DE3332949A1 - Vorrichtung zur einstellung von spaltweiten bei spektrometern - Google Patents

Vorrichtung zur einstellung von spaltweiten bei spektrometern

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Description

MEISSNER'^ BOLTE " -
"- 33379Λ9
Patentanwälte ■ Furegean Patent-Attorneys ..""..' Bremen* - München*·
Meissner & Bolte, Hollerallee 73. D-2800 Bremen 1 " Hans Meissner - Dipl.-Ing. (bis 1980)·
Erich Bolte · Dipl.-Ing.* RaIfM. Kern Dipl.-Ing.·* ■i j . Df- Eugen Popp · Dipl.-Ing., Dipl.-Wirtsch.-Ing.**
Annie ι der: WolfE Sajda.Dipi.-Phys.··
FIMNIGAN MAT GmbH Dr.Tamv. Bülow Dipl.-Ing., Dipl.-Wirtsch.-Ing.**
Barkhausenstr. 2 büro/officeBremen
Hollerallee 73 2800 Bremen 14 D-2800 Bremen l
Telefon: (0421) 34 2019 Telegramme: PATMEIS BREMEN Telex: 246 157 meibod
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MAT-83-DE
18. Aug. 1983/3814
Vorrichtung zur Einstellung von Spaltweiten bei Spektrometern
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Einstellung der Spaltweiten von Spalteinrichtungen im Strahlengang von Spektrometern, insbesondere Massenspektrometern zum Analysieren organischer bzw. anorganischer Substanzen mit durch elektrische Energie betriebenen Längenänderungselementen.
Es ist eine Vorrichtung dieser Art bekannt (DE-PS 18 12 62S)3 mit der die Spaltweite von einstellbaren Spaltblenden in Massenspektrometern eingestellt werden kann. Die Änderung der Spaltbreite selbst erfolgt dort über einen Draht, der sich unter Einfluß eines durch ihn hin
durchfließenden Stromes erwärmt und ausdehnt, so daß mit dem Draht verbundene Spalt- bzw. Blendeinrichtungen relativ zum Strahlungsgang des Massenspektrometers hin und her bewegt werden, um ihn auf gewünschte Weise zu verkleinern bzw. zu vergrößern.
Diese für verschiedene Betriebsbedingungen bei der Messung im Massenspektrometer notwendigen Änderung der Spaltweiten von Spalteinrichtungen haben ihren Grund im wesentlichen darin, daß die beiden wesentlichen Parameter des Massenspektrometers, nämlich das Auflösungsvermögen R und die Empfindlichkeit S in einer solchen Beziehung zueinander stehen, daß eine Erhöhung des Auflösungsvermögens R im allgemeinen mit einer Verringerung de Empfindlichkeit S verbunden ist. Daraus ergibt sich, daß die Auflösung des Massenspektrometers jeweils nur so hoch gewählt wird, wie es das spezielle Meßproblem erfordert, um eine maximale Empfindlichkeit zu erreichen. Soll beispielsweise im Zuge einer besonderen Unter suchungsmethode bei Durchführung eines Massenscans die Spaltbreite kontinuierlich oder stufenweise verändert werden, so ist es unbedingt erforderlich, daß die Spalteinrichtungen trägheitslos, das heißt ohne Zeitverzögerung einstellbar sind, da es nur dadurch möglich ist, die Peakbreite während des Massenscans einer gewählten Scan funktion anzupassen.
Der wesentliche Nachteil der bekannten Vorrichtung liegt darin, daß, bedingt durch den Einsatz von Längenände rungselementen aus stromdurchflossenen Drähten, eine Spaltweitenänderung der Spalteinrichtung nur mit Zeitverzögerung erfolgt, da der Draht sich nach Stromänderung zunächst erwärmen bzw. abkühlen muß, so daß sich erst im Laufe dieser beträchtliche Zeiten beanspruchende
Längenausdehnung oder Längenverkürzung die damit verbun-
denen Spalteinrichtungen verschieben.
