DE1917779A1 - Control device and control method for a spark ion source of a mass spectrometer - Google Patents

Description

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ASSOCIATED ELECTRICAL INDUSTRIES LIMITED, London, EnglandASSOCIATED ELECTRICAL INDUSTRIES LIMITED, London, England

Steuervorrichtung und Steuerverfahren für eine FunkenionenquelleControl device and control method for a spark ion source

eines Massenspektrometersa mass spectrometer

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für die Funkenionenquelle eines Massenspektrometers, deren Ionenquelle eine Vorrichtung zum Einstellen der relativen Lage der beiden darin befindlichen Elektroden und zum In-Schwingung-rVersetzen mindestens einer dieser Elektroden enthält, zwischen denen ein ionenerzeugender Entladungsstrom in einem Spalt ausgelöst werden kann_;und ein Verfahren zur Steuerung einer derartigen Punkenionenquelle. The invention relates to a control device for the spark ion source of a mass spectrometer, the ion source of which contains a device for setting the relative position of the two electrodes located therein and for causing at least one of these electrodes to vibrate, between which an ion-generating discharge current can be triggered in a gap _; and a method of controlling such a point ion source.

Eine Punkenionenquelle ist eine Ionenquelle mit einer Ionenkammer, in der Ionen eines zu analysierenden Materials mit Hilfe einer elektrischen Entladung erzeugt werden, die zwischen einer eine Trobe dieses Materials enthaltenden Elektrode und mindestens einer anderen Elektrode, bei der es sich ebenfalls um eine Probenelektrode oder lediglich um eine Gegenelektrode handeln kann, ausgebildet wird.A point ion source is an ion source with an ion chamber, in which ions of a material to be analyzed are generated with the help of an electrical discharge that occurs between a an electrode containing this material and at least another electrode, which can also be a sample electrode or just a counter electrode, is trained.

Der Ausdruck "Funken!onenquelle" soll die folgenden Arten von Ionenquellen umfassen:The term "spark! Onenquelle" is intended to include the following types of Ion sources include:

HP-Funkenionenquelle; Bei dieser Art Ionenquelle werden Ionen durch Zünden einer Entladung zwischen den Elektroden erzeugt. Die dafür verwendete Spannung ist eine Hochfrequenzspannung, deren Frequenz etwa 500 Kilohertz beträgt und deren Amplitude HP spark ion source ; In this type of ion source, ions are generated by igniting a discharge between the electrodes. The voltage used for this is a high-frequency voltage, the frequency and amplitude of which is around 500 kilohertz

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(von Spitze zu Spitze gesessen) zv/t - on 0 und 80 KV veränderbar ist. Um eine genaue Einstellung zu ermöglichen, handelt es sich gewöhnlich um eine pulsierende Spannung. Üblicherweise betrügt die Impulsdauer 50 bis 200 UikroSekunden und die Folgefrequenz 100 bis 10000 Hertz. Sowohl Isolatoren als auch Leiter können Funken ausgesetzt werden.(sat from tip to tip) zv / t - on 0 and 80 KV can be changed. To enable a precise setting, acts it is usually a pulsating voltage. Usually the pulse duration amounts to 50 to 200 microseconds and the repetition frequency 100 to 10,000 Hertz. Both insulators and conductors can be exposed to sparks.

Olnichstrom-Vibrator-Lichtbofrenioneriquelle: Dies ist eir.e einfache Ionenquelle, die nach den "Prinzip des Y/agnerschen Kair.mers" arbeitet. Dabei werden zwei Elektroden dadurch in Schwingungen versetzt, daß, wenn sie sich berühren, der durch sie hindurchfließende Strom ein magnetisches Feld aufbaut, aas sie wi.eder trennt. Die Wiederholfrequenz ist entweder auf aie natürliche Frequenz des Supports oder die anregende Frequenz einer Wechselstrocquelle, im Falle der Verwendung einer Ionenquelle, wie sie in der britischen I'atentschrift 1 117 789 beschrieben ist, begrenzt. Es können aber nur gute und mechanisch einwandfreie, dichte leiter (z.B. kein verdichtetes Graphit) analysiert werden. Olnichstrom-Vibrator-Lichtbofrenionerource : This is a simple ion source that works according to the "principle of the Y / agner Kairmer". Two electrodes are set in vibration by the fact that, when they touch, the current flowing through them builds up a magnetic field that separates them again. The repetition frequency is limited either to the natural frequency of the support or the exciting frequency of an alternating straw source, in the case of using an ion source as described in British patent specification 1,117,789. However, only good, mechanically perfect, dense conductors (eg no compressed graphite) can be analyzed.

i} Οία i ohr: trom-l-ichtbo/'oni onennuu IJo: >'in («twa bO KV) Hochspunnungaimjuls, der von einem Impulstransformator abge- * geben wird, durchschlägt den Slektrodenspalt und ermöglicht einer niedrigen Gleichspannung die Verwendung des dann zwischen den Elektroden existierenden Plasmas als Leiter. Der dabei entstehende, verhältnismäßig starke Lichtbogenstrom erzeugt einen starken Ionenstrom. Die Wiederholfrequenz läßt sich innerhalb bestimmter Grenzen verändern, doch ist die Analyse von Isolatoren unwirksam, da nur der Zündimpuls für diesen Zweck verwendbar ist. i} Οία i ohr: trom-l-ichtbo / 'oni onennuu IJo: >' in («twa bO KV) high-voltage aimjuls, which is emitted by a pulse transformer, breaks through the electrode gap and enables a low DC voltage to be used existing plasma between the electrodes as a conductor. The resulting, relatively strong arc current generates a strong ion current. The repetition frequency can be changed within certain limits, but the analysis of isolators is ineffective, since only the ignition pulse can be used for this purpose.

Nachdem beim Betrieb eines Massenspektrometer^ mit Funkenionenquelle die Elektroden auf den anfanglichen Abstand eingestelltAfter operating a mass spectrometer ^ with a spark ion source the electrodes adjusted to the initial distance

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wurden und eine Entladung zwischen ihren ausgelöst v/urde, muß die Elektrodenlage ständig nachgestellt werden, um die Entladung so aufrechtzuerhalten, daß ein angemessener Ionenstrahl aufrecht erhalten bleibt. Bislang hat man diese Einstellung von Hand vorgenommen.and a discharge was triggered between them the electrode position must be constantly readjusted to reduce the discharge so maintain that an adequate ion beam is maintained preserved. So far this setting has been made by hand.

Kach aer französischen Patentschrift 1 523 031 soll mindestens eine der Elektroden relativ zu der anderen Elektrode oder anderen Elektroaen in Schwingungen versetzt v/erden. Pies läßt sich dadurch erreichen, daß ein Vibrator-Motor, der mit der !letzfrequenz (z.B. 50 Hertz) angetrieben werden kann, an eine durch Schwenken einstellbare Halterung für die betreffende Elektrode angeschlossen wird. Eine derartige vibrierende Elektrodonhalteranordnung ist in Pig. 1 der beiliegenden Zeichnungen dargestellt, die der Fig. 4 der erwähnten französischen Patentschrift entspricht. Diese Zeichnung zeigt einen Vibrator-föotor 2 vom Typ Ling Altec V47, der an einem Bügel 4 befestigt und aessen Anker durch einen 3ügel 6 mit einem einstellbaren Aufsatz 8 für einen Elektrodenhalter 10 in einer Ionenquelle 12 verbunden ist. Der Aufsatz enthält ein biegsames V/ellrohr 14 und einen Anlenkungspunkt 16. Der Vibrator-Iiotor versetzt eine Proben-Elektrode 18 in einer bevorzugten Richtung in Schwingungen, d.h. etwa parallel zur Y-Achse des Ionenstrahls, der aus der Ionenquelle in den Spektrometer-Analysator gezogen wird. Diese Achse ist eine von drei aufeinander senkrecht stehenden Achsen oder Richtungen des Ionenstrahls, die in üblicher Weise mit x, y und ζ bezeichnet sind. Sine Gegenelektrode 20 in einer ruhenden Halterung 22 ist auch in der Zeichnung angedeutet, und zwischen den Elektroden befindet sich ein Spalt 24, in dem die ionenerzeugende Entladung ausgebildet wird.Kach aer French patent specification 1 523 031 should at least one of the electrodes is vibrated relative to the other electrode or other electrodes. Pies lets can be achieved by using a vibrator motor with the ! last frequency (e.g. 50 Hertz) can be driven to a by pivoting adjustable bracket for the electrode in question is connected. One such vibrating electrodon holder assembly is in Pig. 1 of the accompanying drawings that correspond to FIG. 4 of the aforementioned French patent specification is equivalent to. This drawing shows a vibrator-footor 2 of the Ling Altec V47 type, which is attached to a bracket 4 and ate anchors through a 3 bracket 6 with an adjustable attachment 8 for an electrode holder 10 in an ion source 12 is connected. The attachment contains a flexible V / ell tube 14 and a pivot point 16. The vibrator-Iiotor displaces one Sample electrode 18 vibrating in a preferred direction, i.e. roughly parallel to the Y-axis of the ion beam drawn from the ion source into the spectrometer-analyzer. This axis is one of three mutually perpendicular axes or directions of the ion beam, which in the usual way are denoted by x, y and ζ. Its counter electrode 20 in one resting holder 22 is also indicated in the drawing, and between the electrodes there is a gap 24 in which the ion generating discharge is formed.

