РЕГИСТРИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО МАСС-СПЕКТРОМЕТРА С АВТОМАТИЧЕСКИМ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕМ Советский патент 1972 года по МПК B01D59/44 G01N27/62 

изобретение относится к устройствам для масс-онектрометрин и может быть использовано в магнитных статических масс-сиектрометрах при регистрации масс-спектров.

Известные устройства для автоматического переклЮЧения чувствительности шкал регистрирующего прибора масс-опектрометра не обеспечивают правильного выбора и заполнения шкал, а, также переключения шкал при записи частично или полиостью «неразрешенных ли.ков и iB случае ухода «нуля усилителей. KpOiMe того, на работу этих устройств влияют флюктуации ионного тока и выходных наЛряжений усилителей.

В предложенном устройстве эти недостатки устранены благодаря тому, что к выходам усилителей ионных токов основного и дополнительного коллекторов масс-спектрометра через дифференцирующие ценочки подключены усилители-формирователи, соединенные со схемой совпадений. Схема совпадения вырабатывает сигнал, управляющий переключением набранного и запомненного в соответствии с максимальной интенсивностью принимаемого на дополнительный коллектор ионного тока, значения чувствительности шкалы регистрирующего орибора. Дифференцирование и последующее формирование выходных сигналов усилителей ионных токов и управление с помощью этих сигналов двухвходовымн ячей2

ками памяти для запоминания чувствительности и через схему совпадений - переключателями чувствительности щ.кал регистрирующего прибора обеспечивает правильный выбор, запоминание и переключение шкал при записи пиКов масс-спектров, в том числе, частично или полностью «неразрешенных пиков. Работа устройства не зависит от значения «нуля и флюктуации выходного напряжения усилителей ионного тока. Кроме того, устраняется обратная связь между регистрирующим црибором и схемой переключения чувствительности, поэтому В устройство может быть введен любой регистрирующий прибор, например шлейфовь1Й осциллограф или автоматический электронный потенциометр.

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 ириведены диаграммы, поясняющие работу устройства.

За щелью У коллекторной системы массспектрометра (фиг. 1) расиоложены дополнительный коллектор ионов 2 и заземлеиная пластина 3, образующ1ге ограничивающую щель для основного колле.ктора ионов 4. Эффективная И1ири«а дополнительного .коллектора равна пифине ограничивающей щели основного коллектора. Электрод 5 служит для подавления вторичной электронной эмиссии.

коллектором 2 - вход топио такого же усилителя 7. Усилители 6 и 7 являются стандартными электрометрическими усилителями тюстоянно го тока, обычно используемыми в массопектрометрах для усиления ионных токов.

К выходу усилителя 6 под1КЛЮ1чен резисторный делитель 8, олределяющий чувстаительиость шкал регистрирующего прибора 9, и цепь фО|рмирования имлульса, фиксирующего нарастание ионного то.ка на основном коллекторе 4. Эта цепь включает в себя дифференцирующую 10 и усилитель-формирователь и, представляющий собой бездрейфовый усилитель постоянного тока с преобразователем сигнала на входе и детекторомограничителем на выходе.

К ВЫХОДУ усилителя 7 подключена день формирования импульса, фиксирующего достижение максимума и спад ионного тока на дополнительном коллекторе 2. Эта цепь также состоит из дифференци.рующей RC-цепочки 12 и усилителя-формирователя 13, аналогичного ио конструкции усилителю И.

Узел вьвбора чувствительности шкалы регистрирующего прибора включает в себя п регенеративных схем сравнения 14, соединенных с выходом усилителя 7, и такое же -количество источников опорного напряжения 15, определяющих порог срабатывания схем сравнения. Количество схем сравнения и источников опорного напряжения может быть лю-бым и определяется требуемым числом шкал регистрирующего прибора масс-спектрометра. Число щкал на единицу больше числа схем сравнения. Каждая из п схем сравнения 14 имеет свой уровень порога срабатывания, устанавливаемый путем регулирования величины опорного напряжения источника 15 в зависимости от чувствительяостей вы бранны Х шкал. Уровень порога срабатывания обычно соответствует 80% чувствительности данной шкалы.

