运用环形磁场增强射频辉光放电质谱离子信号强度的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术的目的是提供一种运用环形磁场增强射频辉光放电质谱离子信号强度的装置及方法，以解决现有射频辉光放电质谱信号强度较低的问题。该装置包括：具有进样杆且固定有陶瓷垫片的进样装置；具有外壳与环状磁铁的环形磁铁增强部；所述环状磁铁放置于所述外壳中，所述环形磁铁增强部固定于所述进样装置中的所述进样杆与所述陶瓷垫片之间。

【技术实现步骤摘要】
运用环形磁场增强射频辉光放电质谱离子信号强度的装置及方法
本专利技术属于无机质谱分析
具体而言本专利技术涉及射频辉光放电质谱仪分析材料领域，更具体而言，涉及一种运用环形磁场增强射频辉光放电质谱离子信号强度的装置及方法。
技术介绍
辉光放电质谱（GD-MS）法是一种固体样品的直接分析方法，具有固体直接进样，灵敏度高，基体效应小，一次性分析70多种元素等特点，广泛应用于高纯导体材料的痕量元素分析。随着对非导体材料元素分析要求的提高，射频辉光放电质谱逐渐引起人们的关注。在射频模式下，带电粒子在电场力作用下在电极之间做往返运动，以一个周期为例，在射频源的负半周期中，大量正离子向样品表面移动，样品积累大量正电荷，而在射频源的正半周期，大量电子运动到样品表面并将正电荷中和，从而实现非导体材料的持续放电。由于电子运动能力远远高于正电离子，在样品表面形成的负偏压使得正电离子能够连续轰击样品。然而在使用射频辉光放电质谱分析非导体材料时，由于非导体样品的导热性差，严重制约了射频源功率的大小，进而导致测试信号偏低，影响测试效果。在辉光放电中，发生在阴极暗区阴极溅射和负辉区的彭宁电离是影响信号强度的两个关键因素，提高溅射和离子化效率是改善测试效果的重要思路。对此，在很多射频辉光放电仪器中，比如rf-GD-OES,rf-GD-AES,rf-GD-(TOF)MS等，均有相关文献报道采用外加磁铁的方式来增强信号强度。外加磁铁后，电子在洛仑兹力的作用下，被磁场束缚在样品表面做运动，提高了溅射效率。外加磁场作用下，样品中基体元素和杂质元素的信号强度均得到一定程度的提高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种射频辉光放电质谱仪分析非导体材料信号增强装置及方法，以解决现有射频辉光放电质谱信号强度较低的问题。本专利技术一方面提供一种运用环形磁场增强射频辉光放电质谱信号强度的装置，包括：具有进样杆且固定有陶瓷垫片的进样装置；具有外壳与环状磁铁的环形磁铁增强部；所述环状磁铁放置于所述外壳中，所述环形磁铁增强部固定于所述进样装置中的所述进样杆与所述陶瓷垫片之间。本专利技术主要采用环形磁场增强部，改善了射频辉光放电质谱仪对材料分析的性能。该装置构造简单，用本专利技术的这种装置分析的无机材料样品包括：导体、半导体、非导体材料等，无需借助导体材料，无需复杂的样品前处理工作，避免污染，降低分析成本。放电时信号强度高，放电稳定，信噪比（S/N）理想，缩短分析时间，提高分析效率。优选地，所述外壳材质为金属或合金。所述外壳可以为空心圆柱体、空心正方体或空心长方体。还可以是，所述外壳为空心圆柱体时，所述环状磁铁的外径小于所述外壳的外径，内径大于所述外壳的内孔径，所述环状磁铁的高度小于所述外壳的高度。较佳为，待测样品位于所述环状磁铁的内孔中。由此可将待测样品包围，形成一个磁场增强部，样品嵌入环状磁铁中，射频电源启动后，电流经过进样杆、外壳传导至样品。本专利技术结构简单合理，有效提高仪器信号强度与分析灵敏度，适用于无机材料的元素分析，且使用方便。所述待测样品可以包括：导体、半导体、非导体材料。本专利技术另一方面提供一种运用环形磁场增强射频辉光放电质谱信号强度的方法，采用包括具有进样杆且固定有陶瓷垫片的进样装置、和具有外壳与环状磁铁的环形磁铁增强部的装置，包括以下步骤：将环形磁铁增强部安装固定于进样装置中的进样杆与陶瓷垫片之间；将样品嵌入环状磁铁的内孔中；连接射频源，调整合适的放电气压和射频源功率进行放电；对样品待测元素进行扫描并记录信号强度。在本专利技术中，环状磁场增强部具有环状磁感线分布，在电场力和洛伦兹力作用下，电子绕磁感线做螺旋运动，电子的运动轨迹延长，大大增加了电子与原子的碰撞几率，相比不加磁场的情况，离子化效率提高，此外，更多电离产生的氩离子在电场作用下轰击样品表面，溅射率也随之提高。附图说明图1示出了本专利技术一实施形态的环形磁铁增强射频辉光放电质谱信号强度的装置中进样装置的剖面图。图2示出了本专利技术一实施形态的环形磁铁增强射频辉光放电质谱信号强度的装置中环形磁铁增强部的俯视图。图3示出了本专利技术第二实施形态的环形磁铁增强射频辉光放电质谱信号强度的装置中环形磁铁增强部的俯视图。符号说明1-钽片，2、3-陶瓷垫片，4-环形磁铁增强部，4A外壳，4B环状磁铁，5-样品，6、7和8-片状样品池，9-进样杆。具体实施方式以下结合附图和下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，附图及下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。本专利技术提供了一种环形磁铁增强射频辉光放电质谱信号强度装置，运用于射频辉光放电质谱仪，属于无机质谱分析