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Die Vibration bewirkt eine Änderung des Elektrodenspalts, mit der Folge, daß sich die Entladung auf einer größeren Fläche der Probe verteilt, was wiederum zur Folge hat, daß die extrahierten Ionen repräsentativer für ein inhomogenes Probenmaterial sind. Die Änderung der Spaltbreite hat ferner eine Mittelbildung der mittleren Energie zur Folge, mit der jede Ionenart .gebildet wird, und dies gewährleistet, daß Ionen, deren Energie im Streubereich des Spektrometer liegt, aus irgendeinem Verunreinigungselement erzeugt werden, das, v/enn es den Funken ™ fester Elektroden ausgesetzt würde, eine äußerst hohe mittlere Austrittsenergie hätte. Außerdem ermöglicht sie die Beibehaltung der Elektrodenlageeinstellung über längere Zeit, ohne nachteiligen Einfluß. Infolge der Elektrodenerosion, die bei der Analyse stattfindet, ändern sich jedoch die Elektrodenspalteigenschaften allmählich, so daß eine Bedienungsperson eingreifen muß, um diejenigen Zustände wieder herzustellen, die zu Beginn der Analyse vorlagen. Die Analysiergenauigkeit hängt daher stark von der Geschicklichkeit und Sorgfalt der Bedienungsperson ab, so daß sich leicht Fehler ergeben können. The vibration causes a change in the electrode gap, with the result that the discharge is spread over a larger area of the sample, which in turn has the consequence that the extracted ions are more representative of an inhomogeneous sample material are. The change in the gap width also results in an averaging of the mean energy with which each Ion type. Formed, and this ensures that ions, whose energy is in the scatter range of the spectrometer, from any Contaminant element generated which, if exposed to the spark ™ of solid electrodes, would have an extremely high mean Exit energy would have. In addition, it enables the electrode position setting to be maintained over a longer period of time without disadvantageous Influence. However, as a result of the electrode erosion that occurs during analysis, the electrode gap properties change gradually, so that an operator has to intervene to restore those conditions that were at the beginning the analysis. The accuracy of the analysis therefore depends heavily on the skill and care of the operator, so that errors can easily arise.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch vermieden, daß der Mittelwert dieses .Stromes auf einen Maximalwert ansteigt und wieder abnimmt, während der Mittelwert der Spaltbreite in einem optimalen Bereich durch Einstellen der relativen Lage geändert wird, und daß die Steuervorrichtung eine ein geglättetes elektrisches Signal, das den Mittelwert dieses Stroms darstellt, aus diesem Entladeatrom ableitende Vorrichtung und eine aus diesem Signal •eine optimale Einstellung der relativen Lage zur Bildung einer in diesem optimalen Bereich liegenden Spaltbreite bestimmende Vorrichtung enthält.According to the invention, this is avoided in that the mean value this .Stroms increases to a maximum value and decreases again, while the mean value of the gap width is optimal Range is changed by adjusting the relative position, and that the control device has a smooth electrical Signal representing the mean value of this current, device deriving from this discharge amperage and one from this signal • determining an optimal setting of the relative position for the formation of a gap width lying in this optimal area Contains device.

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Die zuletzt erwähnte Vorrichtung ist zweckmäßigerweise so ausgebildet, daß sie eine Anzeige abgibt, die es einer Bedienungsperson gestattet, die Einsteilung der Spaltbreite fernzusteuern, oder sie ist vorzugsweise so ausgebildet, daß die Spalteinstellung selbsttätig gesteuert werden kann n- % Wenn eine aer Elektroden feststeht, während die uncox- ... schwingungen versetzt wird, läßt sich die Spaltbreite durch Einstellen der Lage der feststehenden Elektrode oder durch Einstellen der mittleren Lage der schwingenden Elektrode einstellen.The last-mentioned device is expediently designed in such a way that that it gives a display that allows an operator to remotely control the setting of the gap width, or it is preferably designed so that the gap setting can be controlled automatically n-% if one of the electrodes is fixed while the uncox- ... oscillations is offset, the gap width can be adjusted by adjusting the position of the fixed electrode or by adjusting the Set the middle position of the vibrating electrode.

Bei Verwendung eines Vibrator-Motors, z.B. des erwähnten Typs Ling Altec V47, läßt sich die mittlere Lage der vibrierenden oder schwingenden Elektrode dadurch in der gewünschten Wei.se einstellen, daß dein der Spule des Vibrators zugeführten Spej sewechselstrom ein entsprechend bemessener Gleichstrom überlagert wird. Die Lage einer ruhenden oder feststehenden Elektrode läßt sich dadurch einstellen, daß der Spule eines an eine einstellbare Halterung für diese Elektrode angeschlossenen Vibrator-Motors nur ein Gleichstrom zugeführt wird.When using a vibrator motor, e.g. of the type mentioned Ling Altec V47, the middle position of the vibrating or set the oscillating electrode in the desired manner by using the alternating current supplied to the coil of the vibrator a correspondingly dimensioned direct current is superimposed. The position of a stationary or stationary electrode leaves adjust themselves in that the coil of a vibrator motor connected to an adjustable holder for this electrode only a direct current is supplied.

Die Erfindung umfaßt auch ein Verfahren zur Steuerung einer Funkenionenquelle eines Massenspektrometers, bei dem mindestens eine der beiden Elektroden in der Ionenquelle in Schwingungen oder Vibrationen versetzt wird, das sich dadurch auszeichnet, daß der die Ionen erzeugende Entladestrom in dem Spalt zwischen den beiden Elektroden derart gesteuert wird, daß der Mittelwert des Stroms auf einen Maximalwert ansteigt und wieder abfällt, wenn der Mittelwert der Spaltbreite in einem optimalen Bereich durch Einstellen der relativen Lage der Elektroden geändert wird, daß aus dem Entladestrom ein geglättetes elektrisches Signal abgeleitet wird, das den Mittelwert dieses Stroms darstellt, und daß aus diesem Signal eine optimale Einstellung dieser Lage ermittelt wird, um eine in dem optimalen Bereich liegende Spaltbreite zu schaffen. The invention also includes a method of controlling a source of spark ions a mass spectrometer, in which at least one of the two electrodes in the ion source vibrates or Vibrations is displaced, which is characterized in that the discharge current generating the ions in the gap between the both electrodes is controlled in such a way that the mean value of the current rises to a maximum value and falls again when the mean value of the gap width is changed in an optimal range by adjusting the relative position of the electrodes, that a smoothed electrical signal is derived from the discharge current which represents the mean value of this current, and that an optimal setting of this position is determined from this signal in order to create a gap width lying in the optimal range.

