CN102226981B - 二次离子质谱仪的样品保护装置和保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二次离子质谱仪的样品保护装置和保护方法，所述二次离子质谱仪包括电子发射装置和电子偏转装置，所述电子发射装置发射的电子经所述电子偏转装置偏转后到达所述样品的表面，所述样品保护装置和保护方法采用取样电路、控制电路和电磁调整装置的结构，所述控制电路根据所述取样电路对所述样品的监测信号控制所述电磁调整装置，所述电磁调整装置产生的电场或磁场能够改变电子的运动轨迹，使电子偏离所述样品，从而达到保护样品的目的。

Description

二次离子质谱仪的样品保护装置和保护方法

技术领域

本发明涉及一种二次离子质谱仪的样品保护装置和保护方法，具体的说，涉及一种防止二次离子质谱仪中电子枪发射的高能电子毁坏样品，从而对样品进行保护的装置和方法。

背景技术

二次离子质谱仪在分析绝缘样品的电负性元素时，需要使用正离子(例如铯离子Cs+或者镓离子Ga+等离子)轰击样品使其离子化，并在样品上加负电压Vs使轰击产生的负极性的二次离子加速至质谱仪。对于绝缘样品，在轰击的过程中，产生二次离子的同时，也会产生了大量的二次电子，此时会导致样品被分析的局部电压发生改变，致使对绝缘样品无法进行分析。

Cameca公司设计的二次离子质谱仪解决了这种问题(参见美国专利US4564758，公开日为1986年1月14日，Slodzian)，这种二次离子质谱仪主要包括电子枪和铯离子源，其中铯离子源的用途是轰击绝缘样品(insulatingsample)产生二次离子以进行质谱分析，此时，虽然绝缘样品表面镀金，但是在绝缘样品被分析的局部会因为电子逸出导致正电荷积累。由于这种二次离子质谱仪中的电子枪可以向绝缘样品发射初始动能为e*Vs的电子，也即，电子枪的作用是发射电子到铯离子轰击区域，以消除正电荷在绝缘样品表面的积累，因此，采用这种方式，可以对被正离子(例如铯离子Cs+)轰击的区域进行电荷补偿，此时，当电子到达绝缘样品表面时，其动能近似为0，使得绝缘样品表面的电压保持稳定。

但是在实际使用过程中，可以发现Cameca公司设计的二次离子质谱仪存在以下缺陷：由于电子枪的工作状态直接决定绝缘样品表面电压的稳定性，以及分析结果的精度，因此，当某些原因(如仪器电气漂移、真空度下降、样品的特殊性等)导致电子枪工作异常时，电子枪发射的高能电子在轰击样品的过程中，其产生的热量会将样品熔化，从而在毁坏样品的同时也对仪器造成污染。因此，在使用铯离子源和电子枪时，实验人员必须注意电子枪工作情况，防止电子枪损伤样品。

因此需要一种二次离子质谱仪的样品保护装置，在二次离子质谱仪的使用过程中，可以有效的防止二次离子质谱仪中电子枪发射的高能电子毁坏样品，从而对样品进行保护。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述技术问题，提供一种二次离子质谱仪的样品保护装置，从而在电子枪发生异常时，仍然能够保证样品不被损坏。

本发明的工作原理是：当电子枪发射电子到样品表面时，会形成样品电流，该样品电流的值会实时反应电子枪的工作状态。正常情况下，电子枪发射的电子达到样品时能量很低，接近于0eV，样品电流的值很低(＜1uA)。而当电子枪工作失常时，电子到达样品的动能过大，样品电流变得很大(突然增大)，样品被损坏。通过取样电路实时监测样品电流，就可以知道电子枪的工作状态。当样品电流的值超过阈值时，直接触发控制电路。控制电路由快速比较器和快速开关电路组成，被取样电路触发后，在极短的时间内给电磁调整装置(例如电磁铁)供电，电磁调整装置采用软磁合金棒材，可以在电子的运动路径上快速建立一个附加磁场(外加磁场)，电子枪发射的高能电子在这个附加磁场的作用下运动轨迹发生偏离，与样品脱离开来(也即通过外加磁场快速控制电子运动轨迹，使电子偏离样品)，不再损伤样品，从而达到保护样品和仪器的目的。

本发明提供了一种二次离子质谱仪的样品保护装置，所述二次离子质谱仪包括电子发射装置和电子偏转装置，所述电子发射装置发射的电子经所述电子偏转装置偏转后到达所述样品的表面，其特征在于，所述样品保护装置包括取样电路、控制电路和电磁调整装置，所述控制电路根据所述取样电路对所述样品的监测信号控制所述电磁调整装置，所述电磁调整装置产生的电场或磁场能够改变电子的运动轨迹，使电子偏离所述样品。

通过这种方式，可以采用取样电路实时的获取样品的状态信息，在样品表面发生异常之初，实时的监测到相应的异常监测信号，并通过驱动控制电路，来启动相应的电磁调整装置工作，以此来改变原有的电子运动轨迹，以使得电子偏离所述样品，从而不对样品造成损害，起到样品保护的作用。