，主要用于射频电源模式下分析无机材料（包括：导体、半导体及非导体材料），以解决现有质谱装置中存在的信号强度低、稳定性等问题。图1示出了本专利技术一实施形态的环形磁铁增强射频辉光放电质谱信号强度的装置中进样装置的剖面图。如图1所示，该实施形态的环形磁铁增强射频辉光放电质谱信号强度的装置主要包括：具有进样杆9且固定有陶瓷垫片3的进样装置；具有外壳4A与环状磁铁4B的环形磁铁增强部4；所述环状磁铁4B放置于所述外壳4A中，所述环形磁铁增强部固定于所述进样装置中的所述进样杆9与所述陶瓷垫片3之间。更具体而言，钽片1，陶瓷垫片2、3依次平放在环形磁铁增强部4的上方。钽片1，陶瓷垫片2、3的表面均平整光滑。陶瓷垫片2、3绝缘，且用于维持真空度；钽片1用于导电，其可活动地至于陶瓷垫片2、3与进样装置的顶部之间，从而易于拆卸清洗。样品5嵌入环形磁铁增强部4内部。片状样品池7、8、9连接在一起，从外部观察样品池是一个整体。进样杆9与环形磁铁增强部4连接，以用于固定钽片1，陶瓷垫片2、3，环形磁铁增强部4，和样品5。图2示出了空心圆柱体形状的环形磁铁增强部的俯视图。外壳4A材质为金属(例如铜)或合金(例如黄铜)。外径（直径）小于或等于进样装置的内径，内孔直径半径大于样品的直径而小于外壳外径（直径），高度小于进样装置高度。磁铁型号可以根据对磁场强度的需要选择不同型号(例如可以选用型号为N35，矫顽力为876kA/m，磁导率为1.05的磁铁)。磁铁的外径小于外壳的外径，内径大于外壳的内孔径，磁铁的高度小于外壳的高度。空心圆柱体情况下，充磁方向为径向充磁。空心正方体或空心长方体情况下，充磁方向与样品表面平行。本专利技术中，外壳4A不仅可以为空心圆柱体，还可以为空心正方体或空心长方体。例如图3示出了空心正方体形状的环形磁铁增强部的俯视图。使用环形磁铁增强部的辉光放电质谱仪分析材料时，将样品5嵌入环状磁铁4B的内孔中，将环状磁场增强部与样品组合后装入片状进样装置，连接射频源，调整合适的放电气压和射频源功率进行放电。采用上述装置，射频辉光放电质谱可分析的样品可为无机材料样品，包括：导体、半导体、非导体材料等。辉光放电质谱仪分析非导体材料信号增强装置的制作包括以下步骤：加工环状磁铁4B，加工空心圆柱体、空心正方体或空心长方体形状的外壳4A，外壳4A材质为金属或合金，环状磁铁4B放置于外壳4A中，组成环形磁铁增强部。采用上述装置增强射频辉光放电质谱信号强度的方法，包括以下步骤：将环形磁铁增强部安装固定于进样装置中的进样杆9与陶瓷垫片之间；将样品嵌入环状磁铁4B的内孔中；连接射频源，调整合适的放电气压和射本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种运用环形磁场增强射频辉光放电质谱信号强度的装置，其特征在于，包括：具有进样杆且固定有陶瓷垫片的进样装置；具有外壳与环状磁铁的环形磁铁增强部；所述环状磁铁放置于所述外壳中，所述环形磁铁增强部固定于所述进样装置中的所述进样杆与所述陶瓷垫片之间。

【技术特征摘要】
1.一种运用环形磁场增强射频辉光放电质谱信号强度的装置，其特征在于，包括：具有进样杆且固定有陶瓷垫片的进样装置；具有外壳与环状磁铁的环形磁铁增强部；所述环状磁铁放置于所述外壳中，所述环形磁铁增强部固定于所述进样装置中的所述进样杆与所述陶瓷垫片之间。2.根据权利要求1所述的运用环形磁场增强射频辉光放电质谱信号强度的装置，其特征在于，所述外壳材质为金属或合金。3.根据权利要求1所述的运用环形磁场增强射频辉光放电质谱信号强度的装置，其特征在于，所述外壳为空心圆柱体、空心正方体或空心长方体。4.根据权利要求1所述的运用环形磁场增强射频辉光放电质谱信号强度的装置，其特征在于，所述外壳为空心圆柱体时，所述环状磁铁的外径小于所述外壳的外径，内径大于所述外壳的内孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱荣，卓尚军，董疆丽，王群，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31