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扇形磁场气质联用仪

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  • 英国Nu Instrument发布第三代扇形磁场多接收器MC-ICP-MS

    英国Nu Instrument发布第三代扇形磁场多接收器MC-ICP-MS

    2016年6月26日,在日本神奈川县横滨市举办的 戈尔德斯密特地球化学年会 Goldschmidt Geochemistry Conference ,Nu Instrument 公司 (www.nu-ins.com) 发布第三代扇形磁场、多接收器型MC-ICP-MS,型号为 Nu Plasma 3。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/06/201606271011_598256_1984479_3.jpg总部位于 英国威尔士雷克瑟姆(Wrexham, Wales, UK)的Nu Instrument 公司,分别于1997年发布 Nu Plasma 1代,2010年发布Nu Plasma 2代。下图为 Nu Plasma 2代。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/06/201606271017_598257_1984479_3.jpgMC-ICP-MS 应用于高精度同位素比值测定,例如:同位素地质学/地球化学、核工业。商业化的MC-ICP-MS 只有两家:英国 Nu Instrument 的 Plasma 系列,与 赛默飞世尔德国不来梅工厂(原 Finnigan MAT公司 )的 Neptune 系列。有关 扇形磁场ICP-MS 与 四极杆型ICP-MS的区别,可参考此贴:http://bbs.instrument.com.cn/topic/2726079

  • 实验室分析仪器--质谱仪扇形电磁质量分析器原理及现状

    [b]1.基本原理[/b]在离子源的出口处,离子的动能为[img=image.png,132,52]https://i2.antpedia.com/attachments/att/image/20220126/1643167362417733.png[/img](1)式中,m为离子质量;q为离子电荷;V[sub]s[/sub]为离子源电压。[b](1)离子在磁场中的运动 [/b]如果离子运动方向和磁场方向垂直,离子所受到的磁场力F[sub]M[/sub]的大小如式(2)所示。[img=image.png,97,30]https://i2.antpedia.com/attachments/att/image/20220126/1643167362609171.png[/img](2)向心力与磁场力相等,因而有[img=image.png,205,56]https://i2.antpedia.com/attachments/att/image/20220126/1643167363983837.png[/img](3)离子在磁场中的运动如图1所示。 [img=image.png,500,252]https://i2.antpedia.com/attachments/att/image/20220126/1643167364125938.png[/img]图1 离子在磁场中的运动当把离子的初始动能(离子在离子源出口处的动能)考虑进来时[式(1)],就有[img=image.png,103,69]https://i2.antpedia.com/attachments/att/image/20220126/1643167365259925.png[/img](4)如果离子在磁场中作圆周运动的半径r一定,那么在给定的磁场强度B下,只有拥有相应m/q值的离子能够通过该质量分析器。随时间改变磁场强度B即可依次观察到不同m/q的离子。除了固定半径r,通过扫描磁场强度来依次检测离子外,还可以利用具有相同动能、不同质荷比的离子具有不同的运动半径r这一特性来进行检测。具体检测方法还将在“2.工作方式”部分详细阐述。注意到,从式(1)和式(4)可以得到如下关系式:[img=image.png,124,68]https://i2.antpedia.com/attachments/att/image/20220126/1643167365867400.png[/img](5)这一结果说明,在一定磁场强度下,具有一定电荷和质量的离子会因其动能不同而分散这样的分散会影响质谱的分辨率。为了避免这一情况,动能分散必须加以控制。这是通过添加静电分析器来实现的。[b](2)离子在静电场中的运动 [/b]假设由圆柱体电容器产生一个静电场,轨道形状为圆形,速度方向一直垂直于该电场方向。那么就有如下关系式:[img=image.png,113,61]https://i2.antpedia.com/attachments/att/image/20220126/1643167365251860.png[/img](6)式中,E为静电场强度。引入初始动能公式,则有[img=image.png,88,60]https://i2.antpedia.com/attachments/att/image/20220126/1643167366557255.png[/img](7)由式(7)可以看出,离子运动半径与离子质量是无关的,静电场并不是一个质量分析器,而是一个动能分析器。扇形静电场根据动能不同来分离离子。因而可以用来对磁分析器中的动能分散现象加以校正。具体内容参见后面“②能量聚焦”部分内容。[b](3)扇形电磁质量分析器的色散效应 [/b]质量分析器的分辨率与离子在质量分析器出口处的色散情况有关:如果离子进入电场或磁场时具有不同的动能,那么它们的运动轨道半径将不同,这叫作能量色散;如果离子进入电场或磁场时的角度不同,那么随着离子在场中的运动,这一差别可能会越来越大,这叫作角度色散。[b]①扇形电磁质量分析器的方向聚焦能力[/b] 正如前面所讲到的,当一个离子进入磁场时的运动方向正好垂直于磁场边缘时,该离子在磁场中将做圆周运动。如果另一个离子以一定的角度(α)进入磁场,它的运动半径仍与前者相同,两者将在离开扇形磁场后一定距离后再次会聚(见图2)。因此,正确选择扇形磁场的尺寸将可以聚焦进入磁场的离子束。而当离子进入扇形电场的运动方向垂直于电场边缘时,该离子在电场中将作曲线运动。然而,当离子的初始运动方向与电场方向不垂直时,离子的运动轨迹长度将与其初始运动方向有关:如初始运动方向靠近电场外沿,则运动轨迹长度较长;相反,则较短(见图3)这一现象也可以用来进行方向聚焦,只需选择恰当的扇形电场尺寸即可。[img=image.png,500,358]https://i2.antpedia.com/attachments/att/image/20220126/1643167366868959.png[/img]图2 扇形磁场分析器的方向聚焦示意图 [img=image.png,500,237]https://i2.antpedia.com/attachments/att/image/20220126/1643167367167962.png[/img]图3 扇形电场分析器的方向聚焦[b]②能量聚焦[/b] 由前面的叙述我们得知,磁场具有方向聚焦、质量色散和能量色散的功能,而静电场具有方向聚焦、能量色散的功能。当一束具有不同动能的离子从离子源发出进入扇形电场和磁场分析器后,会产生能量分散和方向聚焦。如果具有相同能量分散的扇形电场和扇形磁场按如图4所示的方式组合,离子源发出的离子首先经过聚焦进入电场,电场将不同动能的离子加以区分后,离子又进入磁分析器。磁分析器根据离子的m/z值对离子加以区分,同时,也会将具有不同动能的离子聚集到不同的位置。原则上说,两种分析器由于离子动能不同都会造成能量分散,但该分散的方向恰好相反,因而只要恰当安排这两种分析器,能量分散现象就会相互抵消。经过这两个场之后,质量相同而能量(即速度)有分散的离子就能重新聚集在检测器的同一点。[img=image.png,500,225]https://i2.antpedia.com/attachments/att/image/20220126/1643167371621283.png[/img]图4 扇形电磁质量分析器示意图[b]2.工作方式[/b]扇形电磁质量分析器最简单的工作方式就是保持加速电压不变,通过扫描磁场强度来实现不同质荷比离子的分别检测。经典的磁质谱并不太适合快速扫描,这是由诸多原因造成的,如磁场的快速变化引起的磁滞现象和涡电流现象等。因而该质谱不能与需要快速扫描的色谱技术联用。新的电磁铁制造技术使这个问题得到了一定程度的解决。另一种工作方式是电压扫描,即磁场强度不变,电场强度改变。扇形电场分析器的电压与加速电压是相关联的。这种扫描方式没有了磁滞现象的影响,因而质荷比与加速电压的关系是线性的,可以得到较好的质量准确度。此外,电磁质量分析器可以以峰匹配的模式进行工作即保持磁场强度不变,扇形电场和加速电压在根小的质荷比范围内进行扫描。这种方式可以提供最佳的准确度和质量分辨能力,适合于分析质量非常接近的两种离子或在高分辨率下确定元素组成的分析中。[b]3.性能参数[/b]扇形电磁质量分析器的分辨能力和准确度与其工作方式有很大关系。在最佳的峰匹配工作模式下,该类仪器可以获得高达100000的分辨率分辨率的大小由狭缝宽度所控制,要得到较高的分辨率,必须减小狭缝宽度,而这意味着进入分析器的离子数量减少。因而,扇形电磁质量分析器的灵敏度和分辨率是两个相互制约的因素。扇形电磁质量分析器所能分析的质荷比上限取决于磁体本身。此外,加速电压越高,所能测到的质荷比范围越小;而加速电压越高,灵敏度越高。因而需权衡质荷比范围和灵敏度二者的关系。商用的扇形电磁质量分析器所给出的质荷比测定范围为10kTh。扇形电磁质量分析器通常具有很好的重现性、很好的定量分析能力以及很宽的动态分析范围。这是因为在该种分析过程中,离子在离子源处较短的停留时间以及较短的分析器中飞行时间减少了离子与中性分子或其他离子之间的相互干扰,缩小了空间电荷效应。通常,扇形电磁质量分析器的定量分析能力是所有质谱类型当中最强的。分析速度与分析器的工作方式有很大的关系。扫描速率会对分析器的分辨率和质量准确度造成影响,因而如果要得到高质量的分析数据,那么就得考虑降低扫描速率。扇形电磁质量分析器与连续离子源(如ESI、SIMS、ICP、EI、Cl等)的兼容性非常好,尽管有 MALDI与扇形质量分析器相连接的报道,但它其实并不太适合与脉冲式离子源进行连接,扇形仪器通常都较其他质量分析仪(如TOF、四极杆和离子阱)更贵,体积也更庞大。[b]4.发展历史和现状[/b]在1910年左右,Thomson用磁场和电场来分离具有不同质量和能量的离子。几年之后,Dempster 利用可变的磁场来扫描一定的m/z区域。高分辨、双聚焦的质量分析器分别由 Mattauch 和 Herzog在20世纪30年代、 Johnson和Nier在20世纪50年代研制而成。若干年前,双聚焦扇形分析器是质谱仪中的佼佼者,它在绝大多数方面都表现出非常好的能力,除了质量分析范围不如飞行时间质谱(TOF)宽外,在 MALDI出现之前,质荷比范围上限m/z=10kTh已经足够了。四个扇形分析器的质谱仪可以用来获得MS/MS数据,但仪器体积过于庞大。近年来,根据分析过程的具体要求,这些仪器大都被Q-TOF和 FTICR所取代。Q-TOF能够提供很好的MS/MS数据,并且体积小,价格也比电磁分析器要低很多。如果要实现高分辨率和高质量准确度, FTICR(或后来发展的轨道离子阱)更能适应要求,且所占空间也更小。然而,扇形电磁质量分析器在高分辨率定量分析方面的地位仍是不可动摇的,如确定同位素比例、分析有毒物质及其类似物(如二噁英)方面。由于这些分析都是小分子范围甚至是原子级的,因而现代扇形电磁质量分析器大都是双扇形电磁质量分析器,这相对来说较为节省空间