进一步地，当所述监测信号表示所述二次离子质谱仪工作失常时，所述电磁调整装置产生电场或磁场，用以改变所述电子的运动轨迹；当所述监测信号表示所述二次离子质谱仪工作正常时，所述电磁调整装置不产生电场和磁场，所述电子的运动轨迹保持不变。

通过这种方式，可以根据监测信号的不同，判断二次离子质谱仪工作是否失常，当其工作失常时，所述电磁调整装置产生电场或磁场，用以改变所述电子的运动轨迹。所述监测信号可以包括样品表面的电流、电压或电阻等监测参数。

进一步地，所述监测信号是到达所述样品的表面的电子形成的样品电流，该样品电流反映所述二次离子质谱仪的工作状态。

通过这种方式，所述样品表面的电子形成的样品电流，可以反应二次离子质谱仪的工作状态，根据样品电流的不同状态，来决定是否改变电子的运动轨迹。

进一步地，所述样品电流小于一阈值时，所述电磁调整装置不产生电场或磁场；所述样品电流大于所述阈值时，所述电磁调整装置产生电场或磁场。

通过这种方式，可以通过将所述样品电流与一阈值进行此较，以此来决定所述电磁调整装置是否需要产生电场或磁场，从而改变电子的运动轨迹。

进一步地，当所述监测信号表示所述二次离子质谱仪中的电子枪工作失常时，所述电磁调整装置产生电场或磁场，用以改变所述电子的运动轨迹；当所述监测信号表示所述电子枪工作正常时，所述电磁调整装置不产生电场和磁场，所述电子的运动轨迹保持不变。

通过这种方式，所述二次离子质谱仪中的电子枪工作失常时，样品表面的监测信号常会出现异常，样品也会因此受到损害，此时，可以使所述电磁调整装置产生电场或磁场，从而改变所述电子的运动轨迹。

进一步地，所述监测信号是到达所述样品的表面的电子形成的样品电流，该样品电流反映所述二次离子质谱仪中的电子枪的工作状态。

通过这种方式，样品电流可以实时的反映出所述二次离子质谱仪中的电子枪的工作状态，通过监测样品电流，可以判断出电子枪是否出现异常。

进一步地，所述样品电流小于一阈值时，所述电磁调整装置不产生电场或磁场；所述样品电流大于所述阈值时，所述电磁调整装置产生电场或磁场。

通过这种方式，可以将所述样品电流与一阈值进行比较，以此来判断所述二次离子质谱仪中的电子枪是否工作正常，并决定所述电磁调整装置是否需要产生电场或磁场，从而改变电子的运动轨迹。

进一步地，所述取样电路包括跟随电路和放大电路，所述跟随电路对所述样品的表面的电流进行实时监测，所述放大电路对所述跟随电路的输出信号进行放大。

通过这种方式，跟随电路监测的实时信号，可以经放大电路放大后，进入后续装置，从而方便信号的比较和处理。

进一步地，所述跟随电路和放大电路采用运算放大器。

通过这种方式，跟随电路和放大电路可以采用常见的运算放大器电路或芯片进行设计，从而节省制作成本。

进一步地，所述控制电路包括比较电路和开关电路，所述比较电路将所述取样电路的输出信号与一阈值相比较，以决定所述开关电路的通断；所述开关电路开通后，能够控制所述电磁调整装置快速产生电场或磁场。

通过这种方式，可以通过比较电路决定开关电路是否开通或关闭，当二次离子质谱仪出现异常时，开关电路开通，所述电磁调整装置快速产生电场或磁场。

进一步地，所述开关电路采用场效应管MOSFET。

通过这种方式，开关电路可以利用常见的场效应管MOSFET，从而节省制作成本。

进一步地，所述电子发射装置包括灯丝(1)、发射极(2)、阳极(3)、透镜(4、5)，所述电子偏转装置包括第一电磁装置(8)和偏转板(10)，所述电磁调整装置包括第二电磁装置(9)。

通过这种方式，可以使电子发射装置、电子偏转装置和电磁调整装置，结构简单，符合实际环境的应用。

进一步地，所述第一电磁装置为电磁线圈；所述第二电磁装置为电磁线圈或者偏转板。

通过这种方式，第一电磁装置和第二电磁装置都可以采用简单的结构就可以实现，其结构例如也可以采用电磁铁。

进一步地，所述第一和第二电磁装置的电磁线圈采用软磁合金棒材、纯铁或者硅钢材料；所述第二电磁装置的偏转板采用无磁不锈钢材料。

通过这种方式，可以使第一电磁装置的电磁线圈，以及第二电磁装置的电磁线圈和偏转板，制作材料简单，节省成本。

进一步地，所述电磁调整装置位于所述样品和所述电子偏转装置之间，或者位于所述电子发射装置和所述电子偏转装置之间。

通过这种方式，可以灵活的设置电磁调整装置的位置，从而有效的对电子的运动轨迹进行调整。

本发明提供了一种二次离子质谱仪的样品保护方法，所述二次离子质谱仪包括电子发射装置和电子偏转装置，所述电子发射装置发射的电子经所述电子偏转装置偏转后到达所述样品的表面，其特征在于，包括以下步骤：