Für Messungen, die während des Meßvorgangs eine kontinuierliche und zeitlich genau vorbestimmbare definierte Spaltweitenänderung erfordern, ist die bekannte Vorrichtung nur unzureichend geeignet. Darüberhinaus ist der mechanische Aufbau der bekannten Vorrichtung zur Einstellung der Spaltweiten der Spalteinrichtung sowie deren elektronische Ansteuerung sehr aufwendig, was einerseits dazu fuhrt, daß die Grundkosten hoch sind und sie andererseits reparaturanfällig macht.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der die Spaltweiten der Spalteinrichtung verzögerungsfrei und sehr genau eingestellt werden können, so daß auch Spaltweiten während des Messens entsprechend der gewählten Scanfunktion präzise veränderbar sind, wobei jedoch gleichzeitig ein sehr einfacher und wirksamer Grundaufbau zu einer kostengünstigen und sehr betriebssicheren Vorrichtung führt.
Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß die Vorrichtung wenigstens eine bewegbare Spaltbacke aufweist., die durch ein piezoelektrisches Element im wesentlichen senkrecht zum Strahlengang verzögerungsfrei hin und her bewegbar ist.
Die hier anstelle der bisher verwendeten Längenänderungselemente in Form von stromdurchflossenen Drähten verwendeten piezoelektrischen Elemente zeigen die Eigenschafts, daß sie eine relative Längenänderung, wenn eine Gleichspannung an ihre Elektroden angelegt wird, vollführen. Bei als Biegeelementen ausgebildeten piezoelektrischen Elementen können dabei Auslenkungen A x/1 in
der Größenordnung von 10~6 V ~* erzielt werden, wobei 1 eine bestimmte charakterische Länge des piezoelektrischen Elements ist und Δ χ die größtmöglichste Auslenkung beiangelegter Spannung vom Grundzustand aus ohne angelegte Spannung.
Das piezoelektrische Element ist dabei auf geeignete Weise mit der Spalteinrichtung verbunden, so daß es sich bei entsprechend groß angelegter Spannung biegt und so mit den Spalt im Strahlengang vergrößert oder verklei nert. Vorzugsweise ist eine zweite bewegbare Spaltbacke vorgesehen, die ebenfalls durch ein piezoelektrisches Element im wesentlichen senkrecht zum Strahlengang hin und her bewegbar ist. Durch eine derartige Ausbildung kann erreicht werden, daß die Spaltbacken der Spalteinrichtung in Abhängigkeit von der an das piezoelektrische Element angelegten Spannung nicht nur aufeinander zu und voneinander wegbewegt werden können, sondern ebenfalls unter Belassung einer kostanten Spaltweite hin und her bewegt werden können, um so einen bestimmten Sektor des Strahls herauszugreifen, der zu den Detektoreinrichtungen oder dergleichen durchgelassen werden soll. Durch das Anlegen unsymmetrischer Spannungen werden also die Bewegungsamplituden der piezoelektrischen Elemente unab hängig voneinander eingestellt.
Darüber hinaus eignet sich die unabhängige Einstellbarkeit der Bewegungsamplituden der piezoelektrischen Elemente sowie ihre unabhängige Einstellbarkeit untereinander vorzugsweise dazu, eine Spaltmitteneinstellung zu erreichen, so daß entsprechende mechanische Justiereinrichtungen vollkommen entfallen können, wodurch der Aufbau der Vorrichtung besonders einfach wird.
Insbesondere dann, wenn in einem Sektorfeid-Massenspek-
trometer eine sehr hohe Auflösung erreicht werden soll (R größer als 5000) ist es erforderlich, den Spalt um den Ionenstrahl zu kippen bzw. zu verdrehen. Vorzugsweise geschieht das dadurch, daß die Spaltbacken um die Strahl engangachse durch eine piezoelektrisches Element verdrehbar sind. Die vergleichbaren mechanischen Einrichtungen zum Verdrehen der Spaltbacken sind sehr aufwendig, da der mechanische Aufbau und die Steuerung zur Betätigung der Drehbewegung sehr präzise gestaltet sein muß«,
Von besonderem Vorteil bei der Vorrichtung ist, daß die Bewegungsamplituden der die Spaltbacken bewegenden piezoelektrischen Elemente durch ein Datensystem steuerbar sind, so daß der programmierte Steueralgorithmus unmittelbar in Bewegungsänderungen umgesetzt werden kann, so daß mechanisch oder elektrisch bedingte Verzögerungen, wie bei der bekannten Vorrichtung vollkommen entfallen. Darüber hinaus kann mit dem Datensystem nach vorheriger üblicher Vorjustierung eine Feinjustierung sowohl der Spaltmitte als auch des Drehwinkels Alpha ferngesteuert vorgenommen werden, wodurch die Bedienbarkeit wesentlich verbessert wird.