  • Nu Instruments 发布世界上第一款带碰撞反应池的、双聚焦扇形磁场多接收器MC-ICP-MS

    Nu Instruments 发布世界上第一款带碰撞反应池的、双聚焦扇形磁场多接收器MC-ICP-MS

    2017年8月17日,在法国巴黎举办的 戈尔德斯密特地球化学年会 Goldschmidt Geochemistry Conference ,Nu Instruments 公司 (www.nu-ins.com) 发布世界上第一款带碰撞反应池的(Collision Reaction Cell)、双聚焦扇形磁场、多接收器MC-[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/yp][color=#3333ff]ICP-MS[/color][/url],型号为 Sapphire 蓝宝石 ([url]http://nu-ins.com/sapphire/[/url])产品资料册 [url]http://nu-ins.com/wp-content/uploads/2017/08/Sapphire-Brochure-WEB.pdf[/url][img=,600,356]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/08/201708230948_01_1984479_3.jpg[/img]本世纪初, MicroMass/GV Instruments 曾发布过 带碰撞反应池的、扇形磁场多接收器 MC-[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/yp][color=#3333ff]ICP-MS[/color][/url],型号为 IsoProbe-P,累计生产约30台。由于 GV Instruments 后期经营不善,最终被 Thermo Finnigan 收购。Thermo收购GV,并没有改进 IsoProbe-P,而是迅速将其掐死,只让 Thermo Finnigan 的嫡系 Neptune MC-[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/yp][color=#3333ff]ICP-MS[/color][/url] 独自壮大。[img=,690,353]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/08/201708230953_01_1984479_3.jpg[/img]取自 J. Anal. At. Spectrom., 2011, 26, 693 [url]http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2011/JA/c0ja00161a[/url]根据这篇帖子的背景知识介绍 [url]http://bbs.instrument.com.cn/topic/2726079[/url]Electro Static Analyzer =ESA 静电场Magnetic Sector Analyzer =MSA 扇形磁场(1)同时拥有 ESA+MSA 的 Sector Field [url=https://insevent.instrument.com.cn/t/yp][color=#3333ff]ICP-MS[/color][/url],才能称为 双聚焦 Double-Focus [url=https://insevent.instrument.com.cn/t/yp][color=#3333ff]ICP-MS[/color][/url];(2)同时拥有 ESA+MSA+分辨狭缝 的 Sector Field [url=https://insevent.instrument.com.cn/t/yp][color=#3333ff]ICP-MS[/color][/url],才能称为 高分辨 High-Resolution [url=https://insevent.instrument.com.cn/t/yp][color=#3333ff]ICP-MS[/color][/url](3)GV IsoProbe-P 没有 前端的静电场(ESA),而是使用六极杆碰撞反应池 充当动能聚焦作用,后端是扇形磁场(MSA),因此 IsoProbe 只能归为普通的扇形场 Sector Field [url=https://insevent.instrument.com.cn/t/yp][color=#3333ff]ICP-MS[/color][/url]。(4)Nu Sapphire 拥有 六极杆碰撞反应池 + 分辨率狭缝 + ESA + MSA,因此是世界上 世界上第一款带碰撞反应池的、双聚焦、高分辨扇形磁场、多接收器MC-[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/yp][color=#3333ff]ICP-MS[/color][/url]。Nu Sapphire 的碰撞反应池是 双路设计 Dual Path,挺有意思:不受干扰的 Li Cu Zn Mo Sr Nd Hf Pb 等元素,走下图红色路径(Nogas模式);而受干扰的 Mg Si K Ca V Cr Fe Se 等元素,则走下图蓝色路径(CRC通入H2)。[img=,690,184]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/08/201708231024_01_1984479_3.jpg[/img]传统的四极杆 [url=https://insevent.instrument.com.cn/t/yp][color=#3333ff]ICP-MS[/color][/url],所有元素都得通过 碰撞反应池:不受干扰的元素进入CRC,此时 CRC不通气体,用透镜电压设置A;受干扰的元素进入CRC,此时 CRC通入气体,用透镜电压设置B。