(1)对所述样品进行取样获得所述样品的监测信号；

(2)根据所述监测信号控制电磁调整装置，当所述监测信号表示所述二次离子质谱仪工作正常时，返回步骤(1)继续监测，所述电磁调整装置不产生电场和磁场；当所述监测信号表示所述二次离子质谱仪工作失常时，启动所述电磁调整装置；

(3)所述电磁调整装置产生电场或磁场，用以改变所述二次离子质谱仪中的电子运动轨迹；使所述电子偏离所述样品。

通过这种方式，可以实时的获取样品的状态信息，在样品表面发生异常之初，实时的监测到相应的异常监测信号，并通过启动相应的电磁调整装置工作，以此来改变原有的电子运动轨迹，达到样品保护的目的。

进一步地，步骤(2)中根据所述监测信号控制电磁调整装置，还包括将所述样品的监测信号与一阈值相比较，以决定是否启动所述电磁调整装置。

通过这种方式，可以根据监测信号与阈值的比较结果，决定是否启动所述电磁调整装置，从而决定是否改变所述电子的运动轨迹。

进一步地，步骤(2)中当所述二次离子质谱仪工作失常时，所述监测信号高于设定阈值；当所述二次离子质谱仪工作正常时，所述监测信号低于所述设定阈值。

通过这种方式，可以根据监测信号的不同，判断二次离子质谱仪工作是否失常，当其工作失常时，所述电磁调整装置产生电场或磁场，用以改变所述电子的运动轨迹。所述监测信号可以包括样品表面的电流、电压或电阻等监测参数。

进一步地，步骤(2)中包括比较所述监测信号与所述设定阈值的大小，当所述监测信号未超过所述设定阈值时，返回步骤(1)继续监测，当所述监测信号超过所述设定阈值时，启动所述电磁调整装置。

通过这种方式，可以根据监测信号与阈值的比较结果，决定是否启动所述电磁调整装置，从而决定是否改变所述电子的运动轨迹。

进一步地，步骤(1)中所述监测信号是到达所述样品的表面的电子形成的样品电流，该样品电流反映所述二次离子质谱仪的工作状态。

通过这种方式，所述样品表面的电子形成的样品电流，可以反应二次离子质谱仪的工作状态，根据样品电流的不同状态，来决定是否改变电子的运动轨迹。

进一步地，步骤(2)中当所述二次离子质谱仪中电子枪工作失常时，所述样品电流高于设定阈值；当所述电子枪工作正常时，所述样品电流低于所述设定阈值。

通过这种方式，所述二次离子质谱仪中的电子枪工作失常时，样品表面的样品电流常会出现异常，样品也会因此受到损害，此时，可以使所述电磁调整装置产生电场或磁场，从而改变所述电子的运动轨迹。

进一步地，所述监测信号是到达所述样品的表面的电子形成的样品电流，该样品电流反映所述二次离子质谱仪中的电子枪的工作状态。

通过这种方式，样品电流可以实时的反映出所述二次离子质谱仪中的电子枪的工作状态，通过监测样品电流，可以判断出电子枪是否出现异常。

进一步地，步骤(2)中包括比较所述样品电流与所述设定阈值的大小，当所述样品电流未超过所述设定阈值时，返回步骤(1)继续监测，当所述样品电流超过所述设定阈值时，启动所述电磁调整装置。

通过这种方式，可以通过将所述样品电流与一阈值进行此较，以此来决定所述电磁调整装置是否需要产生电场或磁场，从而改变电子的运动轨迹。

进一步地，步骤(1)中还包括对所述样品的监测信号进行放大的步骤。

通过这种方式，可以对所述样品的监测信号进行放大，进入后续装置，从而方便信号的比较和处理。

进一步地，步骤(1)中对所述样品进行取样获得所述样品的监测信号是通过跟随电路和放大电路实现的，所述跟随电路对所述样品的表面的电流进行实时监测，所述放大电路对所述跟随电路的输出信号进行放大。

通过这种方式，跟随电路监测的实时信号，可以经放大电路放大后，进入后续装置，从而方便信号的此较和处理。

进一步地，所述电子发射装置包括灯丝(1)、发射极(2)、阳极(3)、透镜(4、5)，所述电子偏转装置包括第一电磁装置(8)和偏转板(10)，所述电磁调整装置包括第二电磁装置(9)。