Die Vorrichtung selbst weist vorzugsweise eine Montageplatte mit einer öffnung zum Durchlaß des Strahls auf und umfaßt von der Montageplatte im wesentlichen senkrecht abstehend die piezoelektrischen Elemente aufnehmende Trägerplatten, wobei die Trägerplatten an ihren von der Montageplatte wegweisenden Enden mit Spaltbacken versehen sind, die mit ihren spaltbildenden Endteilen im wesentlichen senkrecht zur Achse des durch den Spalt hindurchgehenden Strahlungsgangs in diesen hineinragen.
Eine derartig ausgestaltete Vorrichtung kann an beliebige geeignete Stellen in den Strahlengang von Analysier-
einrichtungen, insbesondere Massenspektrometern eingebracht werden, um dort als von außen steuerbare Spaltoder Blendeinrichtung zu dienen.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist unterhalb der Montageplatte eine axial relativ zu ihr verdrehbare zweite Montageplatte mit einer Öffnung zum Durchlaß des Strahls angeordnet, die an einem von der öffnung abgesetzten Bereich einen Anschlag aufnimmt, an dem die das piezoelektrische Element aufnehmende Trägerplatte zur Verdrehung der Spaltbarkeit anliegt, wobei die Trägerplatte mit ihrem vom Anschlag wegweisenden Ende an der ersten Montageplatte befestigt ist. Die für ein hohes Auflösungsvermögen des Massenspektrometers bei bestimmten Untersuchungen erforderliche Verdrehung des Spalts kann durch die so gestaltete vorteilhaft einfache Ausführung der Vorrichtung erreicht werden, wobei auch diese Kipp- bzw. Verdrehbewegung des Spalts von außen steuerbar ist.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Massenspektrometer zur Analyse organischer und anorganischer Substanzen, das eine Ionenquelle, ein magnetisches Sektorfeld, einen Ionendetektor sowie in der Spaltbreite einstell bare Quellen- und Detektorspalteinrichtungen umfaßt.
Von großem Nachteil bei den bisherigen Massenspektrometern dieser Art ist, daß die Spalteinrichtungen, wie beispielsweise Quellen- und Detektorspalteinrichtungen nicht unmittelbar auf Steuersignal änderungen, zu Änderung ihrer Spaltweiten reagierten, sondern erst um eine bestimmte Zeit verzögert. Derartig zeitverzögert steuerbare Spalteinrichtungen eignen sich nur bedingt für den Einsatz in Meßbetriebsabl äufen, die meßfunktionsgesteu erte kontinuierliche und unverzögert einstellbare Spalt-
einrichtungen erfordern.
Aufgabe dieser Erfindung ist es, diese Nachteile zu überwinden.
5
Gelöst wird diese Aufgabe der Erfindung dadurch, daß die Spalteinrichtungen durch eine mit piezoelektrischen Elementen versehene Vorrichtung vorzögerungsfrei einstellbar sind. Vorzugsweise können nicht nur die eigentliehen Quellen- und Detektorspalteinrichtungen verzögerungsfrei eingestellt werden, sondern ebenfalls im Strahlengang angeordnete sonstige Blendeinrichtungen, deren Blendweite durch analog ausgebildete, mit piezoelektrischen Elementen versehene Vorrichtungen veränderbar sind.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Vorrichtung und des Massenspektrometer ergeben sich aus den Unteransprüchen.
20
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die nachfolgenden schematischen Zeichnungen anhand eines Ausführungsbeispieles eingehend beschrieben. Darin zeigen:
Fig. 1 den schematischen Aufbau einer Analysieranordnung in Form eines Massenspektrometer mit einer Quellenspalteinrichtung und einer Detektorspalteinrichtung,
Fig. 2 den schematischen Aufbau eines piezoelektrischen Elements mit Trägerplatte im Schnitt,
Fig. 3 eine Seitenansicht der Vorrichtung im Schnitt,
Fig. 4 die Draufsicht auf die in Fig. 3 dargestellte Vorrichtung,
Fig. 5 eine Vorrichtung, die im wesentlichen der Vorrichtung von Fig. 3 entspricht, jedoch mit zusätzlichen Einrichtungen zur Ausführung einer Verdrehbewegung des Spalts im Schnitt, 5
Fig. 6 die Draufsicht auf die in Fig. 5 dargestellte Vorrichtung,
Fig. 7 eine andere Ausführungsform der Vorrichtung im Schnitt,
Fig. 8 die Draufsicht auf die in Fig. 7 dargestellte Vorrichtung und
Fig. 9 ein Blockschaltbild zur Steuerung der Vorrichtung mit einem Datensystems über Verstärkereinrichtungen.