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Wenn es sich, wie gewöhnlich, bei dem Entladestrom um einen Wechselstrom oder einen intermittierenden Gleichstrom handelt, läßt sich der Strom elektromagnetisch messen, und zwar mit Hilfe einer Meßspule, die so angeordnet ist, daß in ihr ein Wechselsignal induziert wird, das ein Maß für den Entladestrom darstellt. Wenn dieses Signal, wie es in Pig. 2 dargestellt ist, (beispielsweise durch eine Einweggleichrichterschaltung) gleichgerichtet und geglättet wird, ändert sich die sich dadurch ergebende geglättete Ausgangsspannung V mit der Änderung des Elektrodenspalts so, daß sie bei oder in der ITähe der optimalen Spaltbreite ein Maximum hat. Die optimale Spaltbreite ist jedoch nicht sehr kritisch, denn es läßt sich auch ein zufriedenstellendes Betriebsverhalten mit einer Spaltbreite erzielen, die in einem optimalen Bereich G liegt, der normalerweise, dieselbe Größenordnung hat, wie die Schwingungsamplitude der Elektrode (etwa 5 Mikrometer).If, as usual, the discharge current is one Alternating current or an intermittent direct current is involved, the current can be measured electromagnetically, with the help of a measuring coil which is arranged so that an alternating signal is induced in it, which represents a measure of the discharge current. When this signal, as it is in Pig. 2 is shown (for example by a half-wave rectifier circuit) and is smoothed, the resulting smoothed output voltage V changes with the change in the Electrode gap so that they are at or near the optimal Gap width has a maximum. However, the optimal gap width is not very critical, because a satisfactory operating behavior can also be achieved with a gap width which is in an optimal range G, which is usually the same Has the same order of magnitude as the oscillation amplitude of the electrode (about 5 micrometers).

Die Form der Kurve V ergibt sich aus der Tatsache, daß die Vibration bei großer Spaltbreite intermittierende Funken und bei kleiner Spaltbreite einen intermittierenden Elektrodenkontakt zur -r'olge hat. In beiden Fällen hat das Ausgangssignal der Meßspule einen niedrigen Mittelwert, doch zwischen diesen beiden Extremfällen summieren sich diese Effekte, so daß sich ein Maximum im Verlauf des Meßspulenausgangssignals gerade in dem Punkt ergibt, in dem eine optimale Spaltbreite festgestellt wird.The shape of the curve V results from the fact that the vibration with a large gap width intermittent sparks and with a small gap width results in an intermittent electrode contact. In both cases the output signal has the measuring coil has a low mean value, but between these two extreme cases these effects add up, so that a maximum in the course of the measuring coil output signal just in the point at which an optimal gap width is found will.

Die Spannung V kann sichtbar wiedergegeben werden, z.B. mit einem Voltmeter, so daß eine die Elektrodenlage von fern steuernde Bedienungsperson eine Vergleichsmöglichkeit hat. Zur selbsttätigen Steuerung, d.h. Regelung, kann eine elektronische Schaltungsanordnung vorgesehen 3ein, die Abweichungen der Spannung V vom Maximalwert feststellt und ein Vorspannungssignal erzeugt, das einer Vorrichtung zum Einstellen der Elektrodenlage zuge-The voltage V can be displayed visibly, e.g. with a voltmeter, so that one can remotely control the electrode position Operator has a possibility of comparison. For automatic control, i.e. regulation, an electronic circuit arrangement provided 3ein, which determines the deviations of the voltage V from the maximum value and generates a bias signal, which is assigned to a device for adjusting the electrode position

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führt wire. Diese Vorrichtung verstellt die Elektrodenlage in Abhängigkeit von diesem Signal so, daß die Spaltbreite im optimalen Bereich bleibt.leads wire. This device adjusts the electrode position in Dependence on this signal so that the gap width is optimal Area remains.

Da ea sich nicht um ein ausgeprägtes (spitzes) i'aximum handelt und sich der Wert der Spannung bei diesem Maximum von einer Analyse zur nächsten ändern kann, ist die elektronische Schaltungsanordnung vorzugsweise so ausgebildet, daß sie eine zyklische />r.aerung des Vorspannungssignals bewirkt, so daß die Eiektrooenlage ständig (innerhalb des optimalen Spaltbreitenberrichs) urn den maximalen Spannungywert herum zwischen zwei Endpunkten schwankt, bei denen eine v/esentliche Abweichung der Spannung von ihrem Maximalwert festgestellt und zum Umkehren der Elektrodenbewegung durch Umkehr der Vorspannungssignaländerungsrichtung verwendet werden kann. Die Schwankungszeit kann in der einen Richtung in. der Größenordnung von 10 Sekunaen liegen, so daß die leriodendauer 20 Sekunden beträgt.Since ea is not a pronounced (pointed) i'aximum and the value of the voltage at this maximum can change from one analysis to the next, is the electronic circuitry preferably designed so that it causes a cyclical />r.aerung of the bias signal so that the Eiektrooenlage constantly (within the optimal gap width range) around the maximum voltage value between two Endpoints fluctuating at which there is a substantial variance the voltage is determined from its maximum value and reversed electrode movement by reversing the direction of bias signal change can be used. The fluctuation time can be in the order of 10 seconds in one direction, so that the period is 20 seconds.

Eine Möglichkeit, wie die Endpunkte der Schwankung festgestellt werden können, ist in Fig. 3 dargestellt. Die elektronische Schaltungsanordnung ist ferner so ausgebildet, daß sie eine zweite Spannung V erzeugt, die ein vorbestimmter (vorzugsweise einstellbarer) Bruchteil der gleichgerichteten und geglätteten Spannung V ist, während diese auf ihren Maximaiwert P ansteigt, und die, während die Spannung V im Verlaufe der V/eiterbewegung der Elektrode abnimmt, weitgehend ihren Maximalwert P¹ beibehält, bis ueiae Spannungen gleich sind. Das Nullwerden der Spannungsdifferenz wird festgestellt und zur Umkehr der Slektrodenbewegung verwendet. Gleichzeitig wird der zweiten Spannung V gestattet, auf den vorbestimmten Bruchteil der vollen Spannung V in diesem Augenblick abzunehmen, so daß der Vorgang während der nächsten Schwankung in entgegengesetzter Richtung wiederholt wird, und so weiter. In Fig. 3 sind ein erster Anstieg der zweiten Spannung V bei der Zunahme des Elektrodenabstands bzw.One way in which the end points of the fluctuation can be determined is shown in FIG. 3. The electronic circuit arrangement is further designed so that it generates a second voltage V, which is a predetermined (preferably adjustable) fraction of the rectified and smoothed voltage V while this rises to its maximum value P, and that while the voltage V in the course of the V / pus movement of the electrode decreases, largely maintains its maximum value P ¹ until all voltages are equal. The zero voltage difference is determined and used to reverse the slectrode movement. At the same time, the second voltage V is allowed to decrease to the predetermined fraction of the full voltage V at that moment, so that the process is repeated in the opposite direction during the next fluctuation, and so on. 3 shows a first rise in the second voltage V with an increase in the electrode spacing or

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der Spaltbreite bis zum Eintritt in den Schwankungsbereich H, der Anstieg der Spannung-V¹ während Schwankungen, in denen die Spaltbreite bis auf einen ersten Endpunkt E1· zunimmt und schließlich ihr Abfall an diesem Punkt bei der Umkehr der Elektrodenbewegung durch ausgezogene Linien dargestellt. Gestrichelte linien zeigen die ähnliche Änderung der zweiten Spannung V bei Schwankungen, bei denen die Spaltbreite bis zum zweiten Endpunkt Έ2 abnimmt.-Das Verhältnis der" Spannungen während des Anstiegs ist so gewählt, daß gewährleistet ist, daß der Schwankungsbereich H im optimalen Spaltbreitenbereich G liegt. Die ™ anfängliche Elektrodenbewegung beim Einschalten des Geräts kann von Hand gesteuert werden, um zu gewährleisten, daß sie in der ' richtigen Richtung erfolgt, um die Spaltbreite in den Schwankungsbereich H zu bringen, wodurch eine gegenseitige Berührung und ein Verschweißen der Elektroden sowie der Fall vermieden wird, daß die Spaltbreite von einer Anfangseinstellung aus ständig zunimmt, die größer als die dem zuerst erwähnten Endpunkt E1 entsprechende Spaltbreite ist. Es können jedoch Mittelvorgesehen sein, die diese anfängliche Einstellung selbsttätig steuern - z.B. durch Messen des Wertes eines Vorspannungss.ignals, das die Elektrodenlage bestimmt.the gap width up to entry into the fluctuation range H, the increase in voltage-V ¹ during fluctuations in which the gap width increases up to a first end point E1 · and finally its decrease at this point when the electrode movement is reversed is shown by solid lines. Dashed lines show the similar change in the second voltage V with fluctuations in which the gap width decreases up to the second end point Έ2 The initial electrode movement when the device is switched on can be controlled by hand to ensure that it is in the correct direction to bring the gap width into the range of variation H, thereby causing mutual contact and welding of the electrodes as well as the fall This prevents the gap width from constantly increasing from an initial setting which is greater than the gap width corresponding to the first-mentioned end point E1. However, means can be provided which control this initial setting automatically - e.g. by measuring the value of a bias signal which determines the electrode position.

k Sin Ausführungsbeispiel der Erfindung wird jetzt anhand der übrigen Figuren 4 und 5 beschrieben.k Sin embodiment of the invention will now be based on the remaining Figures 4 and 5 described.