  • 【原创】磁场系统(Magnet System)

    [size=3][font=宋体]磁场系统[/font][font=宋体]提供被加速的带电粒子在所控制的轨道中做圆周运动所需要的磁场强度,由磁铁、线圈、磁场电源配给系统([/font][font=Times New Roman]Magnet Power Supply PSMC[/font][font=宋体])等组成。[/font][/size][size=3][font=Times New Roman] [/font][font=宋体]现代医用回旋加速器的磁场结构设计根据粒子动力学和[/font][font=Times New Roman]LH Thomas[/font][font=宋体]的轴向聚焦理论采用与传统回旋加速器的平面磁极不同的扇形磁极,其形成的深谷磁场代替了传统的匀强磁场。常用的扇形磁极有直边扇形磁极、螺旋扇形磁极和分离扇形磁极等。[/font][/size][size=3][font=宋体]回旋加速器的磁体常见的有方形和[/font][font=Times New Roman]C[/font][font=宋体]形两种结构,[/font][font=宋体]前者由两个横梁和两个立柱组成的磁轭加上两个磁极构成,是普通回旋加速器普遍采用的结构。而分离扇形的等时性回旋加速器则常采用后者,它可提供较多的空间来安放束流的其它设备。回旋加速器的磁铁通常由含碳量极低的工业纯铁或低碳钢制成。[/font][color=#eaeaea][size=5][/size][/color][/size][size=3][font=宋体]回旋加速器的工作磁场[/font][b][i][color=blue][size=3][font=Times New Roman]B[/font][/size][/color][/i][/b][font=宋体]愈高,其基本造价就愈低。从经济的观点看,[/font][b][i][color=blue][size=3][font=Times New Roman]B[/font][/size][/color][/i][/b][font=宋体]愈高愈好。然而,磁场过高时,磁体钢材的导磁率将迅速下降,发生“磁饱和”现象,此时不仅磁体激磁的效率大大下降,从而可使造价和运行费用反而升高,更重要的是磁场的分布将随激励水平的高低而发生显著变化,这将会给加速离子能量和品种的调节造成巨大的困难。因此,通常将[/font][b][i][color=blue][size=3][font=Times New Roman]B[/font][/size][/color][/i][/b][font=宋体]选择在[/font][font=Times New Roman]1.2~2.0[b][color=blue][size=3]T[/size][/color][/b][/font][font=宋体]之间。离子种类和能量固定的加速器的磁感应强度往往选在[/font][font=Times New Roman]2.0[b][color=blue][size=3]T[/size][/color][/b][/font][font=宋体]附近,离子和能量可变的加速器则选择在低限附近。[/font][/size][size=3][font=宋体]回旋加速器的磁铁通常用磁钢的锻件制成,也可用若干厚钢板迭焊后再进行加工而制成。为了达到高的磁感应强度[/font][b][i][color=blue][size=3][font=Times New Roman]B[/font][/size][/color][/i][/b][font=宋体],所用的材料必须是饱和磁感应强度高的磁钢。钢材中的杂质(主要为碳)可造成饱和磁感应强度下降,因此通常采用含碳量极低的工业纯铁(“阿姆科”软铁)或低碳钢作为回旋加速器主磁铁铁芯的材料。[/font][/size][font=宋体]近年来,由于超导磁体技术的进展,已成功地将该技术应用于回旋加速器,建成了超导回旋加速器,这类加速器的磁体主线圈是用铌钛和铜的合金材料制成。当液氮将线圈冷却到[/font][font='Times New Roman']4.2K[/font][font=宋体]时,通过的电流高达[/font][font='Times New Roman']34000A[/font][font=宋体],可产生约[/font][font='Times New Roman']5.0T[/font][font=宋体]的强磁场。在这样的条件下,回旋加速器的尺寸只是常规型的[/font][font='Times New Roman']1/3~1/2[/font][font=宋体]左右,而磁体的运行费用仅为常规的[/font][font='Times New Roman']1/10[/font][font=宋体]。[/font]

  • 求购分光室或扇形板

    因科研任务需要,求购商品化分光室或成品扇形板,PMT,焦距750以下,非真空,测量元素主要为金属,包括铁,铜等,32通道,波长200-800nm。

  • 【原创大赛】糜棱岩中的白云母扇形消光

    【原创大赛】糜棱岩中的白云母扇形消光

    http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/08/201108312130_313398_1601823_3.jpg拍摄时间:2011.8.20样品名称:白云母的扇形消光生产厂家:Carl Zeiss型 号:Axioskop 40放大倍数:100倍照明方式:正交偏光 糜棱岩中的白云母,由于受应力作用,其形态发生改变,由长条状变为扇形,消光类型亦由平行消光(同时)变为扇形消光(依次)。注:Cal-方解石,Ms-白云母,Py-黄铁矿,Qtz-石英, Srt-绢云母。

  • 日本研究发现伽马射线爆发时有强大磁场参与

    日本研究人员日前宣布,他们弄清了宇宙中最强的爆炸现象——伽马射线爆发的部分机制,即在伽马射线爆发时可能有强大磁场参与。日本研究人员日前宣布,他们弄清了宇宙中最强的爆炸现象——伽马射线爆发的部分机制,即在伽马射线爆发时可能有强大磁场参与。这一成果将有助于弄清伽马射线爆发的详细机制。伽马射线爆发被认为主要在离地球100亿光年以外的太空中发生。当质量相当于太阳30倍以上的巨大恒星寿命终结,发生超新星爆发并产生黑洞时,随着黑洞中心出现喷流现象,会有非常强大的伽马射线在数十秒内爆发性释放。伽马射线是一种强电磁波,具有极强的穿透本领,但因为无法穿透地球大气层,因此只能在太空中被探测到。日本金泽大学和山形大学等机构的研究人员利用去年5月发射的太空帆船“伊卡洛斯”号上的观测装置,在去年8月26日观测到了伽马射线爆发。研究小组分析观测数据,发现伽马射线波长振动的偏光现象。研究小组认为,偏光是伽马射线爆发时有强大磁场参与的证据。而且根据观测分析,可能有多个磁场存在。

  • 永久磁场,交流磁场和“直流磁场”

    [url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Wp][color=#3333ff]原子吸收[/color][/url]分析仪,采用塞曼方式扣除背景的干扰早已不是什么新鲜的技术了。使用塞曼方式就要有磁场存在,那么磁钢就是产生磁场的来源了。在目前市面上所销售的塞曼扣除背景的仪器中,使用的磁钢种类,我本人见过的有两种;一种是永久磁钢的,也称为永久磁场的,它是将两个软铁极靴预先充好磁来使用的。另一种是交流磁钢的,它是在原子化阶段,通过给两个极靴外围的线圈施加上交流电流而产生交流磁场的。但是我还听到另一种说法,就是直流磁场。我的问题是:是不是真有给磁钢极靴上的线圈施加直流电流而产生直流磁场的磁钢?望大家发表高见!

