本发明专利技术公开了一种二次离子质谱仪的样品保护装置和保护方法，所述二次离子质谱仪包括电子发射装置和电子偏转装置，所述电子发射装置发射的电子经所述电子偏转装置偏转后到达所述样品的表面，所述样品保护装置和保护方法采用取样电路、控制电路和电磁调整装置的结构，所述控制电路根据所述取样电路对所述样品的监测信号控制所述电磁调整装置，所述电磁调整装置产生的电场或磁场能够改变电子的运动轨迹，使电子偏离所述样品，从而达到保护样品的目的。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种，具体的说，涉及一种防止二次离子质谱仪中电子枪发射的高能电子毁坏样品，从而对样品进行保护的装置和方法。
技术介绍
二次离子质谱仪在分析绝缘样品的电负性元素时，需要使用正离子(例如铯离子 Cs+或者镓离子Ga+等离子)轰击样品使其离子化，并在样品上加负电压Vs使轰击产生的负极性的二次离子加速至质谱仪。对于绝缘样品，在轰击的过程中，产生二次离子的同时， 也会产生了大量的二次电子，此时会导致样品被分析的局部电压发生改变，致使对绝缘样品无法进行分析。Cameca公司设计的二次离子质谱仪解决了这种问题(参见美国专利US4564758， 公开日为1986年1月14日，Slodzian)，这种二次离子质谱仪主要包括电子枪和铯离子源， 其中铯离子源的用途是轰击绝缘样品(insulating sample)产生二次离子以进行质谱分析，此时，虽然绝缘样品表面镀金，但是在绝缘样品被分析的局部会因为电子逸出导致正电荷积累。由于这种二次离子质谱仪中的电子枪可以向绝缘样品发射初始动能为e*Vs的电子，也即，电子枪的作用是发射电子到铯离子轰击区域，以消除正电荷在绝缘样品表面的积累，因此，采用这种方式，可以对被正离子(例如铯离子Cs+)轰击的区域进行电荷补偿，此时，当电子到达绝缘样品表面时，其动能近似为0，使得绝缘样品表面的电压保持稳定。但是在实际使用过程中，可以发现Cameca公司设计的二次离子质谱仪存在以下缺陷由于电子枪的工作状态直接决定绝缘样品表面电压的稳定性，以及分析结果的精度， 因此，当某些原因(如仪器电气漂移、真空度下降、样品的特殊性等)导致电子枪工作异常时，电子枪发射的高能电子在轰击样品的过程中，其产生的热量会将样品熔化，从而在毁坏样品的同时也对仪器造成污染。因此，在使用铯离子源和电子枪时，实验人员必须注意电子枪工作情况，防止电子枪损伤样品。因此需要一种二次离子质谱仪的样品保护装置，在二次离子质谱仪的使用过程中，可以有效的防止二次离子质谱仪中电子枪发射的高能电子毁坏样品，从而对样品进行保护。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述技术问题，提供一种二次离子质谱仪的样品保护装置，从而在电子枪发生异常时，仍然能够保证样品不被损坏。本专利技术的工作原理是当电子枪发射电子到样品表面时，会形成样品电流，该样品电流的值会实时反应电子枪的工作状态。正常情况下，电子枪发射的电子达到样品时能量很低，接近于OeV，样品电流的值很低(< IuA)。而当电子枪工作失常时，电子到达样品的动能过大，样品电流变得很大(突然增大)，样品被损坏。通过取样电路实时监测样品电流，就可以知道电子枪的工作状态。当样品电流的值超过阈值时，直接触发控制电路。控制电路由快速比较器和快速开关电路组成，被取样电路触发后，在极短的时间内给电磁调整装置 (例如电磁铁)供电，电磁调整装置采用软磁合金棒材，可以在电子的运动路径上快速建立一个附加磁场(外加磁场)，电子枪发射的高能电子在这个附加磁场的作用下运动轨迹发生偏离，与样品脱离开来(也即通过外加磁场快速控制电子运动轨迹，使电子偏离样品)， 不再损伤样品，从而达到保护样品和仪器的目的。本专利技术提供了一种二次离子质谱仪的样品保护装置，所述二次离子质谱仪包括电子发射装置和电子偏转装置，所述电子发射装置发射的电子经所述电子偏转装置偏转后到达所述样品的表面，其特征在于，所述样品保护装置包括取样电路、控制电路和电磁调整装置，所述控制电路根据所述取样电路对所述样品的监测信号控制所述电磁调整装置，所述电磁调整装置产生的电场或磁场能够改变电子的运动轨迹，使电子偏离所述样品。