Fig. 4 ist eine sqhematische Darstellung einer HF-Funken-Ionenquelle für ein Massenspektrometer mit einer die Elektroden in Schwingungen versetzenden Vorrichtung, die so ausgebildet ist, daß sie die Elektrodenlage selbsttätig durch elektrische Mittel nach der Erfindung regelt.Fig. 4 is a schematic diagram of an RF spark ion source for a mass spectrometer with a device which causes the electrodes to vibrate and is designed in such a way that that it regulates the electrode position automatically by electrical means according to the invention.

Fig. 5 ist die Vorderansicht einer Steuertafel einer praktischen Ausführung der in Fig. 4 gezeigten Regeleinrichtung.Fig. 5 is a front view of a control panel of a practical one Execution of the control device shown in FIG.

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BADORjQfNAL/BADORjQfNAL /

Die in Pig. 4 dargestellte Funken-Ionenquelle enthält eine Ionenkammer 30, in einem Gehäuse 32. }'»ie enthält ferner einen Vibrator-Motor 34'mit einer Spule 36 und einem Anker 38, der eine Elektrode 40 in Schwingungen versetzt bzw. zum Vibrieren bringt, deren Gegenelektrode 42 feststeht. Die Anordnung kann' ähnlich wie diejenige ausgebildet sein, die bereits beschrieben wurde und in Pig. 1 dargestellt ist.The one in Pig. The spark ion source shown in FIG. 4 contains an ion chamber 30, in a housing 32.} '»ie also contains one Vibrator motor 34 ′ with a coil 36 and an armature 38 which sets an electrode 40 in oscillation or for vibration brings, the counter electrode 42 is fixed. The arrangement can ' similar to that already described and in Pig. 1 is shown.

Mindestens eine der beiden Elektroden enthält eine Probe eines föaterials, das mit Hilfe des Massenspektrometer analysiert werden soll, in dem diese Funken-Ionenquelle enthalten ist. Zur Erzeugung der Ionen wird in einem Spalt 44 zwischen den beiden Elektroden 40 und 42 ein Funke gezündet. Eine der Elektroden (z.B. wie dargestellt die ruhende Elektrode 42) ist an eine Hochspannungsleitung 46 angeschlossen, über die die Spektrometer-Beschleunigungsspannung zugeführt wird, bei der es sich beispielsweise um 20 KV Gleichspannung handeln kann. Die andere Elektrode 40 ist mit der Hochspannungsleitung 46 über eine abgestimmte Sekundärwicklung 48 einer Tesla-Spule verbunden, über die an die Elektroden eine HF-Spannung mit beispielsweise 500 Kilohertz gelegt werden kann, die etwa 40000 bis 80000 Volt zur Erzeugung der ionenerzeugenden elektrischen Entladung haben kann.At least one of the two electrodes contains a sample of one fömaterials, which can be analyzed with the help of the mass spectrometer should, in which this spark ion source is contained. To the To generate the ions, a spark is ignited in a gap 44 between the two electrodes 40 and 42. One of the electrodes (e.g., as shown the resting electrode 42) is connected to a high voltage line 46 over which the spectrometer accelerating voltage is supplied, which can be, for example, 20 KV DC voltage. The other Electrode 40 is connected to high voltage line 46 via a matched secondary winding 48 of a Tesla coil which can be applied to the electrodes with an HF voltage of, for example, 500 kilohertz, which is around 40,000 to 80,000 volts to generate the ion-generating electrical discharge.

Die Vibrator-Spule 36 liegt an zwei Stromquellen. Die eine Stromquelle, deren Ausgangsspannung eine Frequenz von 50 Hertz haben kann," wird durch einen Transformator 50 gebildet, der aus dem y/echselstromnetz gespeist werden kann, um an ein Spannungsteilerpotentiometer RV2 eine geeignete Spannung zu legen und einen einstellbaren Bruchteil der Transformatorausgangssparmung über einen Konüensator C3 hoher Kapazität (etwa 7100 Mikrofarad) an die Vibrator-Spule zu legen." Der Kondensator verhindert, daß ein Gleichstrom aus der anderen Stromquelle in den Transformatorkreis fließt. Diese zweite Stromquelle ist eine Gleichstromquelle, die einen über eine weitere Sekundärwicklung des Trans-The vibrator coil 36 is connected to two power sources. The one power source whose output voltage can have a frequency of 50 Hertz, "is formed by a transformer 50 which consists of the y / echselstromnetz can be fed to a voltage divider potentiometer RV2 to put a suitable voltage and an adjustable fraction of the transformer output voltage over a C3 high capacity cone (about 7100 microfarads) to the Vibrator coil to place. "The capacitor prevents a direct current from the other power source in the transformer circuit flows. This second current source is a direct current source, which is connected via a further secondary winding of the transformer

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forinators 50 gespeisten Brückengleichrichter BR und einen Glättungskondensator C5 zwischen den Ausgangsklemmen des Brückengleichrichters enthalten kann.forinators 50 fed bridge rectifier BR and a smoothing capacitor C5 between the output terminals of the bridge rectifier may contain.

Der Vibrator 34 ist so ausgebildet, daß er, wenn ein Gleichstrom durch die Spule 36 geleitet wird, die bewegbare Elektrode 40 um einen definierten Betrag aus einer vorgegebenen Lage auslenkt, wobei der Betrag der Auslenkung von der Größe des Gleichstroms abhängt. Der oereits erwähnte Vibrator-I.lotor vom Typ Ling Altec V47 wirkt in dieser 'i'eise. Der Gleichstrom wird ψ der zweiten Stromquelle entnommen und ist in einer Weise steuerbar, die noch näher beschrieben wird. Die von aem durch die Vibrator-Spule fließenden Wechselstrom hervorgerufene iSlektrodenvibration erfolgt dann um eine mittlere Lage herum , die durch die Größe des Gleichstroms bestimmt wird. Die sich ändernde Größe des Slektrodenspalts 44 hat die oben erwähnten Vorteile. The vibrator 34 is designed such that, when a direct current is passed through the coil 36, it deflects the movable electrode 40 by a defined amount from a predetermined position, the amount of deflection depending on the magnitude of the direct current. The aforementioned Ling Altec V47 vibrator rotor works in this way. The DC is removed ψ of the second current source and is controlled in a manner which will be described in more detail. The alternating current caused by aem flowing through the vibrator coil then takes place around a central position which is determined by the magnitude of the direct current. The changing size of the slectrode gap 44 has the advantages mentioned above.

Die von der ruhenden Elektrode 42 zum Verbindungspunkt zwischen der Hochspannungsleitung 46 und der Tesla-Spule 48 führende Leitung 52 ist von einem Ferrit-Ring 54 umgeben, der den Magnetkern einer Meßspule S bildet, die mithin die Sekundärwicklung . eines Stromtransformators darstellt. Wenn eine HP-Entladung zwischen den Elektroden 40 und 42 stattfindet, wird in dieser Spule S eine Spannung induziert. Diese Spannung wird einer Einweg-Gleichriehtungs- und Glättungsschaltung zugeführt, die eine Diode D1, einen Kondensator C1 (mit etwa 20 Mikrofarad) und einen geeignet bemessenen Widerstand R1 enthält, die in der dargeutellten Weise miteinander verbunden sind. Außerdem liegt ein Widerstand R5 an der Meßspule S, der verhindert, daß während der durch die Diode D1 gesperrten negativen Halbwellen der Spulenausgangsspannung eine zu hohe Spannung entsteht.The line 52 leading from the resting electrode 42 to the connection point between the high-voltage line 46 and the Tesla coil 48 is surrounded by a ferrite ring 54 which forms the magnetic core of a measuring coil S, which is therefore the secondary winding. of a current transformer. When an HP discharge takes place between the electrodes 40 and 42, a voltage is induced in this coil S. This voltage is fed to a one-way rectifying and smoothing circuit which includes a diode D1, a capacitor C1 (approximately 20 microfarads) and an appropriately sized resistor R1 connected together as shown. In addition, a resistor R5 is connected to the measuring coil S, which prevents an excessively high voltage from developing during the negative half-waves of the coil output voltage blocked by the diode D1.