通过这种方式，可以使电子发射装置、电子偏转装置和电磁调整装置，结构简单，符合实际环境的应用。

进一步地，所述第一电磁装置为电磁线圈；所述第二电磁装置为电磁线圈或者偏转板。

通过这种方式，第一电磁装置和第二电磁装置都可以采用简单的结构就可以实现，其结构例如也可以采用电磁铁。

进一步地，所述第一和第二电磁装置的电磁线圈采用软磁合金棒材、纯铁或者硅钢材料；所述第二电磁装置的偏转板采用无磁不锈钢材料。

通过这种方式，可以使第一电磁装置的电磁线圈，以及第二电磁装置的电磁线圈和偏转板，制作材料简单，节省成本。

进一步地，所述电磁调整装置位于所述样品和所述电子偏转装置之间，或者位于所述电子发射装置和所述电子偏转装置之间。

通过这种方式，可以灵活的设置电磁调整装置的位置，从而有效的对电子的运动轨迹进行调整。

进一步地，步骤(2)中所述根据所述监测信号控制电磁调整装置是通过此较电路和开关电路实现的，其中，所述比较电路将所述样品的监测信号与一阈值相比较，以决定所述开关电路的通断；所述开关电路开通后，能够控制所述电磁调整装置快速产生电场或磁场。

通过这种方式，可以通过比较电路决定开关电路是否开通或关闭，当二次离子质谱仪出现异常时，开关电路开通，所述电磁调整装置快速产生电场或磁场，从而实现样品的快速保护能力。

进一步地，所述开关电路采用场效应管MOSFET。

通过这种方式，开关电路可以利用常见的场效应管MOSFET，从而节省制作成本。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明的二次离子质谱仪的样品保护装置可以实时监测电子枪工作状态，在其工作异常时，通过外加电场或磁场快速控制电子运动轨迹，使电子偏离样品，达到保护样品和仪器的目的。

附图说明

为了更清楚的说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的二次离子质谱仪的样品保护装置的结构示意图；

图2为本发明实施例的二次离子质谱仪的样品保护方法的工作流程图；

图3为图1中取样电路和控制电路的电路结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供了一种二次离子质谱仪的样品保护装置，所述二次离子质谱仪包括电子发射装置和电子偏转装置，所述电子发射装置包括灯丝1、发射极2、阳极3、透镜4、5，所述电子偏转装置包括第一电磁装置8和偏转板10。

所述电子发射装置发射的电子6经所述电子偏转装置偏转后到达所述样品12的表面，所述样品保护装置包括取样电路13、控制电路14和电磁调整装置9，所述控制电路14根据所述取样电路13对所述样品12的监测信号控制所述电磁调整装置9，所述电磁调整装置9产生的电场或磁场能够改变电子6的运动轨迹16，使电子6偏离所述样品12。

通过这种方式，可以采用取样电路13实时的获取样品12的状态信息，在样品12表面发生异常之初，实时的监测到相应的异常监测信号，并通过驱动控制电路14，来启动相应的电磁调整装置9工作，以此来改变原有的电子运动轨迹16，以使得电子6偏离所述样品12，从而不对样品12造成损害，起到样品保护的作用。

当所述监测信号表示所述二次离子质谱仪工作失常时，所述电磁调整装置9产生电场或磁场，用以改变所述电子6的运动轨迹16；当所述监测信号表示所述二次离子质谱仪工作正常时，所述电磁调整装置9不产生电场和磁场，所述电子6的运动轨迹16保持不变。通过这种方式，可以根据监测信号的不同，判断二次离子质谱仪工作是否失常，当其工作失常时，所述电磁调整装置9产生电场或磁场，用以改变所述电子6的运动轨迹16。所述监测信号可以包括样品表面的电流、电压或电阻等监测参数。

所述监测信号是到达所述样品12的表面的电子6形成的样品电流15，该样品电流15反映所述二次离子质谱仪的工作状态。通过这种方式，所述样品12表面的电子6形成的样品电流15，可以反应二次离子质谱仪的工作状态，根据样品电流15的不同状态，来决定是否改变电子6的运动轨迹16。

所述样品电流15小于一阈值(例如某一电流值，可以根据经验或实验统计来设定)时，所述电磁调整装置9不产生电场或磁场；所述样品电流15大于所述阈值时，所述电磁调整装置9产生电场或磁场。通过这种方式，可以通过将所述样品电流15与一阈值进行比较，以此来决定所述电磁调整装置9是否需要产生电场或磁场，从而改变电子6的运动轨迹16。

当所述监测信号表示所述二次离子质谱仪中的电子枪工作失常时，所述电磁调整装置产生电场或磁场，用以改变所述电子的运动轨迹；当所述监测信号表示所述电子枪工作正常时，所述电磁调整装置不产生电场和磁场，所述电子的运动轨迹保持不变。通过这种方式，所述二次离子质谱仪中的电子枪工作失常时，样品表面的监测信号常会出现异常，样品12也会因此受到损害，此时，可以使所述电磁调整装置9产生电场或磁场，从而改变所述电子6的运动轨迹16。

所述监测信号是到达所述样品12的表面的电子6形成的样品电流15，该样品电流15反映所述二次离子质谱仪中的电子枪的工作状态。通过这种方式，样品电流可以实时的反映出所述二次离子质谱仪中的电子枪的工作状态，通过监测样品电流15，可以判断出电子枪是否出现异常。