通过这种方式，可以采用取样电路实时的获取样品的状态信息，在样品表面发生异常之初，实时的监测到相应的异常监测信号，并通过驱动控制电路，来启动相应的电磁调整装置工作，以此来改变原有的电子运动轨迹，以使得电子偏离所述样品，从而不对样品造成损害，起到样品保护的作用。进一步地，当所述监测信号表示所述二次离子质谱仪工作失常时，所述电磁调整装置产生电场或磁场，用以改变所述电子的运动轨迹；当所述监测信号表示所述二次离子质谱仪工作正常时，所述电磁调整装置不产生电场和磁场，所述电子的运动轨迹保持不变。通过这种方式，可以根据监测信号的不同，判断二次离子质谱仪工作是否失常，当其工作失常时，所述电磁调整装置产生电场或磁场，用以改变所述电子的运动轨迹。所述监测信号可以包括样品表面的电流、电压或电阻等监测参数。进一步地，所述监测信号是到达所述样品的表面的电子形成的样品电流，该样品电流反映所述二次离子质谱仪的工作状态。通过这种方式，所述样品表面的电子形成的样品电流，可以反应二次离子质谱仪的工作状态，根据样品电流的不同状态，来决定是否改变电子的运动轨迹。进一步地，所述样品电流小于一阈值时，所述电磁调整装置不产生电场或磁场；所述样品电流大于所述阈值时，所述电磁调整装置产生电场或磁场。通过这种方式，可以通过将所述样品电流与一阈值进行此较，以此来决定所述电磁调整装置是否需要产生电场或磁场，从而改变电子的运动轨迹。进一步地，当所述监测信号表示所述二次离子质谱仪中的电子枪工作失常时，所述电磁调整装置产生电场或磁场，用以改变所述电子的运动轨迹；当所述监测信号表示所述电子枪工作正常时，所述电磁调整装置不产生电场和磁场，所述电子的运动轨迹保持不变。通过这种方式，所述二次离子质谱仪中的电子枪工作失常时，样品表面的监测信号常会出现异常，样品也会因此受到损害，此时，可以使所述电磁调整装置产生电场或磁场，从而改变所述电子的运动轨迹。进一步地，所述监测信号是到达所述样品的表面的电子形成的样品电流，该样品电流反映所述二次离子质谱仪中的电子枪的工作状态。通过这种方式，样品电流可以实时的反映出所述二次离子质谱仪中的电子枪的工作状态，通过监测样品电流，可以判断出电子枪是否出现异常。进一步地，所述样品电流小于一阈值时，所述电磁调整装置不产生电场或磁场；所述样品电流大于所述阈值时，所述电磁调整装置产生电场或磁场。通过这种方式，可以将所述样品电流与一阈值进行比较，以此来判断所述二次离子质谱仪中的电子枪是否工作正常，并决定所述电磁调整装置是否需要产生电场或磁场， 从而改变电子的运动轨迹。进一步地，所述取样电路包括跟随电路和放大电路，所述跟随电路对所述样品的表面的电流进行实时监测，所述放大电路对所述跟随电路的输出信号进行放大。通过这种方式，跟随电路监测的实时信号，可以经放大电路放大后，进入后续装置，从而方便信号的比较和处理。进一步地，所述跟随电路和放大电路采用运算放大器。通过这种方式，跟随电路和放大电路可以采用常见的运算放大器电路或芯片进行设计，从而节省制作成本。进一步地，所述控制电路包括比较电路和开关电路，所述比较电路将所述取样电路的输出信号与一阈值相比较，以决定所述开关电路的通断；所述开关电路开通后，能够控制所述电磁调整装置快速产生电场或磁场。通过这种方式，可以通过比较电路决定开关电路是否开通或关闭，当二次离子质谱仪出现异常时，开关电路开通，所述电磁调整装置快速产生电场或磁场。进一步地，所述开关电路采用场效应管MOSFET。通过这种方式，开关电路可以利用常见的场效应管M0SFET，从而节省制作成本。进一步地，所述电子本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种二次离子质谱仪的样品保护装置，所述二次离子质谱仪包括电子发射装置和电子偏转装置，所述电子发射装置发射的电子经所述电子偏转装置偏转后到达所述样品的表面，其特征在于，所述样品保护装置包括取样电路、控制电路和电磁调整装置，所述控制电路根据所述取样电路对所述样品的监测信号控制所述电磁调整装置，所述电磁调整装置产生的电场或磁场能够改变电子的运动轨迹，使电子偏离所述样品。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：唐国强，刘宇，
申请(专利权)人：中国科学院地质与地球物理研究所，
类型：发明
国别省市：11
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