  • 磁性空运货物的磁场测试设备要求

    [size=16px][/size][font=微軟正黑體, sans-serif]请教有没有熟悉磁性空运货物的磁场测试要求的老师?关于测试设备,目前市面主流的品牌有哪些?根据IATA902相关条款的规定:如果距被测物2.1m(7ft)处测得的最大磁场强度不超过0.159A/m(200nT),则该物品不作为磁性物质受到限制,可以作为普货处理。[/font][font='Microsoft YaHei'][color=#d84600][/color][/font]

  • 【求助】急问:核磁仪里的磁场

    我想问一下核磁共振仪器里面的两块超导磁体之间的磁场是匀强磁场吗?假设在其中放入一个带正电荷的粒子,磁场对它的作用力应该是什么方向的呢?怎么分析它的运动轨迹?谢谢

  • 气质联用 基本知识

    气质联用开放分类:分析化学化学技术气相色谱-质谱联用(GC-MS)技术的简称。是将气相色谱仪器(GC)与质谱仪(MS)通过适当接口(interface)相结合,借助计算机技术,进行联用分析的技术。GC-MS是最成熟的两谱联用技术。GC-MS被广泛应用于复杂组分的分离与鉴定,其具有GC的高分辨率和MS的高灵敏度,是生物样品中药物与代谢物定性定量的有效工具。质谱仪的基本部件有:离子源、滤质器、检测器三部分组成,它们被安放在真空总管道内。接口:GC到MS的连接部件,由GC出来的样品通过接口进入到质谱仪。最常见的连接方式是直接连接法,毛细管色谱柱直接导入质谱仪,使用石墨垫圈密封(85%Vespel+15%石墨),接口必须加热,防止分离的组分冷凝,接口温度设置一般为气相色谱程序升温最高值。接口作用:1 压力匹配——质谱离子源的真空度在10-3Pa,而GC色谱柱出口压力高达105Pa,接口的作用就是要使两者压力匹配。2 组分浓缩——从GC色谱柱流出的气体中有大量载气,接口的作用是排除载气,使被测物浓缩后进入离子源。常见接口技术有:1 分子分离器连接(主要用于填充柱)扩散型——扩散速率与物质分子量的平方成反比,与其分压成正比。当色谱流出物经过分离器时,小分子的载气易从微孔中扩散出去,被真空泵抽除,而被测物分子量大,不易扩散则得到浓缩。2 直接连接法(主要用于毛细管柱)在色谱柱和离子源之间用长约50cm,内径0.5mm的不锈钢毛细管连接,色谱流出物经过毛细管全部进入离子源,这种接口技术样品利用率高。3 开口分流连接 该接口是放空一部分色谱流出物,让另一部分进入质谱仪,通过不断流入清洗氦气,将多余流出物带走。此法样品利用率低。离子源:将气化的样品分子电离,产生分子离子及碎片离子的部件。主要有电子轰击离子源(EI)和化学电离源(CI)。EI源是最早也是应用最广泛的一种电离方式,由灯丝发射电子将气化的样品分子电离,产生丰富的碎片离子。其特点是稳定可靠,能获得丰富的结构信息,在70eV下可获得类似“指纹图谱”,有标准质谱图可以检索,是气质联用仪的标准配置。CI源相对EI源是一种“软电离”方式,需要反应气(常用甲烷、异丁烷、氨气等),灯丝发射的电子先将反应气电离产生反应离子,这些反应离子再样品分子发生离子-分子反应,实现样品分子电离。由于电离能量大大降低,可获得分子离子峰,是获得分子量信息的重要手段,某些电负性较强的化合物(卤素及含氮、氧化合物),采用CI方式选择负离子,不仅选择性好,灵敏度也会提高。 质量分析器:样品离子在质量分析器中得到分离。质谱的质量分析器有多种类型,如四极杆质量分析器(又称四极滤质器)、离子阱质量分析器、飞行时间质量分析器、扇形磁场质量分析器,另外还有各种串级质谱。在气质联用仪中,应用最多的是四极杆质量分析器。 四极杆质量分析器是由四根严格平行并与中心轴等间隔的圆形柱形或双曲面柱状电极构成的正、负两组电极,其上施加直流和射频电压,产生一动态电场即四极场。离子在四极场的运动轨迹由典型的马绍(Mathieu)方程解确定,满足方程稳定解的即有稳定振荡的离子才能通过四极场。精确地控制四极电压变化,使一定质荷比的离子通过正、负电极形成的动态电场到达检测器,对应于电压变化的每个瞬间,只有一种质荷比的离子能通过。四极杆质量分析器有全扫描(Scan)和选择离子扫描(SIM)两种不同的扫描模式,Scan模式扫描的质量范围覆盖被测化合物的分子离子和碎片离子的质量,可获得化合物的全谱,用于谱库检索定性,一般在未知化合物的定性分析时采用;SIM模式仅跳跃式地扫描某几个选定的质量,得不到化合物的全谱,但灵敏度有所提高,主要用于已知目标化合物检测。 检测器:检测器的功能是接受由质量分析器分离的样品离子,进行离子计数并转化成电信号放大输出,由数据系统采集处理,最终得到按不同质荷比排列和对应离子丰度的质谱图。一般为电子倍增器或光电倍增管。 真空系统:由于质谱仪必须在真空条件下才能工作,因此真空度的好坏直接影响了气质联用仪的性能。一般真空系统由两级真空组成,前级真空泵和高真空泵。前级真空泵的主要作用是给高真空泵提供一个运行的环境,一般为机械旋片泵。高真空泵主要有油扩散泵和涡轮分子泵,目前主要应用的是涡轮分子泵。气质联用 - GC-MS的常用测定方法:总离子流色谱法(totalionizationchromatography,TIC)——类似于GC图谱,用于定量。l反复扫描法(repetitivescanningmethod,)——按一定间隔时间反复扫描,自动测量、运算,制得各个组分的质谱图,可进行定性。l质量色谱法(masschromatography,MC)——记录具有某质荷比的离子强度随时间变化图谱。在选定的质量范围内,任何一个质量数都有与总离子流色谱图相似的质量色谱图。选择性离子监测(selectedionmonitoring,SIM)——对选定的某个或数个特征质量峰进行单离子或多离子检测,获得这些离子流强度随时间的变化曲线。其检测灵敏度较总离子流检测高2~3个数量级。质谱图——为带正电荷的离子碎片质荷比与其相对强度之间关系的棒图。质谱图中最强峰称为基峰,其强度规定为100%,其它峰以此峰为准,确定其相对强度。气质联用 - 应用GC-MS联用分析的灵敏度高,适合于低分子化合物(分子量1000)分析,尤其适合于挥发性成分的分析。在药物的生产、质量控制和研究中有广泛的应用,特别在中药挥发性成分的鉴定、食品和中药中农药残留量的测定、体育竞赛中兴奋剂等违禁药品的检测以及环境监测等方面,GC-MS是必不可少的工具。

  • 【求助】磁强仪中剩余磁场测量值偏小的原因

    我们用的是Princeton Measurements corporation公司生产的MicroMagTM3900型磁强仪,现发现同一样品现在测得的矫顽力Hc、剩余磁场强度Mr、饱和磁场轻度Ms与2个月前测得值均减小非常大,尤其是剩余磁场强度Mr,达到30%以上,请哪位大侠帮忙分析下原因!~谢谢了http://simg.instrument.com.cn/bbs/images/brow/em09508.gif

  • 记一次脉冲强磁场设备维修

    记一次脉冲强磁场设备维修

    记一次脉冲强磁场设备维修原创:大陆2015-11-13一、前言磁场设备是磁学研究中产生磁场的设备,根据可产生最高磁场强弱可以分为亥姆赫兹线圈、永磁场发生器、电磁铁、超导磁体与强脉冲磁场发生器几种,其中使用脉冲磁场发生器原理是短时间通大电流产生强磁场,在相同的散热及供电功率等配套条件下可以产生比稳恒磁体强一个数量级以上的磁场,因而可以在物理、化学与生物研究中需要强场的场合应用。目前脉冲强磁场能产生的最高磁场的世界纪录超过2千特斯拉,不过这些极端磁场的产生过程伴随爆炸冲击波作用,只是一次性的产生,线圈无法再次使用,而且需要防爆实验环境;能够重复使用同一个线圈可控产生的脉冲强磁场最高约1百特斯拉,这需要配套专门的实验室与供电通道;在普通实验室条件下对脉冲磁场发生装置的需求一是不需要专门的电力改造,且整个装置方便移动,不过产生的磁场最高超过10特斯拉,我们实验室(磁学国家重点实验室)就有一套这样的样机设备,是实验室几位老前辈在1990年前后自己做的,设备整体照片如图1,它的主体分为充放电控制模块、线圈负载与电容柜(如图02中肚子里主要装的是1kV,0.1mF的电容阵列,合计98个,总容量9.8毫法拉) 、。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/11/201511132130_573466_1611921_3.png图01 脉冲强磁场装置照片http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/11/201511132130_573467_1611921_3.jpeg图02 脉冲强磁场装置中的电容二、故障及诊断维修前段时间有使用者在使用过程中发现设备电容无法充到设定电压,从而无法放电产生磁场。首先通过沟通,获知设备是在用户更换自己的负载线圈之后引起,用户自己的负载线圈电感约10纳亨,而设备标配的负载线圈是280微亨,相差4个数量级;然后结合图03所示的脉冲强磁场的电路分析故障在充电模块;最后打开机柜,通过肉眼观察线路板与元器件,如图04所示,可以看到大功率晶闸管的散热固定木柱有裂纹,从而将故障诊断在晶闸管上。值得一提的是,必须赞一下实验室前辈们:在设备制造过程中保留着晶闸管的铭牌,这样尽管他们退休好多年了,设备出现问题,后人还可以找到配件的线索。将晶闸管拆下来后发现正反向都是导通状态,显然控制端无法控制其单向积累电荷给电容充电,因而根据铭牌上的最大电流500A、耐压1800V、控制电压1.5V指标购买替换晶闸管,幸运的是市场上还能找到同样规格的KP-500A晶闸管,买回来替换上后测试发现仪器可以正常充放电,至此维修工作完成。简单分析其原因是使用者将负载换成特别轻的电感,这样在最高800V充电后,电感几乎不能增加阻抗,此时放电回路电路中的阻抗幅值约0.5欧姆,导致放电回路中的电流瞬间超过1600安培,而晶闸管的最高承受电流只有500安培,所以损坏导致故障。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/11/201511132130_573468_1611921_3.gif图03 脉冲强磁场装置充放电原理电路图http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/11/201511132130_573469_1611921_3.png图04 脉冲强磁场装置充放电电路照片http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/11/201511132130_573470_1611921_3.jpeg图05 更换的晶闸管照片三、测试验证我们知道,设备维修让设备能工作与是否适合科学研究是两码事,为了让使用者更好的在该设备上开展研究,需要在正常工作的基础上对其性能做一次测试验证,测量不同充电电压对应在标准负载线圈中的放电脉冲磁场。测试用到的工具是带轴向(霍尔传感器)磁场探头的特斯拉计(高斯计),与一台示波器,如图06所示,由于仪器尾部自带有BNC模拟接口,将其连在示波器上,但初步测试发现仪器标配的模拟信号在较高磁场下有饱和截断平台,如图07所示。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/11/201511132130_573471_1611921_3.png图06 测试验证需要的仪器http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/11/201511132130_573472_1611921_3.png图07 直接使用模拟信号观测脉冲场波形经过与特斯拉计的工程师交流,得知其模拟输出的是原始霍尔电压信号放大10倍并做滤波限幅保护等电路处理之后输出的结果,而设备限幅4V,对应典型传感器最高只能测量4T的磁场。我们目前的应用明显要测量超过4T的磁场,那么要想获得高于4T的模拟脉冲信号,怎么办呢?使用原始(未经放大、调理、限幅处理的)霍尔电压信号!于是打开特斯拉计机箱,如图08所示,http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/11/201511132130_573473_1611921_3.png图08 特斯拉计内部电路结构http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/11/201511132130_573474_1611921_3.png图09 改变模拟BNC输入线的接入位置做好以上的准备工作后,开始进行测量系统标定,为了简便,这里使用一块永磁体产生磁场做动态模拟电压-磁场标定,放在探头边上,通过调节距离改变特斯拉计的输入磁场,记录特斯拉计与示波器上直流信号的平均值,绘制成曲线并拟合如图10所示。然后将磁场探头放入负载线圈的中心位置,测量不同放电电压下产生的脉冲磁场波形,并根据指数衰减放电函数拟合出峰值与脉宽,如图11所示。最后将所有的初始放电电压获得的脉冲磁场信号曲线的拟合结果汇总可得脉宽不随放电电压变化,恒定约1毫秒,峰值磁场与初始放电电压关系经拟合满足为B(特斯拉)=20V(千伏)关系,该设备在最高800V电压充电时产生峰值磁场约16T,使用相对简单的原理与低成本[c