所述样品电流15小于一阈值(例如某一电流值，可以根据经验或实验统计来设定)时，所述电磁调整装置9不产生电场或磁场；所述样品电流15大于所述阈值时，所述电磁调整装置9产生电场或磁场。通过这种方式，可以将所述样品电流15与一阈值进行比较，以此来判断所述二次离子质谱仪中的电子枪是否工作正常，并决定所述电磁调整装置9是否需要产生电场或磁场，从而改变电子6的运动轨迹16

所述取样电路13包括跟随电路131和放大电路132，所述跟随电路131对所述样品12的表面的电流进行实时监测所述放大电路132对所述跟随电路131的输出信号进行放大。通过这种方式，跟随电路131监测的实时信号，可以经放大电路132放大后，进入后续装置，从而方便信号的比较和处理。

所述跟随电路131和放大电路132采用运算放大器。通过这种方式，跟随电路和放大电路可以采用常见的运算放大器电路或芯片进行设计，从而节省制作成本。

所述控制电路14包括此较电路141和开关电路142，所述此较电路141将所述取样电路13的输出信号与一阈值相此较，以决定所述开关电路142的通断；所述开关电路142开通后，能够控制所述电磁调整装置9快速产生电场或磁场。通过这种方式，可以通过此较电路141决定开关电路142是否开通或关闭，当二次离子质谱仪出现异常时，开关电路142开通，所述电磁调整装置9快速产生电场或磁场。

所述开关电路142采用场效应管MOSFET。通过这种方式，开关电路142可以利用常见的场效应管MOSFET，从而节省制作成本。

所述电子发射装置包括灯丝1、发射极2、阳极3、透镜4、5，所述电子偏转装置包括第一电磁装置8和偏转板10，所述电磁调整装置9包括第二电磁装置。通过这种方式，可以使电子发射装置、电子偏转装置和电磁调整装置，结构简单，符合实际环境的应用。

所述第一电磁装置8为电磁线圈；所述第二电磁装置为电磁线圈或者偏转板。通过这种方式，第一电磁装置8和第二电磁装置都可以采用简单的结构就可以实现，其结构例如也可以采用电磁铁。

所述第一和第二电磁装置的电磁线圈采用软磁合金棒材、纯铁或者硅钢材料；所述第二电磁装置的偏转板采用无磁不锈钢材料。通过这种方式，可以使第一电磁装置的电磁线圈，以及第二电磁装置的电磁线圈和偏转板，制作材料简单，节省成本。

所述电磁调整装置9位于所述样品12和所述电子偏转装置之间，或者位于所述电子发射装置和所述电子偏转装置之间。通过这种方式，可以灵活的设置电磁调整装置的位置，从而有效的对电子的运动轨迹进行调整。

本发明实施例的具体结构和工作过程如下：二次离子质谱仪样品保护装置主要包括取样电路13，控制电路14和电磁调整装置9。取样电路13后接控制电路14，电磁调整装置9在控制电路14之后。取样电路13从样品12的供电电源处获取样品电流15。使用正离子11(例如Cs+或者Ga+)轰击样品12产生二次离子7，同时有大量电子从样品12逸出，需要使用电子6来补偿样品12损失的电子，以保持样品12的电压稳定。

灯丝1发射电子6，在发射极2的控制下，被阳极3引出。透镜4和透镜5对电子6进行聚焦。电子6进入第一电磁装置8产生的磁场，并在磁场的作用下运动轨迹发生改变。电子6经过偏转板10到达样品12，由于样品12和灯丝1的电压基本相同，电子6到达样品12时动能接近于0，在样品12上形成微小的样品电流15。当电子枪正常工作时，样品电流15很小，取样电路13不触发控制电路14，电磁调整装置9不产生电场和/或磁场，电子6的轨迹不被电磁调整装置9改变。当电子枪工作不正常时，电子6到达样品12的能量过大，样品电流15的值变得很大。

取样电路13测得样品电流15超过阈值，立刻触发控制电路14，为电磁调整装置9供电。电磁调整装置9可以是电磁线圈或者偏转板，位于第一电磁装置8和偏转板10之间，能够产生电场或磁场。电磁调整装置9产生的电场或磁场使电子6的运动轨迹发生改变，不再到达样品12，而是沿电子轨迹16偏转。

如图2所示，本发明提供了一种二次离子质谱仪的样品保护方法，所述二次离子质谱仪包括电子发射装置和电子偏转装置，所述电子发射装置包括灯丝1、发射极2、阳极3、透镜4、5，所述电子偏转装置包括第一电磁装置8和偏转板10。所述电子发射装置发射的电子6经所述电子偏转装置偏转后到达所述样品12的表面，其特征在于，包括以下步骤：

(S101)对所述样品12进行取样获得所述样品12的监测信号；

(S102)根据所述监测信号控制电磁调整装置9，当所述监测信号表示所述二次离子质谱仪工作正常时，返回步骤(S101)继续监测，所述电磁调整装置9不产生电场和磁场；当所述监测信号表示所述二次离子质谱仪工作失常时，启动所述电磁调整装置9；

