DE1296418C2 - Vorrichtung zur Gewinnung einer elektrischen Spannung als Mass fuer das Verhaeltnis Masse zu Ladung von Ionen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ge- . ^ _{Wßrt VOQ} m ^ _{direkt igt werderL}

winnung einer elektrischen Spannung als Maß fur das ^J ° e

\t u-1* - »x TJ (">\ ι j- Die Auswertung der gelieferten Ergebnisse erfordert

Verhältnis Masse zu Ladung ( -) von Ionen, die ^^ ^^ u^_onder|_n Spezialkemitnisse oder Er-

mit Hilfe eines homogenen Magnetfeldes nach ihrem 5 fahrungen.

m . . , ... U₁, p. »- Sollen die Massenzahlen direkt angezeigt werden,

_e getrennt werden, nut einer Hall-Sonde zur Messung _{&Q wird vorteilhafterweise ein} Koordinaten-Anzeige-

der Magnetfeldstärke. gerät verwendet, wobei der eine Koordinaten-Eingang

T^ tr v-i*-.- j w TJ l«*\ . an den Ausgang der zweiten Hall-Sonde, der andere Das Verhalte,* der Masse zur Ladung (-J der ^ _{ΚοΟΓαίη}^ί_Ε^ _ω ^_{n Aasgan}g des Ionen-

in den Ionenkollektor eines Massenspekirographen kollektors angeschlossen ist. eindringenden Ionen kann durch folgende Gleichung An sich bekannt ist eine sogenannte »Hall«-

ausgedrückt werden: Quadriereinheit, in der zwei Hall-Generatoren in

Kaskade geschaltet sind und an der als Ausgangs-

™ _ j^. ^* (I)*^{5 s}P^annunß dann ein dem Quadrat der magnetischen

e γ Feldstärke H proportionaler Wert abgenommen wer

den kann, wenn dem ersten Hall-Generator ein kon-

wobei H die magnetische Feldstärke des Ablenkfeldes, stanter Steuerstrom zugeführt wird. Wird als Erreger-V die lonenbeschleunigungsspannung und k eine strom der Magnetfeldspule ein Strom / verwendet, Konstante ist ao so ist die Ausgangsspannung am zweiten Hall-Gene-

Demgemäß ist zu jedem Zeitpunkt der Wert ^{m T}f^{OT p} _t ^TO^^ ^Ρ' ^Daz" ^{muß der}. ^Steuerstrora

e des ersten Hall-Generators konstant sem.

der in den Ionenkbllektor eindringenden Ionen In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der

umgekehrt proportional der jeweiligen Ionenbeschleu· Erfindung beispielsweise dargestellt Es zeigt nigungsspannung und außerdem proportional dem as A b b. 1 ein Blockschaltbild eines Anzeigesystems Quadrat der magnetischen Feldstärke. Zur Messung und

der jeweiligen Feldstärke sind nun zwei Methoden A b b. 2 ein schematisches Schaltbild einer Detektorbekannt, einmal eine indirekte Methode, bei welcher einheit zur Verwendung im Gerat von A b b. 1. der Erregerstrom gemessen wird, und eine direkte Ein magnetischer Massenspektrograph weist eine Methode, bei welcher in das Magnetfeld Hall-Sonden 30 Analysatoreinheit auf, die aus einem Ionenbeschleueingesetzt werden. niger 1 mit einer Ionenbeschleunigungsspannung V,

Abgesehen von Meßfehlern infolge elektromagne- einem Ionenablenksystem 2 mit einem Magnetfeld H tischer Rest-Hysteresis bei der indirekten Methode sowie einem Ionenkollektor und Verstärker 3 besteht weisen beide Methoden den Nachteil auf, daß der Eine Detektoreinheit 4 mit zwei Hall-Generatoren 9 erzielte Meßwert lediglich proportional der Quadrat- 35 und 10 ist in dem Spalt zwischen den Magnetpolen,

wurzel von ^m ist Wenn »also eine Massenanalyse welche das Magnetfeld H erzeugen, angeordnet Ein t · * dem Hall-Generator 9 der Detektoreinheit 4 zugeeiner unbekannten Probe durchgeführt wird, so weist führter Steuerstrom wird durch einen automatischen die Skalenreihe der Massenzahlen des erzielbaren Regelkreis 5 gesteuert. Die Ausgangsseite der Detcktor-Massenspektrums keine gleichmäßige» Abstände auf, 40 einheit 4 ist mit einer der Koordinaten (beispielsweise die Skalenreihe schiebt sich vielmehr mit ansteigender der Y-Achse) eines Aufzeichnungsgerätes 8 mit Massenzahl zusammen. Um ein derartiges Massen· Jf-/-Koordinatensystem über einen Zähler 6 und ein Spektrum auswerten zu können, sind deshalb kompli- .. ___ .. . m ~. . zierte Verfahren erforderlich, beispielsweise Ver- Anzeigegerät 7 zum Anzeigen des _e -Wertes vergleiche mit bekannten Massenspektren, und außerdem 45 bunden. Die andere Koordinate (Y)des Aufzeichnungsbeträchtliche Erfahrungen und Kenntnisse. gerätes ist mit der Ausgangsseite des Ionenkollektors