  • 看不见摸不着的电磁场影响

    [align=center][size=20px]看不见摸不着的[/size][size=20px]电磁场[/size][size=20px]影响[/size][/align] [size=16px] 磁场大多是来源于电场,磁场和电场一般是共同存在相互转化,振荡的电场产生振荡的磁场,振荡的磁场产生振荡的电场。[/size] [size=16px] 今天主要说磁场。磁场有很多种,每种磁场都有特定特征,如频率、波长、幅度不同,产生形式、存在形式、能量形式、影响形式不同等。[/size] [size=16px] 国标GB/T 17626中提到几种磁场,《GB/T 17626.3-2006 电磁兼容 试验和测量技术 射频电磁场辐射抗扰度试验》、《GB/T 17626.8-2006 电磁兼容 试验和测量技术 工频磁场抗扰度试验》、《GB/T 17626.9-2011 电磁兼容 试验和测量技术 脉冲磁场抗扰度试验》。射频电磁场、工频磁场、脉冲磁场这几种磁场对分析检测仪器工作都有干扰影响。[/size] [size=16px] 射频电磁场,主要体现的是一个“射”,是电场和磁场的一个结合体,频率在100kHz~300GHz范围,呈高频交流变化,在有限空间内不断向外传播,形成了电磁波,也称为无线电波,具有一定的电磁辐射。[/size] [size=16px] 工频磁场。工频的特点是频率低、波长长。它是由电场引起但只是一种磁场,可以只以磁场形式存在。这种磁场通常在大型工况有多种大型交流用电设施的现场存在。它的主要特点也是“工频”。[/size] [size=16px] 脉冲磁场,也只是一种磁场,主要体现的是“脉冲”,也就是一下一下的磁场,主要是由现场电缆间或现场大型用电设施浪涌电流或浪涌电压引起的。[/size] [size=16px] 以上三种电磁场或磁场对现场仪器正常工作都是有一定影响,主要影响电气部件、电路程序、通讯、显示屏显示等正常工作情况。轻的显示屏闪烁、通讯断断续续,重的数据异常、通讯异常、功能异常,甚至直接死机等故障。所以如果现场情况对仪器工作有干扰了,还是得高度重视。解决办法一般都是加大仪器与电磁场强度大的区域的距离;采用电磁场穿透能力差的材料隔离;增加仪器外壳屏蔽功能,或把仪器放到一个具有屏蔽功能的空间;加强仪器抗干扰能力设计等。[/size] [size=16px] 当然电磁场如果足够大对现场的工作人员身体健康也有较大影响,比如射频磁场一般就有较大影响。工作人员也得避免长时间在这样的环境下工作,另外还得穿防护级别较高的防护服。[/size] [size=16px] 其实电磁场也不一定全起坏作用,如果把它们的特点利用好,那还是有很高的科技价值的。比如射频电磁场,可以形成无线电波,可以应用于通讯类产品或技术中,如雷达、无线通信等;脉冲磁场可以应用于医学或医疗设备或技术中。[/size] [size=16px] 当然我们这说的是电磁场对仪器的干扰或影响,对于仪器来说那自然是要提升自身的功能、性能等指标,增加抗干扰能力,避免外界环境(使用环境中的电磁场)影响。[/size]

  • 气质联用仪离子源的问题

    关于气质联用仪中的离子源,有两个问题想跟同行们交流交流:1、我在看一些资料的时候,关于“EI”离子化方式的解释习惯上会称作“电子轰击电离”,那么问题就来了,既然是轰击,我们是不是应该理解成电子被高能加速后靠其动能把目标物轰击碎形成离子碎片的呢?而我个人的理解是,电子在高压下达到跃迁能量而从灯丝上逃逸而出,其携带的能量在遇到目标物后把能量传递给了键能较低的键而是化学键断裂,形成了离子碎片,也就是说使目标物离子化的能量来自于灯丝逸出的电子携带的能量。大家怎么看?或者说两者能量都导致目标物离子化?2、如果你拆过安捷伦或岛津的离子源,你会知道,空间结构上跟两个灯丝形成的同一轴面上下还有两块永磁,且磁性还挺强。大家知道这两块永磁起到的作用吗?我从一些资料上摘录到这样一句话:“样品从GCMS接口进入离子源,灯丝发射的电子由磁场引导进入离子化室……”。由高二物理知识我们知道,静止的带电粒子在磁场中是不会运动的,只有运动的带电粒子在磁场中才受到洛伦兹力的影响。那么资料上所说的“磁场引导”是怎么引导电子的呢?它应该不会像电场一样既改变电子运动方向又有加速电子的作用吧?如果磁场真起到了电场的作用,那么,我在软件上从居上位1号灯丝切换到居下位的2号灯丝的时候,磁铁空间结构固定,磁场方向不会发生变化,那2号灯丝发射出来的电子在同样的磁场中岂不是受到了与1号灯丝发射电子所受到的相反磁场作用力吗?对于上述问题,在偶心中已有初步结论,但希望大家踊跃讨论,不吝赐教,共同进步!谢谢!

  • 请教:有直流磁场吗?

    在原子吸收仪器采用塞曼方式扣除背景时,必然要使用磁场,这是众所周知的常识。据我了解,这个磁场有的采用永久磁钢,也有的采用交流磁场(即将线圈缠绕在磁钢的两个软铁芯外而产生交变磁场)。可是昨天有人问我:“有些资料上写着塞曼扣除背景方式的仪器有的是采用了直流磁场。是这样吗?”我一直语塞了,似乎没有见过直流磁场,可是似乎也隐隐约约听到过“直流磁场”一说,只是未加注意。今特请教一下版内的达人,有哪位知道有直流磁场的仪器请赐告,同时最好说出仪器的型号和厂家为好。谢谢了!

  • 【分享】电磁场与自杀有关系

    研究发现:如果人规则地暴露在低频电磁场中,自杀的可能性更高。美国科学家研究了从1950年到1986年被5家电力公司雇用的工人,并从十三万九千工人中选出了六千工人作细致的研究。工人平均在公司中工作16年。研究者发现,在规则地暴露于电磁场辐射的工人中,自杀率是没有经常受到电磁辐射工人的两倍。暴露于最强的电磁场辐射的工人,也是自杀率最高的工人。自杀通常发生在暴露于最强的电磁场辐射的第二年。研究人员说:这项研究提供了最低电磁辐射的积累与自杀的关系。从50岁以下的自杀者身上看出,这两者的相关关系尤为突出。辐射会减少褪黑激素,因此会激发抑郁症,在极端的情况下就会发生自杀。