(S103)所述电磁调整装置9产生电场或磁场，用以改变所述二次离子质谱仪中的电子运动轨迹16；使所述电子6偏离所述样品12。

通过这种方式，可以实时的获取样品12的状态信息，在样品12表面发生异常之初，实时的监测到相应的异常监测信号，并通过启动相应的电磁调整装置9工作，以此来改变原有的电子运动轨迹16，达到样品保护的目的。

步骤S101之前还包括步骤S100，其中电子枪发射电子6到达样品12的表面形成样品电流15。

步骤S101包括采用取样电路13监测样品电流。

步骤S102包括：判断样品电流是否大于阈值，如果是则触发控制电路14，否则继续监测样品电流15。

步骤S103包括步骤S1031和步骤S1032，其中，步骤S1031包括控制电路14为电磁调整装置；步骤S1032包括电磁调整装置9产生磁场改变电子6运动轨迹。

步骤(S102)中根据所述监测信号控制电磁调整装置9，还包括将所述样品12的监测信号与一阈值相比较，以决定是否启动所述电磁调整装置9。通过这种方式，可以根据监测信号与阈值的比较结果，决定是否启动所述电磁调整装置9，从而决定是否改变所述电子的运动轨迹16。

步骤(S102)中当所述二次离子质谱仪工作失常时，所述监测信号高于设定阈值；当所述二次离子质谱仪工作正常时，所述监测信号低于所述设定阈值。通过这种方式，可以根据监测信号的不同，判断二次离子质谱仪工作是否失常，当其工作失常时，所述电磁调整装置9产生电场或磁场，用以改变所述电子6的运动轨迹16。所述监测信号可以包括样品表面的电流、电压或电阻等监测参数。

步骤(S102)中包括比较所述监测信号与所述设定阈值的大小，当所述监测信号未超过所述设定阈值时，返回步骤(S101)继续监测，当所述监测信号超过所述设定阈值时，启动所述电磁调整装置9。通过这种方式，可以根据监测信号与阈值的此较结果，决定是否启动所述电磁调整装置9，从而决定是否改变所述电子的运动轨迹16。

步骤(S101)中所述监测信号是到达所述样品12的表面的电子形成的样品电流15，该样品电流15反映所述二次离子质谱仪的工作状态。通过这种方式，所述样品表面的电子形成的样品电流15，可以反应二次离子质谱仪的工作状态，根据样品电流的不同状态，来决定是否改变电子的运动轨迹。

步骤(S102)中当所述二次离子质谱仪中电子枪工作失常时，所述样品电流15高于设定阈值；当所述电子枪工作正常时，所述样品电流15低于所述设定阈值。通过这种方式，所述二次离子质谱仪中的电子枪工作失常时，样品表面的样品电流15常会出现异常，样品12也会因此受到损害，此时，可以使所述电磁调整装置9产生电场或磁场，从而改变所述电子的运动轨迹16。

所述监测信号是到达所述样品的表面的电子形成的样品电流15，该样品电流15反映所述二次离子质谱仪中的电子枪的工作状态。通过这种方式，样品电流15可以实时的反映出所述二次离子质谱仪中的电子枪的工作状态，通过监测样品电流15，可以判断出电子枪是否出现异常。

步骤(S102)中包括比较所述样品电流15与所述设定阈值的大小，当所述样品电流15未超过所述设定阈值时，返回步骤(S101)继续监测，当所述样品电流15超过所述设定阈值时，启动所述电磁调整装置9。通过这种方式，可以通过将所述样品电流15与一阈值进行比较，以此来决定所述电磁调整装置9是否需要产生电场或磁场，从而改变电子的运动轨迹16。

步骤(S101)中还包括对所述样品的监测信号进行放大的步骤。通过这种方式，可以对所述样品12的监测信号进行放大，进入后续装置，从而方便信号的比较和处理。

步骤(S101)中对所述样品12进行取样获得所述样品12的监测信号是通过跟随电路131和放大电路132实现的，所述跟随电路131对所述样品12的表面的电流进行实时监测，所述放大电路132对所述跟随电路131的输出信号进行放大。通过这种方式，跟随电路监测的实时信号，可以经放大电路132放大后，进入后续装置，从而方便信号的此较和处理。

所述电子发射装置包括灯丝1、发射极2、阳极3、透镜4、5，所述电子偏转装置包括第一电磁装置8和偏转板10，所述电磁调整装置9包括第二电磁装置。通过这种方式，可以使电子发射装置、电子偏转装置和电磁调整装置9，结构简单，符合实际环境的应用。

所述第一电磁装置8为电磁线圈；所述第二电磁装置为电磁线圈或者偏转板。通过这种方式，第一电磁装置8和第二电磁装置都可以采用简单的结构就可以实现，其结构例如也可以采用电磁铁。