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Massen- und dem Verstärker 3 verbunden,

spektrographen zu schaffen, der den Wert ^m an Die Detektoreinheit 4 im Spalt des Magneten ist so

^{e r} e ausgebildet daß die Ausgangsklemmen des primären

jedem Punkt des erzielten Massenspektrums direkt 50 Hall-Generators 9 mit den Eingangsklemmen des

anzeigt und ein lineares Massenspektrum liefert. sekundären Hall-Generators 10 verbunden sind, bei-

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch spielsweise wie in A b b. 2 dargestellt. Je nach Erfor-

eine Stromquelle, die an die Hall-Sonde einen zur derm's ist ein Verstärker 11 zwischen einer der Aus-

Ionenbeschleunigungsspannung umgekehrt propor- gangsklemmen des ersten Hall-Generators 9 und der

tionalen Erregerstrom liefert und durch eine zweite, 35 entsprechenden Eingangsklemme des zweiten HaIl-

im gleichen Magnetfeld angeordnete Hall-Sonde, Generators 10 vorgesehen. Der automatische Regel-

deren Eingang mit dem Ausgang der ersten Hall- kreis 5 ist so ausgebildet, daß er der Eingangsseite des

Sonde verbunden ist und an deren Ausgang sich eine ersten Hall-Generators 9 einen Steuerstrom I_n zuführt,

dem Verhältnis ^m proportionale Spannung einstellt. _K <j^css?ⁿ Betrag umgekehrt proportional dem Betrag

e ^{r v v 6} 60 der Ionenbeschleunigungsspannung V ist.

Auf diese Weise wird nämlich erreicht, daß die Hall- Demgemäß weist die Ausgangsspannung £*, des Spannung der zweiten Hall-Sonde umgekehrt propor- ersten Hall-Generators 9 die folgenden Abhängig-

tional der Beschleunigungsspannung und proportional keiten auf:

dem Quadrat der Feldstärke ist, damit aber direkt _H

proportional dem gesuchten Wert ^m _g. Somit fallen '^{5 £}*' ~ ^/ci' ^H ~ y *²⁾

alle obenerwähnten Schwierigkeiten weg, d. h., es

wird ein lineares Massenspektrum erzielt, und der Auf Grund dieser Anordnung der Detektoreinheit 4,

bei welcher die Ausgangsspannung Eh₁ des ersten Hall-Generators 9 direkt oder über einen Verstärker 11 zu den Eingangsklemmen des zweiten Hall-Generators 10 geführt wird, so daß durch diesen ein Steuerstrom I_n proportional der Spannung E_hi fließt, weist die Ausgangsspannung £*, des zweiten Hall-Generators 10 die folgenden Abhängigkeiten auf:

~Ε*·Η~

(3)

IO

»5

Damit ist aber die Ausgangsspannung Ek₁ bezüglich ihres Betrages direkt proportional! dem Wert

Die Ausgangsspannung bzw. das Ausgangssignal wird dann durch den Zähler 6 geleitet oder durch einen geeigneten Verstärker verstärkt und darauf in das Anzeigegerät 7 eingegeben, in welchem das Signal den Betrag

von ^m , welcher der obigen Gleichung (1) zu jedem *> Zeitpunkt genügt, anzeigt Das die Anzeige des Betrages — hervorrufende Signal wird dann zur

Jf-Achse des Aufzeichnungsgerätes 8 mit JSf-y-Koordinatensystem geführt, während andererseits der Ionenkollektor und der Verstärker 3 als Eingang für die y-Achse verwendet werden. Damit wird ein Massenspektrum mit gleichmäßiger Massenzahlskala erzeugt

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   Vorrichtung zur Gewinnung einer elektrischen ^TMaß für das Verhältnis Masse zu

   Spannu^T
   Ladung ("}) von Ionen, die mit Hilfe eines homogenen Magnetfeldes nach ihren, J getrennt werden,

   mit einer Hall-Sonde zur Messung der Magnetfeldstärke. eekenpzeicb.net durch eine li?Sutlle^S(I);die an die Hall-Sonde (9) emen zSlonenbeschleunigungsspan^gumgekehrtpro-

   portionalen Erregerstrom liefert, und dnrch eine zweite im gleich» Magnetfeld angeordnete Hall-Sonde (10), deren Eingang mit dem Ausgang der ersten Hall-Sonde (9) verbunden ist, und an deren Ausgang sich eine dem Verhältnis -?- proportionale

   TvSSS^nadi Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der zweiten Hall-Sonde (10) an die eine Koordinate eines Koordinatea-Anzeigegerätes gelegt ist, an dessen anderer Koordinate der Ausgang des Ionenkollektors liegt 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oaet^aadmch gekennzeichnet, daß zwischen die erste (9) und die zweite (10) Hall-Sonde dn Verstärker (U) zwischengeschaltet ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen