источник находится в этом состоянии до прихода слелунтуьх импульсов за счет сцепления магнитного полюса якоря с ближайшим (полюс II) ферромагнитным полюсом статора, к тому же сохраняющим остаточную намагниченность.

При следующем шаге на обе обмотки поступают положительные импульсы, оба статорных полюса получают намагниченность S, полюс II выталкива ет южный полюс якоря, полюс I притя- гивает ближайший северный, якорь еще раз поворачивается по часовой стрелке на 15е и т.д. до выполнения полного оборота якоря, т.е. до завер™ шения цикла анализа всех образцов.

Применение данного ионного источника дает возможность существенно повысить производительность работы при масс-спектрометрическом анализе образцов твердой фазы как за счет сокращения времени выхода прибора на высокий вакуум, так и благодаря возможности одновременного ввода большого количества проб, поскольку позволяет легко реализовать практически любое число положений испарителя, определяемое т.олько числом полюсов якоря.

Простота конструкции узла привода обеспечивает надежность работы всего масс-спектрометра в целом.

i Формула изобретения

магниченными поочередно разноименно двух статорных полюсов, установленн по окружности якоря, при этом цент- ральный угол между ними равен 3607N (2К-1), где К - любое целое число, причем концы полюсов, обращенные к якорю, расположены непосредственно в области источника, а протявополож10 ные концы полюсов вакуумно-плотно вы ведены за его пределы, двух обмоток размещенных на этих частях статорных полюсов и блока питания обмоток.

2. Источник по п.1, отличаю

J5 Щ и и с я тем, что, блок питания

обмоток содержит генератор импульсо три триггера, четыре элемента 2И, др дифференциальных усилителя и два уси лителя мощности, причем к выходу ге20 нератора подключены вторые входы все элементов 2И и счетный вход первого триггера, прямой и инверсный выходы которого соединены со счетными входами второго и третьего триггеров

25 соответственно, прямой выход второго триггера подключен к первому входу первого элемента 2И, инверсный - к первому входу второго элемента 2И,

прямой и инверсный выходы третьего

1. Ионный источник масс-спектромет-30 триггера соединены с первыми входами ра, содержащий ленточный ионизатор, поворотный испаритель с N лентами для нанесения образцов, и устройство для поворота испарителя, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности за счет улучшения вакуумных условий в области

35

третьего и четвертого элементов 2И соответственно, выходы первого и второго элементов 2И подключены к входам первого дифференциального усилителя, третьего и четвертого - к входам второго дифференциального усилителя, выходы дифференциальных усилителей через соответствующие усилители мощности подключены к статорным обмоткам, вторые выводы которых соединены с общей шиной.

источника и упрощения его конструкции, устройство для поворота испарителя выполнено в виде жестко связанного с 40 испарителем якоря с N/2 полюсами, намагниченными поочередно разноименно, двух статорных полюсов, установленных по окружности якоря, при этом цент- ральный угол между ними равен 3607N (2К-1), где К - любое целое число, причем концы полюсов, обращенные к якорю, расположены непосредственно в области источника, а протявополож0 ные концы полюсов вакуумно-плотно выведены за его пределы, двух обмоток, размещенных на этих частях статорных полюсов и блока питания обмоток.

2. Источник по п.1, отличаю5 Щ и и с я тем, что, блок питания

обмоток содержит генератор импульсов, три триггера, четыре элемента 2И, дра дифференциальных усилителя и два усилителя мощности, причем к выходу ге0 нератора подключены вторые входы всех элементов 2И и счетный вход первого триггера, прямой и инверсный выходы которого соединены со счетными входами второго и третьего триггеров

5 соответственно, прямой выход второго триггера подключен к первому входу первого элемента 2И, инверсный - к первому входу второго элемента 2И,

триггера соединены с первыми входами

третьего и четвертого элементов 2И соответственно, выходы первого и второго элементов 2И подключены к входам первого дифференциального усилителя, третьего и четвертого - к входам второго дифференциального усилителя, выходы дифференциальных усилителей через соответствующие усилители мощности подключены к статорным обмоткам, вторые выводы которых соединены с общей шиной.

Изобретение относится к области масс-спектрометрии и может быть использовано при изотопном анализе образцов твердой фазы. Цель изобретения - повышение производительности за счет улучшения вакуумных условий в области ионного источнике и упрощение его конструкции. Источник содержит диск испарителя с N лентами для нанесения образцов, ИЗОЛЯЦИОННУЮ втулку, якорь с N/2 полюсами, намагниченными поочередно разноименно, ось, ионизатор, статор с двумя полюсами, уплотнительные прокладки, съемный фланец, статорные обмотки, питание которых осуществляется с помоцью блока, включающего в сипи состав генератор, три триггера, четыре схемы 2И, два дифференциальных усилителя и два усилителя моцпостн, выходы которых соединены со статорными обмот- , и ками. Центральный угол между ста гор- S2 ными полюсами составляет 360 /N (), где К - любое целое число, определяемое из конструктивных соображений. 1 э.п. ф-лы, 4 ил.

Ml

Фиг. г

ЩиЪ1

У

Ь