Схемы сравнения 14 соединены с соответствующими ячейками памяти 16; вторые входы этих ячеек, служащие для подачи сигнала, разрешающего запоминание состояния схемы сравнения, объединены и подключены к выходу усилителя-формирователя 13.

Ячейки памяти 16 соединены с переключателями 17, с помощью которых производптся переключение резисторного делителя 8 регистрирующего прибора 9. Количество ячеек памяти 16 и переключателей 17 равно количеству схем сравнения 14, т. е. числу шкал прибора минус единица. Схема совпадений 18, оба входа которой соединены с выходами усилнтелей-формирователей 11 и 13, служит для формирования сигнала, разрешающего включение данного переключателя /7, в соответствии с набранной схемой сравнения 14 и запомненным ячейкой памяти 16 значением чувствительности шкалы.

тор шкал 19, подключенный к переключателям 17.

При развертке масс-спектров иоппые пучки последовательно перемещаются по щели 1 колле1 :ториой системы масс-спектрометра таким образом, что пучок попов массового числа М сначала попадает на дополнительный коллектор 2, а затем па основной коллектор 4. Пусть имеются два пучка разной интеисивности с массовыми числами Mj п MZ, причем расстояние между этими пучками меньше, чем ширина дополнительного коллектора 2 (случай частично «неразрешенных пиков). Тогда при развертке масс-спектра на

выходе усилителя 7 ионного тока дополнительного коллектора о-бразуется сигнал, изображенный на фиг. 2,а, а на выходе усилителя 6 ионного тока основного коллектора - точно такой же, но запаздывающий на время Т сигнал, изображенный на фиг. 2,6.

Сигнал с усилителя 7 поступает через дифференцирующую депочку 12 на усилительформирователь 13 и одновременно на схемы сравнения 14.

Если выходной сигнал усилителя 7 меньше 80% уровня самой чувствительности шкалы, то ни одна из схем сравнения не сработает. Если сигнал больше этого уровня, то сработает либо одна из схем сравнения, либо несколько, в зависимости от вели1чины сигнала.

При срабатыванип регенеративная схема

сравнения 14 начинает генерировать серию

коротких импульсов, которые поступают на

соответствующую ячейку памяти 16. Эта ячейка «запомнит, какая «з схем сравнения М сра|ботала (т. е. иначе, запомнит, какая выбраиа П1кала) только при поступлении разрешающего сигнала на вторые входы ячеек памяти 16 с выхода усилителя-формирователя 13.

Разрешающий сигнал формируется следующим образом. Сигнал, образующийся на выхходе усилителя 7 при развертке масс-спектра (фиг. 2,а), дифференцируется цепочкой 12

(форма дифференцированного сигнала показана на фиг. 2,s) п поступает на вход усилителя-формирователя- 13, который из дифференцированного сигнала вырабатывает прямоугольные импульсы (каждый из которых

является разрешающим сигналом), показанные на фиг. 2,д.

Появление разрешающего сигнала определяется моментом достижения максимального значения ионного тока на дополнительном

коллекторе (на фиг. 2 - i и з), а длительность временем между этим моментом и моментом полнО|Го ухода ионного пучка с коллектора или началом появления ионного тока от следующего ионного пучка.