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Die an Widerstand ?J anliegende geglättete positive Spannung wird von einen: Trennverstärker AO verstärkt, und die verstärkte .Spannung V (Pig. 2 und 3) wird einem Eingang 11- eines Differenzverstärkers A1 zugeführt. Sie wird außerdem an ein V/iderstandspotentiometer RV1 gelegt. Die Verstärkung dieses Verstärkers ist (ir. Bereich von etwa 5:1) durch negative Rückführung eines Teils der Ausgan^sspar.nung über ein Potentiometer RV3 einstellbar. Ein einstellbarer -"ruchteil V (Fig. 3) der verstärkten geglätteten Spannung V wird am Potentiometer RV1 abgegriffen und über eine Diode 1)2 dem anderen Eingang 12 des Differenzverstärkers und dem einen Belag eines Kondensators C2 zugeführt, dessen anderer Belag über eine geerdete Leitung 56 mit der Keßspule S verbunden ist. Die Diode D2 ist so gepolt, daß, wenn die geglättete Spannung nach Erreichen eines Maximalwertes wieder abfällt und bewirkt, daß der zweite Kondensator C2 auf einen definierten Bruchteil jener Spannung geladen v/ird, der durch die Einstellung des Potentiometers RV1 bestimmt ist, die Spannung an diesem Kondensator solange beibehalten wird, bis ein Relaiskontakt RLA1, der der Diode D2 parallel geschaltet ist, geschlossen wird und ermöglicht, daß sich der Kondensator auf den definierten Bruchteil der vollen Spannung entlädt, die in diesem Augenblick ansteht. Dieser Relaiskontakt v/ird durch eine Relaisspule RLA betätigt, die durch eine positive Ausgangsspannung des Differenzverstärkers A1 erregt wird, wenn die Differenz zwischen den Spannungen an den Verstärkereingängen 11 und 12 nach einem Nulldurchgang etwas negativ wird. Das Potentiometer RV1 iot so eingestellt, daß die Punkte E1 und B2 (Fig. 3), an denen dies geschieht, im optimalen Spaltbreitenbereich G liegen. Der Verstärker A1 ist so geschaltet, daß sein Ausgangspotential negativ ist, wenn das Potential des Eingangs 11 positiver als das des Eingangs 12 ist. Wenn das Ausgangspotential in positiver Richtung ansteigt, löst es eine monostabile Kippschaltung MC aus, die daraufhin einige Sekunden lang ein positives Signal abgibt, das einen Transistor T3 durch-The smoothed positive voltage applied to resistor? J is amplified by an isolating amplifier AO, and the amplified voltage V (Pig. 2 and 3) is fed to an input 11- of a differential amplifier A1. It is also applied to a resistance potentiometer RV1. The gain of this amplifier can be adjusted (ir. Range of about 5: 1) by negative feedback of part of the output saving via a potentiometer RV3. An adjustable part V (Fig. 3) of the amplified smoothed voltage V is tapped at the potentiometer RV1 and fed via a diode 1) 2 to the other input 12 of the differential amplifier and to one layer of a capacitor C2, the other layer of which is fed via a grounded line 56 is connected to the Keßspule S. The polarity of the diode D2 is such that when the smoothed voltage drops again after reaching a maximum value and causes the second capacitor C2 to be charged to a defined fraction of the voltage determined by the setting of the potentiometer RV1 is determined, the voltage on this capacitor is maintained until a relay contact RLA1, which is connected in parallel with the diode D2, is closed and enables the capacitor to discharge to the defined fraction of the full voltage that is present at that moment This relay contact is actuated by a relay coil RLA, which is triggered by a positive output voltage of the Di Reference amplifier A1 is excited when the difference between the voltages at the amplifier inputs 11 and 12 after a zero crossing is somewhat negative. The potentiometer RV1 iot is set so that the points E1 and B2 (Fig. 3), at which this happens, lie in the optimal gap width range G. The amplifier A1 is connected in such a way that its output potential is negative when the potential of the input 11 is more positive than that of the input 12. When the output potential rises in a positive direction, it triggers a monostable multivibrator MC, which then emits a positive signal for a few seconds, which passes through a transistor T3.

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steuert, der den dem Relais RLA über einen Umschaltkontakt S1B eines gekoppelten Hand/Auto-Start-Schalters S1 zugeführten Strom steuert. Die Wirkungsweise dieses Schalters wird noch be-schrieben.which controls the relay RLA via a changeover contact S1B a coupled manual / auto-start switch S1 controls current supplied. The mode of operation of this switch will be explained later described.

Diese Peststellung der Endpunkte E1 und E2 der Schwankung H (Fig. 3) wird dazu verwendet, die Elektrodenbewegung mit Hilfe einer bistabilen Kippschaltung BC umzukehren, deren Eingang über Kondensatoren CC mit dem Ausgang der monostabilen Kippschaltung MC verbunden ist und die so ausgebildet ist, daß sie jedesmal vom einen in den anderen stabilen Zustand kippt, wenn das Verstärkerausgangssignäl positiv geworden ist, nachdem die Differenz der Eingangsspannungen durch Null gegangen und negativ geworden ist. Die bistabile Kippschaltung BC steuert zwei Transistoren T4 und T5 (wobei sich die Kontakte S1B in der dargestellten Stellung AUTO befinden), die so angeordnet sind, daß sie jedesmal den Strom von einer auf die andere von zwei Lampen L1 und L2 umschalten und die Polarität einer an einen Kondensator C4 über einen V/iderstand R4 gelegten Spannung umkehren, wenn die bistabile Kippschaltung ihren Zustand ändert.This position of the endpoints E1 and E2 of the fluctuation H (Fig. 3) is used to reverse the electrode movement with the aid of a flip-flop BC, the input of which via capacitors CC to the output of the monostable multivibrator MC is connected and which is designed so that it flips from one to the other stable state each time the amplifier output signal has become positive after the Difference in input voltages has gone through zero and become negative. The flip-flop BC controls two Transistors T4 and T5 (with contacts S1B in the AUTO position shown) arranged in such a way that that each time they switch the current from one to the other of two lamps L1 and L2 and the polarity one to one Invert capacitor C4 via a voltage applied to V / resistor R4 when the bistable multivibrator changes its state.

Der Betrag der Ladung dieses Kondensators C4 bestimmt die einem Eingang 13 eines Gleichsr.romverstärkers A2 zugeführte Spannung. Der Verstärkerausgang ist mit der Basis eines Transistors T1 verbunden, dessen Emitter mit der Basis eines zweiten Transistors T2 vom gleichen Leitfähigkeitstyp (npn) über einen weiteren Umschaltkontakt STA des gekoppelten Schalters in dessen AUTO-Stellung verbunden ist. Die Transistoren bilden jeweils eine Emitterfolgerstufe und eine Leistungsverstärkerstufe, von denen jene für eine hinreichende Stromverstärkung sorgt, um diese anzusteuern. Die Kollektoren dieser beiden Transistoren sind jeweils mit den Enden der Vibrator-Spule 36 verbunden. Der positive Pol des Brückengleichrichters, der etwa 10 Volt abgibt, ist mit dem Kollektor des ersten Transistors T1 verbunden. DerThe amount of charge on this capacitor C4 determines the voltage fed to an input 13 of a DC amplifier A2. The amplifier output is connected to the base of a transistor T1, the emitter of which is connected to the base of a second transistor T2 of the same conductivity type (npn) is connected via a further changeover contact STA of the coupled switch in its AUTO position. The transistors each form an emitter follower stage and a power amplifier stage, one of which provides sufficient current gain to drive it. The collectors of these two transistors are connected to the ends of the vibrator coil 36, respectively. The positive one Pole of the bridge rectifier, which delivers about 10 volts, is connected to the collector of the first transistor T1. Of the

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Emitter des zweiten Transistors T2 ist über einen Widerstand R3 (von etwa 1 Ohm) mit Erde E und einem zweiten Eingang 14 des Gleichstromverstärkers A2 verbunden, um eine negative , Rückführung (auch Rückkopplung genannt) zu bewirken und dadurch die Gesamtverstärkung dieser Verstärkeranordnung zu bestimmen.The emitter of the second transistor T2 is connected to earth E and a second input 14 via a resistor R3 (of approximately 1 ohm) of the DC amplifier A2 connected to cause a negative feedback (also called feedback) and thereby to determine the overall gain of this amplifier arrangement.