Ein Massenspektrometer 10 umfaßt im wesentlichen eine mit Fokussiereinrichtungen versehene Ionenquelle 56, eine Quellenspalteinrichtung 11, einen magnetischen Sektor 57, eine Detektorspalteinrichtung 11 und einen Detektor 58, wobei alle diese Komponenenten im wesentlichen auf der Strahlengangachse 17 des Ionenstrahls hintereinander angeordnet sind.
Die die Spalteinrichtung bildende Vorrichtung 11 besteht im wesentlichen aus einer Montageplatte 25, die mit einer im wesentliche vertikal zur Montageplatteebene verlaufenden Öffnung 26 zum Durchlaß des Strahls versehen ist, wobei von der Montageplatte 11 im wesentlichen senkrecht abstehende Trägerplatten 27, 28 angeordnet sind. Die Trägerplatten 27, 28 sind über Befestigungsmittel, beispielsweise Schrauben 29, an an der Mon- tageplatte ausgebildeten Stegen oder dergleichen befe-
stigt. Die Trägerplatten 27, 28 sind an ihren von der Montageplatte 25 wegweisenden Enden 30 mit den den eigentlichen den Spalt bildenden Spaltbacken 12, 13 versehen, die mit ihren Endteilen 31, 32 im wesentlichen senkrecht zur Achse 17 des durch den Spalt 33 hindurchgehenden Strahlengangs 16 ausgerichtet sind und in diesen hineinragen. Die beiden Spaltbacken 12, 13 sind an den Enden 34, 35 der Trägerplatten 27, 28 mit Befestigungsmitteln 29, beispielsweise Schrauben befestigt.
Die Trägerplatten 27, 28, die aus einem metallischen Werkstoff, beispielsweise aus nichtrostendem Stahl, bestehen können, bilden zusammen mit einer auf ihr angebrachten piezoelektrischen Keramik die jeweiligen piezoelektrischen Elemente 14, 15, wobei die Elektroden der jeweiligen piezoelektrischen Elemente 14, 15 einmal durch die jeweilige Trägerplatte 27, 28 gebildet werden und zum anderen durch jeweils auf die Piezokeramik aufgedampfte Metall elektroden, die im wesentlichen parallel den jeweiligen Trägerplatten 27, 28 gegenüberliegt.
Entsprechend der Darstellung von Fig. 2 vollführt das piezoelektrische Element 14, 15 eine Wegänderung um Δ χ, vienn an seine beiden Elektroden eine Gleichspannung angelegt wird. Die Auslenkungen Δ x/1 liegen in der Größenordnung von 10~6 V ~1, wobei die maximale Betriebsspannung dieser Elemente bei ca. 1000 V, liegt.
Die in den Figuren 7 und 8 dargestellte Vorrichtung 11 weist im wesentlichen einen gleichen Aufbau wie die vorangehend dargestellte Vorrichtung auf, sie unterscheidet sich jedoch von der vorangehend dargestellten dadurch, daß die Trägerplatten 27, 28 mit ihren von der Montageplatte 25 wegweisenden Enden 30 mit den Rückseiten 34, 35 der Spaltbacken 12, 13 in Berührung stehen, wobei die Spaltbacken 12, 13 mit ihren spaltbildenden Endteilen
31, 32 im wesentlichen senkrecht zur Achse des durch den Spalt 33 hindurchgehenden Strahlengangs 16 ausgerichtet sind und in diesen hineinragen. Dabei werden die Spaltbacken 12, 13 in dieser Position durch an ihnen befe- stigte, im wesentlichen parallel zu den Trägerplatten 27, 28 verlaufende Blattfedereinrichtungen 36, 37 gehalten, die an ihren den Spaltbacken 12, 13 entgegensetzte Enden 38, 39 an einem Träger 40 befestigt sind, der auf der Montageplatte 35 an einem von der öffnung 26 abge setzten Bereich 44 befestigt ist. Die Blattfedereinrich tungen 36, 37 bilden dabei ein Federparallelogramm, dessen Federkraft die Spaltbacken in einer vorbestimmten Grundstellung hält. Bei Anlegen einer Spannung an das oder die piezoelektrischen Elemente 14, 15 werden die Spaltbacken aufeinanderzubewegt, so daß der Spalt 33 kleiner wird. Bei Verminderung der an die piezoelektrischen Elemente angelegte Spannung unterstutzt die Richtkraft der Feder die durch die piezoelektrischen Elemente verursachte Rückbewegung der Spaltbacken 12, 13 zur Vergrößerung des Spalts 33.