所述第一和第二电磁装置的电磁线圈采用软磁合金棒材、纯铁或者硅钢材料；所述第二电磁装置的偏转板采用无磁不锈钢材料。通过这种方式，可以使第一电磁装置的电磁线圈，以及第二电磁装置的电磁线圈和偏转板，制作材料简单，节省成本。

所述电磁调整装置9位于所述样品12和所述电子偏转装置之间，或者位于所述电子发射装置和所述电子偏转装置之间。通过这种方式，可以灵活的设置电磁调整装置的位置，从而有效的对电子的运动轨迹进行调整。

步骤(S102)中所述根据所述监测信号控制电磁调整装置9是通过此较电路141和开关电路142实现的，其中，所述比较电路141将所述样品12的监测信号与一阈值相此较，以决定所述开关电路142的通断；所述开关电路142开通后，能够控制所述电磁调整装置9快速产生电场或磁场。通过这种方式，可以通过比较电路决定开关电路142是否开通或关闭，当二次离子质谱仪出现异常时，开关电路142开通，所述电磁调整装置9快速产生电场或磁场，从而实现样品12的快速保护能力。

所述开关电路142采用场效应管MOSFET。通过这种方式，开关电路142可以利用常见的场效应管MOSFET，从而节省制作成本。

本发明的工作流程具体如下：取样电路13实时监测电子6形成的样品电流15。电子枪正常工作时，样品电流15小于阈值，取样电路13不触发控制电路14。电子枪工作不正常时，电子6到达样品12时能量很大，对其造成损坏，此时样品电流15高过阈值，触发电磁调整装置9形成电场或磁场，电场或磁场使电子6运动轨迹偏离样品12，从而避免了样品12被电子6损坏。

如图3所示，为本发明的取样电路13和控制电路14的电路结构图。

所述取样电路13包括跟随电路131(运算放大器OP1)和放大电路132(运算放大器OP2)，所述跟随电路131对所述样品12的表面的电流进行实时监测，所述放大电路132对所述跟随电路131的输出信号进行放大，也即运算放大器OP1组成的跟随电路获取的信号被运放OP2放大。通过这种方式，跟随电路131监测的实时信号，可以经放大电路132放大后，进入后续装置，从而方便信号的比较和处理。所述跟随电路131和放大电路132采用运算放大器。通过这种方式，跟随电路和放大电路可以采用常见的运算放大器电路或芯片进行设计，从而节省制作成本。

所述控制电路14包括此较电路141(此较器COM1)和开关电路142(场效应管MOSFET)，所述比较电路141将所述取样电路13的输出信号与一阈值相此较，以决定所述开关电路142的通断；所述开关电路142开通后，能够控制所述电磁调整装置9快速产生电场或磁场。通过这种方式，可以通过比较电路141决定开关电路142是否开通或关闭，当二次离子质谱仪出现异常时，开关电路142开通，所述电磁调整装置9快速产生电场或磁场。也即运算放大器OP1组成的跟随电路获取的信号被运放OP2放大，放大后的信号和阈值电压相比较决定是否打开MOSFET。MOSFET开通后，为电磁调整装置9产生电场或磁场，改变电子的运动轨迹，避免样品被损坏。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明还可以通过其他结构来实现，本发明的特征并不局限于上述较佳的实施例。任何熟悉该项技术的人员在本发明的技术领域内，可轻易想到的变化或修饰，都应涵盖在本发明的专利保护范围之内。

Claims (27)

1.一种二次离子质谱仪的样品保护装置，所述二次离子质谱仪包括电子发射装置和电子偏转装置，所述电子发射装置发射的电子经所述电子偏转装置偏转后到达所述样品的表面，其特征在于，所述样品保护装置包括取样电路、控制电路和电磁调整装置，所述控制电路根据所述取样电路对所述样品的监测信号控制所述电磁调整装置，所述电磁调整装置产生的电场或磁场能够改变电子的运动轨迹，使电子偏离所述样品；其中，所述监测信号是到达所述样品的表面的电子形成的样品电流，该样品电流反映所述二次离子质谱仪的工作状态；当所述监测信号表示所述二次离子质谱仪工作失常时，所述电磁调整装置产生电场或磁场，用以改变所述电子的运动轨迹；当所述监测信号表示所述二次离子质谱仪工作正常时，所述电磁调整装置不产生电场或磁场，所述电子的运动轨迹保持不变。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述样品电流小于一阈值时，所述电磁调整装置不产生电场或磁场；所述样品电流大于所述阈值时，所述电磁调整装置产生电场或磁场。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，当所述监测信号表示所述二次离子质谱仪中的电子枪工作失常时，所述电磁调整装置产生电场或磁场，用以改变所述电子的运动轨迹；当所述监测信号表示所述电子枪工作正常时，所述电磁调整装置不产生电场和磁场，所述电子的运动轨迹保持不变。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述监测信号是到达所述样品的表面的电子形成的样品电流，该样品电流反映所述二次离子质谱仪中的电子枪的工作状态。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述样品电流小于一阈值时，所述电磁调整装置不产生电场或磁场；所述样品电流大于所述阈值时，所述电磁调整装置产生电场或磁场。