Die Schaltungsanordnung mit dem Gleichstromverstärker A2 und den Transistoren T1 und T2 ist so ausgelegt, daß die Kollektorstromstärke des Leistungsverstärkertransistors T2 (dieser Kollektorstrom entspricht dem durch die Vibrator-Spule 36 fliessenden Gleichstrom) vom Betrag der Spannung am ersten Verstärkereingang 13 abhängt. Die Zeitkonstante des im Eingangskreis liegenden RC-Gliedes R4-C4 ist so bemessen, daß sich die Stromstärke des Gleichstroms in der Vibrator-Spule nach einer Umpolung der Speisegleichspannung mit einer solchen Geschwindigkeit ändert, daß die verstellbare Elektrode θ eine geeignete Zeit lang, z.B. 10 Sekunden, ausgelenkt wird.The circuit arrangement with the DC amplifier A2 and the transistors T1 and T2 is designed so that the collector current of the power amplifier transistor T2 (this collector current corresponds to that flowing through the vibrator coil 36 Direct current) depends on the amount of voltage at the first amplifier input 13. The time constant of the in the input circuit lying RC element R4-C4 is dimensioned so that the current strength of the direct current in the vibrator coil after reversing the polarity of the DC supply voltage at such a speed changes so that the adjustable electrode θ is deflected for an appropriate time, e.g., 10 seconds.

Die gesamte Schaltungsanordnung bewirkt also, daß die mittlere lage der Elektrode 8 verhältnismäßig langsam hin und her schwankt, wie ea anhand von Pig. 3 beschrieben wurde, so daß der älektroden3palt automatisch innerhalb eines optimalen Bereichs bei den in Abhängigkeit von der Zeit gerade vorliegenden Bedingungen bleibt, wodurch einer Elektrodenerosion entgegengewirkt wird.The entire circuit arrangement has the effect that the central position of the electrode 8 fluctuates back and forth relatively slowly, like ea based on Pig. 3 so that the electrode gap automatically within an optimal range under the current conditions as a function of time remains, which counteracts electrode erosion.

Es ware zwar möglich, eine Schaltung zu schaffen, die selbsttätig die Anfancsrichtung der Jilektrodenbewegung bestimmt, wenn das Gerät eingeschaltet wird, und zwar durch Messen der Spunnung am Widerstand R4. Diese Schaltung könnte so ausgelegt sein, daß sie,wenn die Spannung am Widerstand R3 unter einem vorbestimmten Schwellwert liegt,' der einem sehr breiten'Spalt entspricht, ein Signal abgibt, das die bistabile Kippschaltung BC in denjenigen Zustand kippt, in dem der Eingangswiderstand R4 des VerstärkersIt would be possible to create a circuit that works automatically the initial direction of the electrode movement is determined if the device is switched on by measuring the voltage across resistor R4. This circuit could be designed so that they when the voltage across resistor R3 is below a predetermined Threshold value is 'which corresponds to a very wide' gap Outputs signal that the bistable multivibrator BC toggles into that state in which the input resistance R4 of the amplifier

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' 1\2 mit den positiven Pol des Brücken^leichrichters verbunden ist. Dadurch würde die Spannung an Kondensator C4 angehoben und infolgedessen der Elektrodenspalt abnehmen, so daß gewährleistet wäre, daß die bistabile Kippschaltung BC beim ersten Einschalten des Geräts nicht denjenigen Zustand einnimmt, der zur Folge hätte, daß die Ionenquelle nicht in Betrieb gesetzt werden kann.' 1 \ 2 is connected to the positive pole of the bridge ^ rectifier. This would increase the voltage on capacitor C4 and consequently decrease the electrode gap, so that it would be ensured that the bistable multivibrator BC does not assume that state when the device is first switched on which would result in the ion source not being able to be put into operation.

In der Praxis hat es sich jedoch als zweckmäßig erwiesen, die Anfangselektrodenbewegung von Hand zu steuern. Der Vielfachschalter S1 wird durch Federkraft in seiner mittleren Stellung (AUTO) gehalten, in der die Kontakte die inder Zeichnung dargestellte Lage einnehmen, so daß die Anordnung normalerweise auf selbsttätige Steuerung der Elektroder.bewegung eingestellt ist. Der Verstärker A2 verstellt zusammen mit den Transistoren T1 und T2 den durch die Vibrator-Spule 36 fließenden Gleichstrom proportional zur Spannung am Kondensator C4. Die i'/echselstromkomponente des durch die Spule 36 fließenden Stroms ist mit Hilfe des Vibrationsamplituden-rotentiorneters RV2 einstellbar. Der Betrag, um den die Ausgangsspar.nung von AO abnehmen muß, um den Zustand von A1 zu ändern, ist zwischen 5 $ und 50 i<> einstellbar und wird durch das Bereich-Potentiometer RVl eingestellt. In practice, however, it has been found to be useful to control the movement of the initial electrodes by hand. The multiple switch S1 is held by spring force in its middle position (AUTO), in which the contacts assume the position shown in the drawing, so that the arrangement is normally set to automatic control of the electrical movement. The amplifier A2, together with the transistors T1 and T2, adjusts the direct current flowing through the vibrator coil 36 in proportion to the voltage on the capacitor C4. The current component of the current flowing through the coil 36 can be set with the aid of the vibration amplitude rotary converter RV2. The amount by which the output saving of AO has to decrease in order to change the state of A1 is adjustable between 5 $ and 50 i <> and is set by the range potentiometer RV1.

Yt'enn die Betätigungstaste des Schalters S1 in ihrer START-Stellung gehalten wird, bleiben die Kontakte ,SlA, S1B und S1C in der gezeigten Lage, wogegen der Kontakt S1D geschlossen wird, so daß der Kondensator C4 schnell vom Brückengleichrichter BR über den Y/iderstand R4 aufgeladen wird. V/enn die Betätigungstaste in ihrer HAlID-Steilung gehalten wird, bleibt der Kontakt S1D geöffnet, wogegen die Kontakte S1A und S1B umschalten und sich der Kontakt S1C öffnet: Die V/echselstromkomponente wird erneut am Potentiometer RV2 eingestellt, aber die Gleichstromkomponente wird amYt'enn the actuation button of switch S1 in its START position is held, the contacts, SlA, S1B and S1C remain in the position shown, whereas the contact S1D is closed, so that the capacitor C4 is quickly charged by the bridge rectifier BR via the Y / resistor R4. V / enn the actuation button in their HAlID position is maintained, contact S1D remains open, whereas the contacts S1A and S1B switch over and the contact S1C opens: The alternating current component is again on the potentiometer RV2 is set, but the DC component is turned off on

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HAND-Potentiometer RV4 eingestellt, wobei der Transistor T2 die zur iStromwandlung erforderliche Spannung liefert.HAND potentiometer RV4 is set, with transistor T2 supplies the voltage required for current conversion.

In den Zuleitungen der Vibratorspule 36 liegt ein Umpolungsschalter S2, so daß die Richtung der Anfangsbewegung der Elektrode 40 von der Bedienungsperson wunschgemäß eingestellt werden kann. Dadurch läßt sich gewünschtenfalls die Aufstellung der ruhenden und bewegbaren Elektroden umkehren. Die Bedienungsperson verwendet die START-Steuerung dazu, die bewegbare Elektrode in eine solche Lage zu bringen, daß die automatische Steuereinrichtung die Steuerung übernehmen und sie in dem optimalen Spaltbreitenbereich halten kann.A polarity reversal switch is located in the supply lines of the vibrator coil 36 S2 so that the direction of initial movement of the electrode 40 can be set as desired by the operator can. This allows the installation of the stationary and movable electrodes. The operator uses the START control to bring the movable electrode into a position such that the automatic Control device take control and they in the optimal Can hold gap width range.