Um bei Massenspektrometern ein sehr großes Auflösungsvermögen von beispielsweise R größer 5000 zu erreichen, muß eine Spalteinrichtung relativ zur Strahlengangachse 17 verdreht werden. Der dafür erforderliche Kipp- bzw. Drehwinkel alpha beträgt nur einige mrad. Zu diesem Zweck weist die vorangehend beschriebene Vorrichtung 11 unterhalb der Montageplatte 25 eine axial relativ zu ihr verdrehbare zweite Montageplatte 42 mit einer öffnung 43 zum Durchlaß des Strahls auf, die an einem von der öffnung 43 abgesetzten Bereich 44 einen Anschlag 45 aufnimmt, an dem eine ein piezoelektrisches Element 18 aufnehmende Trägerplatte 46 zum Verdrehen der Spaltbacken 12, 13 anliegt, wobei die Trägerplatte 46 mit ihrem vom
Anschlag 45 wegweisenden Ende 47 an der ersten Montage-
platte 25 auf geeignete Weise befestigt ist. Das kann entsprechend der Befestigung der Trägerplatten 27, 28 der piezoelektrischen Elemente 14, 15 an der Innenseite des von der Montageplatte 25 hochstehenden Steges mittels Befestigungseinrichtungen 29, wie Schrauben, geschehen. Der Anschlag 45 wird dabei durch Federeinrichtungen 48 zur Anlage an die Trägerplatte 46 gebracht.
Die Montageplatten 25, 43 werden dabei durch weitere Federeinrichtungen 49 aneinandergezogen, die beispielsweise zwei im wesentlichen vertikal durch die Montageplatten 259 42 hindurchgehenden Bohrungen angeordnet sind und auf geeignete Weise mit der einen Seite an der Montageplatte 25 und mit der anderen Seite an der Montageplatte 42 befestigt sind. Die Löcher sind dabei so groß ausgebildet, daß auch bei eingesetzter Feder 49 eine gewisse Verdrehung der beiden Montageplatten 25, 42 relativ zueinander möglich ist.
Darüber hinaus weisen die Montageplatten 25, 42 konzentrisch zu ihren Öffnungen 26, 43 ausgebildete Drehlagereinrichtungen 50 auf, die jeweils durch an den Montageplattenflächen 51, 52 konzentrisch zu den Öffnungen 26, 43 ausgebildeten Ringnuten 53, 54 ausgebildet sind, in denen im aneinandergesetzten Lagerkugeln 55 eingeschlossen sind. Durch die Ausbildung einer Drehlagereinrichtung 50 in Form eines Ringlagers 53, 54, 55 wird eine Drehführung geschaffen, mit deren Hilfe der Spalt 33 relativ zur Strahlengangachse 17 präzise verdrehbar ist.
Die Verdrehung des Spalts selbst wird dadurch verursacht, daß das piezoelektrische Element 18, das mit seinem freien Ende über die Trägerplatte 46 an dem Anschlag 45 anliegt, mit einer Gleichspannung verbunden wird, so daß es sich um einen bestimmten Längenbetrag χ verbiegt, so daß über den Anschlag 45 als mit der
'. . ' ---;-; ; OO JZ. JH J
unteren Montageplatte 42 verbundenem ersten Widerlager und über die Trägerplatte 47 und der damit verbundenen ersten Montageplatte 25 als zweitem Widerlager eine Drehung beider Montageplatten 25, 42 relativ zueinander erfolgt, wie es beispielsweise in der Figur 6 dargestellt ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 11 kann außer in Massenspektrometern auch in sonstigen Spektrometern, bei- spielsweise in optischen Spektrometern (Vakuum-Spektrograph), eingesetzt werden. Dieser ist üblicherweise mit einem Strichgitter zur Absorption von Infrarot- und UV-Strahlen eingerichtet. Vor dem Strichgitter befindet sich ein Eintrittsspalt und nachgeschaltet ein Aus trittsspalt. Diese Spalte werden dann dort durch die Vorrichtung 11 gebildet.