  • 四电极电磁流量计磁场分布特性数值模拟

    油田提高原油采收率采用注聚合物驱油技术是非常重要手段之一,注聚合物驱油原理是提高注入粘弹性聚合物溶液流体粘度,增大聚合物流体平面及纵向波及面积,减少注入流体在高渗透率地层中的窜流,提高岩芯微观驱油效率,最终达到减少残余油饱和度与提高原油采收率目的。为使聚合物溶液进入预先设定油层并能得到一个较为均匀的聚合物驱前缘,需要准确确定从注聚井中进入各油层聚合物的注入量,所以,注聚井中流量测量是注聚三次采油技术中一项重要测试内容。由于电磁流量计无转动部件,实际测试时不破坏聚合物分子结构,对测试环境无放射性污染且不受聚合物溶液粘度和密度影响,所以,大庆油田在注聚井中推广使用了外流式四电极电磁流量计测井方法。自早期电磁流量计基本理论建立以来,虽然电磁流量计在理论及技术上有了很大发展,但是,由于影响电磁流量计测量精度因素很多,从流场及磁场分布角度综合分析电磁流量计响应特性仍然是值得研究领域,尤其是近年来随着计算流体力学及电磁场有限元分析技术迅速发展,为解决复杂流动及磁场分布条件下的电磁流量计响应预测问题提供了良好机遇。由于仪器倾斜与偏心、流体电磁特性变化等因素都会给电磁流量计响应带来影响,这些测井环境因素对电磁流量计响应影响需要从数值模拟角度给予理论分析,从而为注聚井中电磁流量计流量测井提供理论分析基础。本文重点分析了四电极电磁流量计磁场分布特性,考察了四电极电磁流量计权重函数分布,并分析了仪器偏心及流体磁导率变化因素对磁场分布特性影响,为正确理解四电极电磁流量计测量特性提供了理论分析方法。1、注聚井中四电极电磁流量计  图1为外流式四电极电磁流量计测井仪器示意图。仪器由上下扶正器、传感器、电路筒及电池仓等部分组成,其中传感器是流量计的核心部分,上下扶正器用于在测量时使流量计居于套管中央位置。四电极电http://www.kfll.cn/up_files/image/Article/2011/10/17/34018811.gif磁流量计采用四个均匀相隔分布排列的励磁线圈及四个测量电极,相对于单对电极的电磁流量计而言,这种励磁结构的磁场分布相对比较均匀,有利于减小由于磁场分布不均匀所带来的测量误差。传感器部分主要由磁路系统、测量导管、电极、外壳、干扰调整装置及若干引线组成。仪器采用外流式结构。仪器结构尺寸为:仪器外径为35mm,其中测量电极段外径为33.8mm,传感器长度为44.5mm。仪器总长度为1200mm。http://www.kfll.cn/up_files/image/Article/2011/10/17/34018812.png图1 外流式四电极电磁流量计测井仪器图  2 四电极电磁流量计测量区域内磁场分布  为获得测量区域内磁场分布,采用ANSYS商用有限元分析软件对电磁流量计磁场分布特性进行仿真。由麦克斯韦方程导出的3分量矢量泊松方程如下:  http://www.kfll.cn/up_files/image/Article/2011/10/17/34018813.png  对于本文所使用的二维平面场(X-Y平面),矢量磁势http://www.kfll.cn/up_files/image/Article/2011/10/17/34018814.png和电流密度http://www.kfll.cn/up_files/image/Article/2011/10/17/34018815.png相互平行且只有z方向分量,即:Ax=http://www.kfll.cn/up_files/image/Article/2011/10/17/34018816.png则由(3)式可得:  http://www.kfll.cn/up_files/image/Article/2011/10/17/34018817.png  (4)  所用模型中介质为线性介质,磁导率μ为一常数,故上式可简化为:  http://www.kfll.cn/up_files/image/Article/2011/10/17/34018818.png  (5)  在使用ANSYS有限元计算时,自由度为磁势,施加载荷时只要在各线圈上施加电流密度值即可。模型有两种边界条件:(1)Dirichlet条件(AZ约束):磁通量平行于模型边界;(2)Neumann条件(自然边界条件):磁通量垂直于模型边界。第二种条件为默认的边界条件。对于电磁流量计在管道中的模型,只需满足自然边界条件。故施加了电流密度后,即可进行计算。在施加电流密度时,可用下式计算:  http://www.kfll.cn/up_files/image/Article/2011/10/17/34018819.png (6)式中:http://www.kfll.cn/up_files/image/Article/2011/10/17/340188110.png为电流密度;n为线圈的匝数;http://www.kfll.cn/up_files/image/Article/2011/10/17/340188111.png为通入线圈的电流;a为线圈的横截面积。  在ANSYS环境下用有限元法求解的关键是对模型进行网格划分。图2(a)为用于磁场计算建立的分区介质模型,图2(b)为磁场计算网格剖分模型,可以看出:在靠近线圈和电极的部分网格剖分较密,而在其它部分则较稀疏,划分后网格划分单元数为3577。在进行有限元分析时,需要给每种材料施加磁导率属性,图2(a)中将六种不同属性材料用不同颜色显示出。http://www.kfll.cn/up_files/image/Article/2011/10/17/340188112.png图2 仪器在油管中磁场分析模型及网格剖分图  模型中有六种不同的材料:填料、线圈、电极、1Cr18Ni9Ti、聚四氯乙烯衬里、流体(可假定为水)。将六种不同属性的材料用不同颜色显示设置好各种材料的磁导率,施加电流密度后,即可计算磁场分布。由于仪器结构尺寸非常对称,仪器位于管道中心,通电后四个线圈相当于交替放置的N极与S极,故产生的磁场也是对称分布的。流体从仪器与油管环形空间流过,切割磁力线产生感生电势,通过四个对称分布的电极即可进行测量。  磁场仿真计算结果如图3所示,从图中可以看出:http://www.kfll.cn/up_files/image/Article/2011/10/17/340188113.png图3 仪器与油管环形测量区域磁场分布图  在仪器与油管环形空间内磁场几乎是均匀分布的,尤其是在靠近仪器探头表面区域磁力线分布更加密集均匀,所以,该部分应有较高测量灵敏度。整体上说四电极电磁流量计具有较均匀的磁场分布特点,这有利于四电极电磁流量计聚合物流量测量。  3 仪器偏心对磁场分布影响  在仪器使用过程中,由于各种环境因素的影响,有时仪器并不一定处于管道中心位置,而会偏离中心一定的距离,此时激励线圈产生的磁场在管道内分布情况也发生变化。图4为仪器在管道中向右偏心1mm、2mm、3mm、4mm时磁通线分布,可以看出:当仪器偏离中心位置时,仪器与油管环形空间内磁通线呈非对称分布;随着仪器向右继续偏移,右边磁通线分布明显密集,而左边则分布明显稀疏。http://www.kfll.cn/up_files/image/Article/2011/10/17/340188114.png图4 仪器偏心时磁通线分布图  因此,井下四电极电磁流量计用于测量时,仪器应尽量在井内保持居中位置,只要仪器发生偏心,在管道中激励磁场分布就会发生变化,随之电磁流量计权重函数分布也就会发生变化,进而流体切割磁力线时产生的感应电势发生变化,最终导致仪器测量结果因偏心产生较大误差。  4 流体磁导率对磁场分布影响  磁性是一切物质都具有的属性,物质的磁性与原子、

  • 梯度磁场购买,测量。

    大家好,小弟需要弄一个梯度磁场,控制铁颗粒的运动,但是关于梯度磁场了解比较少,希望大家帮忙。我需要的是Z轴的单梯度磁场,不知道磁场梯度是否可以控制,以及如何测量磁场梯度。另外,我们实验室购买的匀强直流电磁铁,它是在Z轴方向是梯度磁场吗?