Bei einer praktischen Ausführung der beschriebenen Einrichtung ist die Schaltungsanordnung (mit Ausnahme der Meßspule S) in einem rechteckigen Metallgehäuse untergebracht, an dessen Frontplatte der ENTLADUNG-EMISSION-Indikator, die Potentiometerdrehknöpfe, die Anzeigelampen und die HAIID/AUTO/START-Schaltertaste angeordnet sind. Dies ist in Pig. 5 aargestellt, in der diese Teile mit denselben Bezugszeichen wie die entsprechenden Teile in Fig. 4 bezeichnet sind. Der NORMAL/UMKEHR-ttchalter S2 ist oben auf dem Gehäuse und ein NETZ-EIN/AUS-Schalter S3 an der Frontplatte angebracht. Eine Bedienungsperson kann daher den Betriebsbeginn uer Funken-Ionenquelle leicht überwachen und die Funken-Ionenquelle leicht mit Hilfe des ENTLADUNG/ EMISSION-Indikators von Hand fernsteuern, um die Wirkung der Elektrodenbewegung zu bestimmen und den Elektrodenspalt optimal einzustellen. Die Bedienungsperson kann ferner den Betrieb der automatischen Steuerung an dem Indikator beobachten.In a practical embodiment of the device described, the circuit arrangement (with the exception of the measuring coil S) is in housed in a rectangular metal housing, on the front panel of which the DISCHARGE-EMISSION indicator, the potentiometer knobs, the indicator lights and the HAIID / AUTO / START switch button are arranged. This is in Pig. 5, in which these parts have the same reference numerals as the corresponding parts are designated in FIG. The NORMAL / REVERSE switch is S2 on top of the housing and a POWER ON / OFF switch S3 on the Front panel attached. An operator can therefore easily monitor the start of operation of the spark ion source and Easily remote-control the spark ion source by hand using the DISCHARGE / EMISSION indicator to check the effect of the electrode movement to determine and optimally set the electrode gap. The operator can also control the operation of the automatic Observe the control on the indicator.

Das beschriebene Gerät ist also sehr vielseitig, kann mit oder ohne Vibrator-Motor betrieben und zur automatischen Optiinisierung des Elektrodenspalts, selbst wenn eine der Elektroden vibriert, der Elektroden einer Funken-Ionenquelle in einem Massenspektrometer verwendet werden.The device described is therefore very versatile, can be operated with or without a vibrator motor and for automatic optimization of the electrode gap, even if one of the electrodes vibrates, of the electrodes of a spark ion source in a mass spectrometer be used.

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Anstelle der beschriebenen Vibrator-Spule kann auch eine andere "Vorrichtung, z.B. eine Kockenvorrichtung oder eine andere mechanische Vorrichtung, dazu verwendet werden, mindestens eine der Elektroden vibrieren oder schwingen zu lassen. Ferner kann das Vibrieren mindestens einer der Elektroden mit einer Drehbewegung dieser oder einer anderen Elektrode kombiniert werden. So kann eine scheibenförmige Probenelektrode gedreht werden und eine Gegenelektrode relativ zur Oberfläche der Probenelektrode vibrieren. Diese Anordnung ist besonders vorteilhaft, wenn die Probenelektrode aus einem pulverförmigen Material hergestellt fe werden muß, weil sich Scheiben leichter als Stäbe aus pulverfnrmigem Material pressen lassen.Instead of the vibrator coil described, a different one can also be used "Device, e.g., a cam device or other mechanical Device, can be used to vibrate or oscillate at least one of the electrodes. Furthermore can the vibration of at least one of the electrodes can be combined with a rotary movement of this or another electrode. In this way, a disk-shaped sample electrode can be rotated and vibrate a counter electrode relative to the surface of the sample electrode. This arrangement is particularly advantageous when the Sample electrode made from a powdery material must be because discs are lighter than rods made of powdery Let the material press.

Die Lage der ivießspule S ist nicht auf die erwähnte beschränkt. Die Spule kann auch an einer anderen Stelle angebracht werden, an der sich ein Signal mit hinreichender Stärke und geeigneter Form ergibt. Bei einem HF-Signal genügt es, die Meßspule an einer entfernteren Stelle als bei einem intermittierenden Gleichsignal im Falle einer anderen Art von Funken-Iosenquelle anzuordnen, weil der von der Meßspule zu messende Strom nicht der HF-Strom , sondern der durch die Vibration herrührende Strom ist. Im Falle der beschriebenen HF-Funken-Ionenquelle könnte der Kern der Meßspule S auch um die Leitung 60 herum angeordnet w werden, die von der Hochgleichspannungsleitung 46 zur Tesla-Spule führt, doch ist die dargestellte Meßstelle bei diesem speziellen Gerät und dieser speziellen Art und Größe der Meßspule der zweckmäßigste.The position of the spool S is not limited to the above. The coil can also be placed elsewhere where a signal of sufficient strength and suitable shape is obtained. In the case of an HF signal, it is sufficient to arrange the measuring coil at a more distant point than in the case of an intermittent direct signal in the case of a different type of spark source, because the current to be measured by the measuring coil is not the HF current, but the one resulting from the vibration Electricity is. In the case of the described RF spark ion source could w also be arranged, the core of the measuring coil S to line 60 around which leads from the high DC voltage line 46 to the Tesla coil, but the measurement point illustrated in this particular device and this particular type, and Size of the measuring coil the most appropriate.

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Claims (18)