Zur automatischen und fernbedienten Steuerung der Spaltweite der Spalteinrichtungen oder analog aufgebauter sonstiger Blendeneinrichtungen ist ein beliebiges Datensystem 19, das aus einem Microprozessor oder einem beliebigen Prozessrechner bestehen kann, vorgesehen*
Das Datensystem 19 selbst ist mit einem Digital-Analog-Wandler 20 versehen, der die digitalen Datensignale in analoge Steuersignale umwandelt und diese Analogsignale auf entsprechender Eingänge von Verstarkereinrichtungen 21 überträgt. Die Ausgänge der Verstärkereinrichtungen 21 sind jeweils mit den Elektroden der piezoelektrischen Elemente 14, 15 verbunden. Die von dem Ausgang des Digitalanalogwandlers 20 zu den Eingängen der Verstarkereinrichtungen 21 kommenenden Steuersignale werden über Stelleinrichtungen 22, die beispielsweise Trimmpotentiometer oder aus Festwiderständen gebildete Spannungsteiler sein können, so eingestellt, daß der Spalt der
"4- Fa":' I :';;!■■ ■ 3332949 Spalteinrichtungen mittig zur Strahlengangachse 17 liegt« Auf gleiche Weise ist eine Elektrode des piezoelektrischen Elements 18, welches die Verdrehung bzw. das Kippen das Spalts verursacht, mit dem Ausgang einer Verstärkereinrichtung 23 verbunden. Der Eingang der Verstärkereinrichtung ist wiederum mit einer Stelleinrichtung 24, die ein Potentiometer oder dergleichen sein kann, versehen. Durch Veränderung des Eingangssignals kann somit eine unterschiedliche Spannung an das piezoelektrische Element 18 angelegt werden, so daß in Abhängigkeit von der Einstellung des Stellgliedes 24 die Vorrichtung 11 relativ zur Strahlengangachse 17 verdreht wird» Die Möglichkeit die Feinjustierung des Drehwinkels alpha elektrisch fernbedient vornehmen zu können, ist von besonderem Vorteil, da der Bediener das damit erzielte Ergebnis, die Peakform, das Auflösungsvermögen usw· an einem Bildschirm direkt verfolgen kann, während die Spaltdrehung ausgelöst wird. Ebenfalls kann die fernbediente Spaltweiteneinstellung unmittelbar auf einem Bildschirm überwacht werden, was zu einer wesentlichen Verbesserung der Bedienbarkeit mit derartigen Vorrichtungen 11 ausgebildeten Analyseanordnungen führt.
Insbesondere dann, wenn die Spaltweitenverstellung oder analog die Verstellung von Blendeneinrichtungen durch ein Datensystem 19 erfolgt, können beispielsweise verschiedene Betriebsbedingungen eines Massenspektrometer, wie Niederauflösung, Hochauflösung, Multiple Ion Detection (MID), die alle unterschiedliche Spaltweitenein-Stellungen erfordern,, automatisch vorgenommen werden.
Eine weitere Anwendung der erfindungsgemäßen, mit piezoelektrischen Elementen 14, 15, 18 versehenen Vorrichtung 11 zur Steuerung von Spaltweiten sowie zum Verdrehen des Spaltes oder zur Steuerung analog aufgebauter anderer
Blendeinrichtungen besteht darin, daß beispielsweise bei Anwendung in einem Massenspektrometer die Spaltweite während des Massenscans kontinuierlich oder auch stufenweise veränderbar ist, da die piezoelektrischen Elemente 14, 15, 18 nahezu trägheitslos der elektrischen Spannung folgen können.
Dadurch ist es möglich, die Peakbreite während des Massenscans der gewählten Scanfunktion anzupassen. Der im allgemeinen in Verbindung mit Datensystem 19 übliche kit
Exponential scan m = moe , wobei m0= Startmasse, k^ =
Konstante, t = Zeit sind, liefert beim Massenspektrometer mit R = const. Peakbreiten, die über den gesamten Massenbereich in gleichen Zeitintervallen überstrichen werden. Für andere Scanfunktionen, beispielsweise beim parabolischen Scan m = k2t^, wobeik2 = Kontante ist, ist es erforderlich, die Spaltweite während des Scans zu verändern, wenn die Massenpeaks ebenfalls in gleichen Zeitintervallen überstrichen werden sollen, was für die Peakerkennung mit dem Datensystem 19 von Vorteil ist. Dem parabolischen Scan kommt deshalb große Bedeutung zu, weil es der Scan ist, bei dem bei vorgegebener Leistung des Magnetfeldreglers des Massenspektrometers 10 ein bestimmter Massenbereich am schnellsten überstrichen werden kann.