6.如权利要求1-5任一项所述的装置，其特征在于，所述取样电路包括跟随电路和放大电路，所述跟随电路对所述样品的表面的电流进行实时监测，所述放大电路对所述跟随电路的输出信号进行放大。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述跟随电路和放大电路采用运算放大器。

8.如权利要求1-5任一项所述的装置，其特征在于，所述控制电路包括比较电路和开关电路，所述比较电路将所述取样电路的输出信号与一阈值相比较，以决定所述开关电路的通断；所述开关电路开通后，能够控制所述电磁调整装置快速产生电场或磁场。

9.如权利要求8所述的装置，所述开关电路采用场效应管MOSFET。

10.如权利要求1-5任一项所述的装置，其特征在于，所述电子发射装置包括灯丝(1)、发射极(2)、阳极(3)、透镜(4、5)，所述电子偏转装置包括第一电磁装置(8)和偏转板(10)，所述电磁调整装置包括第二电磁装置(9)。

11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述第一电磁装置为电磁线圈；所述第二电磁装置为电磁线圈或者偏转板。

12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述第一和第二电磁装置的电磁线圈采用软磁合金棒材、纯铁或者硅钢材料；所述第二电磁装置的偏转板采用无磁不锈钢材料。

13.如权利要求1-5任一项所述的装置，所述电磁调整装置位于所述样品和所述电子偏转装置之间，或者位于所述电子发射装置和所述电子偏转装置之间。

14.一种二次离子质谱仪的样品保护方法，所述二次离子质谱仪包括电子发射装置和电子偏转装置，所述电子发射装置发射的电子经所述电子偏转装置偏转后到达所述样品的表面，其特征在于，所述样品保护方法包括以下步骤：

(1)对所述样品进行取样获得所述样品的监测信号，所述监测信号是到达所述样品的表面的电子形成的样品电流，该样品电流反映所述二次离子质谱仪的工作状态；

(2)根据所述监测信号控制电磁调整装置，当所述监测信号表示所述二次离子质谱仪工作正常时，返回步骤(1)继续监测，所述电磁调整装置不产生电场和磁场；当所述监测信号表示所述二次离子质谱仪工作失常时，启动所述电磁调整装置；

(3)所述电磁调整装置产生电场或磁场，用以改变所述二次离子质谱仪中的电子运动轨迹，使所述电子偏离所述样品。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，步骤(2)中根据所述监测信号控制电磁调整装置，还包括将所述样品的监测信号与一阈值相比较，以决定是否启动所述电磁调整装置。

16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，步骤(2)中当所述二次离子质谱仪工作失常时，所述监测信号高于设定阈值；当所述二次离子质谱仪工作正常时，所述监测信号低于所述设定阈值。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，步骤(2)中包括比较所述监测信号与所述设定阈值的大小，当所述监测信号未超过所述设定阈值时，返回步骤(1)继续监测，当所述监测信号超过所述设定阈值时，启动所述电磁调整装置。

18.如权利要求14所述的方法，其特征在于，步骤(2)中当所述二次离子质谱仪中电子枪工作失常时，所述样品电流高于设定阈值；当所述电子枪工作正常时，所述样品电流低于所述设定阈值。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，步骤(2)中包括比较所述样品电流与所述设定阈值的大小，当所述样品电流未超过所述设定阈值时，返回步骤(1)继续监测，当所述样品电流超过所述设定阈值时，启动所述电磁调整装置。

20.如权利要求14-19任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)中还包括对所述样品的监测信号进行放大的步骤。

21.如权利要求14-19任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)中对所述样品进行取样获得所述样品的监测信号是通过跟随电路和放大电路实现的，所述跟随电路对所述样品的表面的电流进行实时监测，所述放大电路对所述跟随电路的输出信号进行放大。

22.如权利要求14-19任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述根据所述监测信号控制电磁调整装置是通过比较电路和开关电路实现的，其中，所述比较电路将所述样品的监测信号与一阈值相比较，以决定所述开关电路的通断；所述开关电路开通后，能够控制所述电磁调整装置快速产生电场或磁场。

23.如权利要求22所述的方法，所述开关电路采用场效应管MOSFET。

24.如权利要求14-19任一项所述的方法，其特征在于，所述电子发射装置包括灯丝(1)、发射极(2)、阳极(3)、透镜(4、5)，所述电子偏转装置包括第一电磁装置(8)和偏转板(10)，所述电磁调整装置包括第二电磁装置(9)。

25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述第一电磁装置为电磁线圈；所述第二电磁装置为电磁线圈或者偏转板。

26.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述第一和第二电磁装置的电磁线圈采用软磁合金棒材、纯铁或者硅钢材料；所述第二电磁装置的偏转板采用无磁不锈钢材料。

27.如权利要求14-19任一项所述的方法，所述电磁调整装置位于所述样品和所述电子偏转装置之间，或者位于所述电子发射装置和所述电子偏转装置之间。

Images