Разрешающий си1гяал, подаваемый на вторые входы ячеек памяти, одповременно стирает ранее запомненное ячейками состояние (производит сброс всех ячеек в нулевое состояние). на дополнительном коллекторе достигает максимального значения, я-чейки riaMJ Tii 16 запоминают выбранную .схемами сравнения 14 шкалу регистрирующего прибора, соответствующую иитенсийиости шринимаемого на этот коллектор тока. При этом, .носкольку сработавщие схемы сравнения генерируют се-рию имнульсов, а разрещаюи1.ий затомниаиие сигнал (Вырабатывается усилителем-формирователем в течение относительно, длительною времени, устраняется возможность ложного запоминания изза флюктуации ионного тока и соответственно выходного напряжения усилителя иониого тока. Переключение чувствительности шкал прнбора происходит только ири по-стуллении разрешающего сигнала с выхода схемы совпадений 18 па вторые входы переключателей 17. Схема совпадений выра батывает разрешающий сигнал при наличии на ее входах двух совпадающих во времени сигналов: сигнала, снимаемого с выхода усилителя-формирователя 13, и аналогичного ino форме сигнала. синмаемого с выхода усилителя-формирователя 11. Однако, В отличие от усплителя-формирователя 13, усилитель-формирователь )/ формирует из дифференцированного цепочкой 10 выходного сиги ала усилителя 6 (фиг. 2г) прямоугольные импульсы, момеит появления которых (t и /4 на фиг. 2) определяется началом увеличения ионного тока на основном коллекторе (фиг. 2,е), а длительиость - временем нараетания ионного тока на этом коллекторе. Следовательно, в момент когда в результате развертки масс-спектра иoннtJ й ток на донолннтельном коллекторе достиг максимального значения или начинает уменьшаться, а иопный ток на основном коллекторе начинает увеличиваться (/2 и tn иа фиг. 2), схема совпадений 18 вырабатывает разрешающий , который включает переключатели 17 в -соответствии с запомненным ячейками иамяти 16 состоянием. Если, например, сработали схемы сравнения 14 и 14 и их состояние запомнили ячейки 16 и 16, то включаются переключатели /7i и 17, которые переключают делитель 8 регистрирующего прибора. Если ни одна из схем сравнения не сработала, то это означает выбор самой чувствительной шкалы. Унравление переключателями 17 через схему совпадений 18 устраняет также возможность ложпых переключений из-за флюктуации выходных напряжений усилителей ионных токов, поскольку Переключение возможио только при наличии двух относительно длительных сигналов. В результате чув1ствительность шкалы регистрируюн,его прибора масс-спектрометра автоматнческн устанавливается (в моменты ,появления ионного/пучка на основном коллекторе) таким образом, что на шкале регистрирующего прибора регистрируется масс-сиектр с максимально возможной чувствительностью шкалы для каждого масс-пн ка, при которой лик остается в пределах шкалы (на . 2ж ноказано увеличение чувствительности шкалы при записи пика MI в пять раз но сравнению с -чувствительностью шкалы при записи пика MZ). При регистрации полностью разрешенных ПИ1КОВ масс-спектра устройство работает аналогично. Срабатьгаание переклюяателей 17 три работе устройства молсет быть использовано для индикации включенной щкалы с помощью, например, мультивибратора или дополнительного пера регистрирующего прибора, которое иаиесет кодированную отметку на ленте прибора о включенной ш,кале. Предмет изобретения Регистрирующее устройство масс-спектрометра с автоматическим переключением чувствительности шкал, содержащее основной и расположенный перед основным дополнительный коллекторы, соединенные с усилителями иоииого тока, подключенные к усилителю ионного тока дополнительного :коллектора схемы сравнения с источниками опорного напряжения и ячейками иамяти, регистрирующий прибор, делитель регистрирующего прибора, переключатели делителя и индикатор шкал, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствнтельности и разрещающей способности, к выходам усилителей ионных токов-через днфференцирующие цепочк подключены усилители-формнрователи, соединенные со icxeмой совладений, управляющей через переключатели делителем регистрирующего np i6opa, а делитель--формирователь дополнительного коллектора, кроме того, соединен с ячейками памяти.

ЛУУ/у/УЛ//

м,

д

to ti t2 t,t.