Änmelder: FINNIGAH MAT GmbH Barkhausenstr.
2800 Bremen 14
- af r-
Bremen, den 18.08.1983 MAT-83-DE
Bezugszeichenl i s t e:
10 Massenspektrometer
11 Vorrichtung
12 Spaltbacke
13 Spaltbacke
14 piezoelektrisches Element
15 piezoelektrisches Element
16 Strahlengang
17 Strahlengangachse
18 piezoelektrisches Element
19 Datensystem
20 Digital-Analog-Wandler
21 Verstärkereinrichtung
22 Stelleinrichtung
23 Verstärkereinrichtung
24 Stelleinrichtung
25 Montageplatte
26 Öffnung
27 Trägerplatte
28 Trägerplatte
29 Befestigungsmittel
30 Ende der Trägerplatte
31 Endteil
32 Endteil
33 Spalt
34 Spaltbackenrückseite
35 Spaltbackenrückseite
36 Blattfedereinrichtung
37 Blattfedereinrichtung
38 Ende der Blattfedereinrichtung
39 Ende der Blattfedereinrichtung
40 Träger
41 Bereich
42 Montageplatten
43 "Öffnung
44 Bereich
45 Anschlag
46 Trägerplatte
47 Ende des Anschlags
48 Federeinrichtung
49 Federeinrichtungen
50 Drehlagereinrichtungen
51 Fläche der Montageplatte
52 Fläche der Montageplatte
53 Ringnut
54 Ringnut
55 Lagerkugel η
56 Ionenquelle
57 magnetischer Sektor
58 Detektor
-S3-
- Leerseite -

Claims (1)

  1. Ansprüche:
    u..J Vorrichtung zur Einstellung der Spaltweiten von Spalteinrichtungen im Strahlengang von Spektrometern, insbesondere Massenspektrometern zum Analysieren organischer bzw. anorganischer Substanzen mit durch elektrische Energie betriebenen Längenänderungselementen, dadurch gekennzeichet, daß die Vorrichtung (11) wenigstens eine bewegbare Spaltbacke. (12) aufweist, die durch ein piezoelektrisches Element (14) im wesentlichen senkrecht zum Strahlengang (16) verzögerungsfrei hin und her bewegbar ist.
    Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge-
    kennzeichnet, daß eine zweite bewegbare Spaltbacke (13) vorgesehen ist, die durch ein piezoelektrisches Element (15) im wesentlichen senkrecht zum Strahlengang (16) hin und her bewegbar ist. 5
    3. Vorrichtung nach einem oder beiden der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsamplituden der piezoelektrischen Elemente (14, 15) unanhängig voneinander einstellbar sind.
    4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltbacken (12, 13) um die Strahlengangachse (17) durch ein piezoelektrisches Element (18) verdrehbar sind.
    5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, das die Bewegungsamplιtude der die Spaltbacken (12, 13) bewegenden piezoelektrischen Elemente (14, 15, 18) durch ein Oaten system (19) steuerbar sind.
    6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Datensystem (19) über einen Digital-Anal og-Wandl er (20) und Verstärkereinrichtungen
    (21) mit den piezoelektrischen Elementen der Spaltbacken (12, 13) verbunden ist.
    7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkereinrichtungen (21) an ihren Eingängen mit Stelleinrichtungen (22) zur Spaltmitteneinstellung versehen sind.
    8. Vorrichtung nach einem oder mehreren aer Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das das
    Verdrehen der Spaltbacken (12) bewirkende piezoelek-
    -ό-
    trische Element (18) von einer mit ihm verbundenen Verstärkereinrichtung (23) gesteuert wird.
    9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch ge-
    kennzeichnet, daß die den Grad des Verdrehens der Spaltbacken (12, 13) bestimmende Steuersignalamplitude der Verstärkereinrichtung (23) durch eine Stelleinrichtung (24) einstellbar ist.