PatentansprücheClaims Steuervorrichtung für die Punkenionenquelle eines Massenspektrometer^, deren Ionenquelle eine Vorrichtung zum Einstellen der relativen Lage der beiden darin befindlichen Elektroden und zum In-Schwingung-Versetzen mindestens einer dieser Elektroden enthält, zwischen denen ein ionenerzeugender Entladungsstrom in einem Spalt ausgelöst werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelwert dieses Stromes auf einen Maximalwert ansteigt und wieder abnimmt, während der Mittelwert der Spaltbreite in einem optimalen Bereich durch Einstellen der relativen Lage geändert wird, und daß die Steuervorrichtung eine ein geglättetes elektrisches Signal, das den Mittelwert dieses Stroms darstellt, aus diesem Entladestrom ableitende Vorrichtung und eine aus diesem Signal eine optimale Einstellung der relativen Lage zur Bildung einer in diesem optimalen Bereich liegenden Spaltbreite bestimmende Vorrichtung enthält. Control device for the point ion source of a mass spectrometer ^, whose ion source has a device for adjusting the relative position of the two electrodes located therein and includes at least one of said electrodes for vibrating, between which an ion-generating discharge current can be triggered in a gap, thereby characterized in that the mean value of this current rises to a maximum value and decreases again during the Average value of the gap width in an optimal range by adjusting the relative position is changed, and that the control device one is a smoothed electrical signal that represents the mean value of this current from this discharge current deriving device and an optimal setting of the relative position from this signal to form an optimal one in this Contains area lying gap width determining device. 2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Ableitung des geglätteten elektrischen Signals eine elektromagnetische Meßvorrichtung (54, S), die ein Wechselsignal aus diesem Strom erzeugt, wenn es sich um einen intermittierenden Strom oder einen Wechselstrom handelt, und eine dieses Wechselsignal gleichrichtende und glättende Vorrichtung (D1, Cl, R1) enthält.2. Control device according to claim 1, characterized in that that the device for deriving the smoothed electrical signal is an electromagnetic measuring device (54, S), which generates an alternating signal from this current if it is an intermittent current or acts an alternating current, and contains this alternating signal rectifying and smoothing device (D1, Cl, R1). 3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine die Einstellung durch elektrische Fernsteuerung der lage mindestens einer (40) der Elektroden (42, 40) bewirkende Vorrichtung enthält.3. Control device according to claim 1 or 2, characterized characterized as having a setting through electrical remote control of the location of at least one (40) of the Contains electrodes (42, 40) effecting device. 909845/1438909845/1438 4. Steuervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vibrierende Vorrichtung (34) die Lage der durch sie in Schwingungen versetzten Elektrode (40) in Abhängigkeit von einem Signal der Fernsteuervorrichtung einstellt. 4. Control device according to claim 3, characterized in that that the vibrating device (34) adjusts the position of the electrode (40) which it causes to vibrate adjusts in response to a signal from the remote control device. 5. Steuervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die vibrierende Vorrichtung (34) auch auf einen Gleichstrom anspricht, der einem die Vibration bewirkenden Wechselstrom überlagert ist.5. Control device according to claim 4, characterized in that the vibrating device (34) also responds to a direct current superimposed on an alternating current causing the vibration. 6. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine das geglättete elektrische Signal derart anzeigende Vorrichtung (VM) enthält, daß die Anzeige durch eine Bedienungsperson überwacht werden kann.6. Control device according to one of the preceding claims, characterized in that it has a the includes a smoothed electrical signal indicating device (VM) such that the display is monitored by an operator can be. 7. Steuervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine von Hand zu betätigende Steuervorrichtung enthält, die der Bedienungsperson ermöglicht, die Einstellung durch Betätigen der Pernsteuervorriehtung zu bewirken.7. Control device according to claim 6, characterized in that that it contains a manually operated control device which enables the operator to to effect the setting by actuating the Pernsteuervorriehtung. 8. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 3-6, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Steuerschaltung zum Überwachen des geglätteten elektrischen Signals und zur selbsttätigen Einstellung über die Pernsteuervorrichtung enthält.8. Control device according to one of claims 3-6, characterized in that it is a control circuit for monitoring the smoothed electrical signal and for automatic adjustment via the personal control device contains. . . 9. Steuervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Ableitung des geglätteten elektrischen Signals so ausgebildet ist, daß sie dieses Signals als unidirektionale Spannung erzeugt und daß die Steuerschaltung eine Vorrichtung, die aus dieser ersten Spannung9. Control device according to claim 8, characterized in that the device for deriving the smoothed electrical signal is designed so that it generates this signal as a unidirectional voltage and that the Control circuit a device that consists of this first voltage 909845/U38909845 / U38 eine zweite Spannung ableitet, die ein vorbestimmter· Bruchteil der ersten Spannung ist, wenn die erste Spannung auf denjenigen Wert ansteigt, der dem Maximalstrom entspricht, eine diese zweite Spannung beim anschließenden Abfallen der ersten Spannung weitgehend konstant haltende Vorrichtung, eine diese beiden Spannungen vergleichende und dann ein Signal erzeugende Vorrichtung, wenn die erste Spannung auf den konstant gehaltenen Wert der zweiten Spannung abgefallen ist, eine auf dieses Signal ansprechende Vorrichtung, die eine Umkehr der Änderung der Spaltbreite bewirkt, und eine auf dieses Signal ansprechende Vorrichtung enthält, die bewirkt, daß die zweite Spannung auf diesen vorbestimmten Bruchteil der ersten Spannung in diesem Augenblick abfällt, wodurch sich die Spaltbreite zyklisch in einen durch diesen vorbestimmten Bruchteil bestimmten Bereich ändert.derives a second voltage which is a predetermined fraction of the first voltage when the first voltage is on that Value increases, which corresponds to the maximum current, one of these Device keeping the second voltage largely constant when the first voltage subsequently drops, one of these two Device comparing voltages and then generating a signal, when the first voltage has dropped to the constant value of the second voltage, one on this signal responsive device that reverses the change in gap width and one responsive to this signal Contains device which causes the second tension to be reduced to this predetermined fraction of the first tension in this Instantly drops, whereby the gap width cyclically in a range determined by this predetermined fraction changes. 10. Steuervorrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die die zweite Spannung ableitende Vorrichtung zum Einstellen des vorbestimmten Bruchteils einstellbar ist.10. Control device according to claim 9 »characterized in that the second voltage dissipating Device for setting the predetermined fraction is adjustable. 11. Steuervorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn zeichnet, daß sie ein RC-Glied (R4, C4) enthält, dessen Zeitkonstante so bemessen ist, daß die Änderung der Spaltbreite mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit erfolgt, und daß die die Umkehr dieser Änderung bewirkende Vorrichtung so ausgebildet ist, daß sie eine Umpolung der Polarität der diesem RC-Glied zugeführten Gleichspannung bewirkt.11. Control device according to claim 9 or 10, characterized marked that it contains an RC element (R4, C4) whose time constant is dimensioned so that the change in the Gap width takes place at a predetermined speed, and that the reversal of this change causing device so is designed that it effects a polarity reversal of the DC voltage fed to this RC element. 12. Verfahren zur Steuerung einer Funkenionenquelle eines Massenspektrometers, bei dem mindestens eine der beiden Elektroden in der Ionenquelle in Schwingungen oder Vibrationen versetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der die Ionen erzeugende Entladestrom in dem Spalt zwischen den12. A method for controlling a spark ion source of a mass spectrometer, in which at least one of the two electrodes in the ion source is set in oscillations or vibrations is, characterized in that the discharge current generating the ions in the gap between the 9098A5/1A3 8-9098A5 / 1A3 8- beiden Elektroden derart gesteuert wird, daß der Mittelwert des Stroms auf einen Maximalwert ansteigt und wieder abfällt, wenn ·-. der Mittelwert der Spaltbreite in einem optimalen Bereich durch Einstellen der relativen Lage der Elektroden geändert ,wird, daß aus dem Entladestrom ein geglättetes elektrisches Signal abgeleitet wird, das den Mittelwert dieses Stroms darstellt, und daß aus diesem Signal eine optimale Einstellung dieser Lage ermittelt wird, um eine in dem optimalen Bereich liegende Spaltbreite zu schaffen. two electrodes is controlled so that the mean value of the Current rises to a maximum value and falls again when · -. the mean value of the gap width is changed in an optimal range by adjusting the relative position of the electrodes, that a smoothed electrical signal is derived from the discharge current which represents the mean value of this current, and that from this signal an optimal setting of this position is determined in order to create a gap width lying in the optimal range. 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Entladestrom ein intermittierender Strom oder ein Wechselstrom ist und zur Bildung eines Wechselsignals elektromagnetisch gemessen wird, und daß dieses Wechselsignal zur Bildung des geglätteten elektrischen Signals gleichgerichtet und geglättet wird.13. The method according to claim 12, characterized in that the discharge current is intermittent Current or an alternating current is and is measured electromagnetically to form an alternating signal, and that this alternating signal is rectified and smoothed to form the smoothed electrical signal. 14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, d ad u r eh gekennzeichnet, daß die Einstellung durch elektrische Fernsteuerung der Lage mindestens einer der Elektroden erfolgt.14. The method according to claim 12 or 13, d ad u r eh characterized in that the setting by electrical Remote control of the location of at least one of the electrodes takes place. 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 - 14, d a d u r -o h ' gekennzeichnet, daß die Einstellung durch eine Bedienungsperson erfolgt, die eine Anzeige des geglätteten elektrischen Signals überwacht.15. The method according to any one of claims 12-14, d a d u r -o h 'indicated that the setting is indicated by a Operator takes place monitoring an indication of the smoothed electrical signal. 16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung selbsttätig mit Hilfe einer das geglättete elektrische Signal überwachenden Steuerschaltung erfolgt.16. The method according to claim 14, characterized in that the setting is automatic with the help of a the smoothed electrical signal monitoring control circuit takes place. ' -'- ■-■.-■■-.:■. BADDRfGiNAL'-'- ■ - ■ .- ■■ - .: ■. BADDRfGiNAL 909845/1438909845/1438 17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch g e "k e η η -ζ ei c h η e t, daß die mittlere Spaltbreite zyklisch in einem Bereich geändert wird, der in dem optimalen Bereich liegt und diejenige Spaltbreite umfaßt, bei der der maximale Strom auftritt.17. The method according to claim 16, characterized in that the mean gap width is cyclic in one Range is changed which is in the optimum range and includes the gap width at which the maximum current occurs. 18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das geglättete elektrische Signal inForm einer unidirektionalen Spannung gebildet wird und die Endpunkte des Bereichs, in dem die Spaltbreite zyklisch geändert wird, dadurch bestimmt werden, daß der Augenblick überwacht wird, in dem diese Spannung auf einen vorbestimmten Bruchteil desjenigen Wertes abgefallen ist, den sie beim Auftreten des Maximalstroms hat.18. The method according to claim 17, characterized in that the smoothed electrical signal is formed in the form of a unidirectional voltage and the end points of the region in which the gap width changes cyclically will be determined by monitoring the instant in which this voltage has dropped to a predetermined fraction of the value that it was when the Has maximum current. 19· Verfahren nach Anspruch 18, dadurch ge ken n -zeichnet, daß der Bereich, in dem die- Spaltbreite zyklisch geändert wird, durch Einstellen dieses vorbestimmten Bruchteils eingestellt wird.19. Method according to claim 18, characterized in that the area in which the gap width is changed cyclically is set by setting this predetermined fraction. 9Θ9845/1438 original inspected9Θ9845 / 1438 originally inspected -Zl-Le ers e ί te -Zl- Empty ί te