    10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der
    Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkereinrichtungen (21, 22) Operationsverstärker sind.
    llo Vorrichtung nach einem oder mehreren der
    Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (10) eine Montageplatte (25) mit einer Öffnung (26) zum Durchlaß des Strahls aufweist und von der Montageplatte (10) im wesentlichen senkrecht abstehend piezoelektrische Elemente (14, 15) aufnehmende Trägerplatten (27, 28) umfaßt.
    12- Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatten (27) an ihrem von der Montageplatte (25) wegweisenden Ende (30) mit Spaltbacken (12, 13) versehen sind, die mit ihren spaltbildenden Endteilen (31, 32) im wesentlichen senkrecht zur Achse des durch den Spalt (33) hindurchgehenden Strahlengangs (16) ausgerichtet sind und in diesen hineinragen.
    13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatten (27) mit ihren von der Montageplatte (25) wegweisenden Enden (30) mit den Rückseiten (34, 35) der Spaltbacken (12, 13) in Berührung stehen, wobei die Spaltbacken fl2, 13) mit ihren
    spal tbi 1 denden Endteilen' (31, 32) im wesentlichen senkrecht zur Achse des durch den Spalt (35) hindurchgehenden Strahlengangs (16) ausgerichtet sind und in diesen hineinragen.
    5
    14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltbacken (12, 13) in dieser Position durch an ihnen befestigte, im wesentlichen parallel zu den Trägerplatten (27, 28) verlaufende Blattfedereinrichtungen (36, 37) gehalten werden, die an ihren den Spaltbacken (12, 13) entgegengesetzten Enden (38, 39) an einem Träger (34) befestigt sind, der auf der Montageplatte (25) an einem von der Öffnung (26) abgesetzten Bereich (41) befestigt ist.
    15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Montageplatte (25) ein axial relativ zu ihr verdrehbare zweite Montageplatte (43) mit einer Öffnung
    (43) zum Durchlaß des Strahls angeordnet ist, die an einem von der Öffnung (43) abgesetzten Bereich (44) einen Anschlag (45) aufnimmt, an den die das piezoelektrische Element (18) aufnehmende Trägerplatte (46) zur Verdrehung der Spaltbacken (12, 13) anliegt, wobei die Trägerplatte (46) mit ihrem vom Anschlag (45) wegweisenden Ende (47) an der ersten Montageplatte (27) befestigt ist.
    16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (45) durch Federeinrichtungen (48) zur Anlage an die Trägerplatte (46) gebracht wird.
    17. Vorrichtung nach einem oder beiden der Ansprüche 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Montageplatten (25, 42) durch Federeinrichtungen (49) an-
    ■- ,-:.: j -: :":._;: 3332949 einander gezogen werden."
    18„ Vorrichtung nach einem oder mehreren der
    Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Montageplatten (25, 42) konzentrisch zu den Öffnungen (26S 43) ausgebildete Drehlagereinrichtungen (50) aufweisen.
    19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehlagereinrichtungen (50) durch jeweils an den Flächen (51, 52) der Montageplatten (25, 42) konzentrisch zu den Öffnungen (26, 43) ausgebildete Ringnuten (53S 54) gebildet sind, in denen im aneinandergesetzten Zustand Lagerkugeln (55) eingeschlossen sind.
    20. Massenspektrometer zur Analyse organischer und anorganischer Substanzen, das eine Ionenquelle, ein magnetisches Sektorfeld, eine Ionendetektor sowie in der Spaltbreite einstellbare Quellen- und Detektorspalteinrichtungen umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Spalteinrichtungen (12, 13) durch eine mit piezoelektrischen Elementen (14, 15) versehene Vorrichtung (11) einstellbar sind.
    21» Massenspektrometer nach einem oder mehreren Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang (16) Blendeinrichtungen angeordnet sind, deren Blendweite durch die mit piezoelektrischen Elementen (14, 15) versehene Vorrichtung (11) veränderbar sind.
    22. Massenspektrometer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltweite der Spalteinrichtung (12, 13) entspre-
    Ί - I : ·--: ; . ; O O O
    chend einer auswählbaren Funktion über das Datensystem (19) steuerbar ist.
    23. Massenspektrometer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß zu dessen doppeltfokussierender Ausbildung ein elektrisches Sektorfeld im Strahlengang angeordnet.
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