  • 【求助】氘在磁场中的分裂

    氘核(I=1)在磁场中会分裂成三个能级,即I=+1,0,-1.请问这三个状态分别表示的是什么意思?我理解的是在磁场中,一个自旋方向和磁场相同,一个相反,而0的那个则表示在磁场中不旋转。不知道这样理解是否正确。

  • 2016国产磁测量好仪器系列之五:磁场测量扫描成像系统F-30

    2016国产磁测量好仪器系列之五:磁场测量扫描成像系统F-30

    2016国产磁测量好仪器系列之五:磁场测量扫描成像系统F-30原创:李响、杨文振、薜立强、冀石磊、郑文京 工程师,北京翠海佳诚磁电科技有限责任公司推荐:陆俊 工程师,中科院物理所磁学室2016年10月28日一句话推荐理由:国产半导体器件的骄傲之作应用在中强磁场测量上的好仪器。一、引言 磁场无形,但又无处不在,无时无刻不在直接或间接的影响着我们的生活,比如地磁、磁卡、电机、变压充电器、电磁炉、微波炉、手机、磁盘、钞票、耳麦、磁悬浮列车、核磁共振成像仪这些让我们每天都在和各种各样的磁场打交道,然而对于磁场如何衡量,如何产生如何测量恐怕较少有人去关注,简单概括几点:一是磁场的单位,常用的单位是奥斯特,国际单位安每米比较小(1 Oe ~ 79.6 A/m),注意严格来讲不要将单位表达成高斯或特斯拉这两个磁感应强度单位,因为磁场强度和磁感应强度概念上完全不同,尽管二者可根据(经常以空气或真空的)磁导率相互变换,即1奥斯特磁场在真空或空气中诱导的磁感应强度为1高斯或万分之一特斯拉。二是磁场的产生,首先地球是跟我们关系最密切的磁场源,地表磁场大约为0.5奥斯特,随纬度升高有缓慢增强趋势;其次是为了产生变化磁场,可以通过永磁体机械组装的方式,也可以使用线圈中通过电流的方式,根据线圈材料或结构的不同可以形成不同类型的通电线圈磁场源,比如超导线圈在不消耗能量情况下维持100kOe以上的磁场,高强度导电材料及结构制成的1MOe以上的脉冲强磁场;还有一种和磁场产生相反,要尽可能减少磁场,以防止地球磁场或其他干扰磁场对精密传感器造成不利影响,破坏极端条件探索、精密标定测量等任务,这时要用到消磁措施,可以使用主动电流对消与被动屏蔽两种方法,综合利用消磁技术,我们可以获得比地磁场弱10个数量级的洁净磁场环境。三是磁场的测量,相比产生技术方法,磁场测量要复杂得多,其类型有电磁感应、霍尔、磁阻、磁电、磁光、磁致伸缩、磁共振及非线性磁效应等基本原理,其中值得一提的几个包括最通用且测量范围最广的感应线圈磁探测器、前沿科学探索中常用的超导量子干涉仪(SQUID)、地磁或空间磁场探测中常用的磁通门或原子光泵磁力仪、智能手机里植入的各向异性磁阻AMR芯片、磁场计量常用的核磁共振磁力仪以及跟电磁相关的生产及科研任务中常见的中等强度磁场(地磁场上下四个数量级之间)测量上最常见最常用的霍尔磁场计。以上关于磁场的量级、产生与测量方法比较汇总于图1,在中等磁场强度测量应用最广泛的为霍尔传感器,虽然它没有核磁共振磁力仪ppm级的高精度,但它同时具备足够的精密度(通常约千分之一)、高空间分辨、高线性度、单一传感器宽测量范围、成本又相对较低等明显优势,因而市面上高斯计、特斯拉计等中等强度磁场测量仪绝大多数基于霍尔传感器,本文介绍的磁测量产品也基于霍尔磁场计,在前述磁相关的器件及应用产品的质量控制、监护与升级过程中扮演着不可缺少的角色。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/11/201611101944_616260_0_3.png图1 磁场的量级、不同产生与测量方法比较概览图二、背景中科院半导体所从20世纪80年代始研究高迁移率砷化镓(GaAs)霍尔器件,后来经过两代人的薪火传承克服半导体材料制备、内置温度补偿器件设计与测量数字化采样及软件优化上的技术难题逐渐发展成熟,最终落地北京翠海公司,形成CH-1800,CH3600等被用户认可的高斯计产品。近些年为了配合电磁制造业质量提升的业界需求,为电机磁体、核磁共振磁体空间均匀性、多级磁体分布提供系统的测量方案,翠海公司在高斯计的基础上增加无磁运动机构和软件集成,开发出F-30磁场测量扫描成像仪,照片如图2所示。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/11/201611101944_616259_0_3.jpg图2 F-30 型磁场测量扫描成像设备照片三、简介F-30由上位机(装有控制软件)、高精度高斯计(一维或者三维)、与高斯计搭配的探头、多维电控位移台以及位移台的控制器组成,如图3所示。简单来说可以分为两个部分,一部分只是用来采集数据,另一部分只是位移,两个部分搭配起来就组成了这个位移采集系统。位移模块由多维电控位移台和位移台控制器组成,通过操作上位机软件给控制器下命令,控制器就根据命令带动电控位移台各个轴运动,这个电控位移台的参数(台面大小、运动轴长度、运动方式、多少维度)用户可定制,即实现在允许范围内的各个角度、各种形状的扫描。 数据采集模块由高精度高斯计和与高斯计配套的探头组成,电控位移台的轴上有固定的探头夹持位置,采集数据时将探头放在夹持位置上,探头测量的数据实时上传到高斯计上,而高斯计与上位机软件通信连接,上位机则根据需要选择是否记录当前位置的数据。通过上位机软件控制位移台控制器和高斯计,可以将位移台上某个位置与高斯计读到的数据值相关联,一维高斯计读到的就是运动到的点对应的某个方向的数据值,三维高斯计则是一个点上 X 方向的值、Y 方向的值、Z 方向的值、此点上的温度(根据需要探头和高斯计中可有温度补偿功能)及三轴中两两矢量和、总矢量和的数值大小和方向夹角,扫描的数据可以导出保存在 EXCEl 中,根据位置和数据值可由软件绘制出各种需要的示意图:二维标准图、二维颠倒图、二维雷达图、三维曲线图、三维网状图、三维立体图、矢量图、圆柱展开图及多条曲线或多个立体图放在同一张图中进行对照比较。软件中还对常见的几种形状(空间磁场分布、矩形图、磁环、同心圆等)的扫描进行了集成化,只需设置几个参数便可以自动进行扫描,自由度高,精准度高,无需看管。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/11/201611101944_616261_0_3.png图3 F-30型磁场测量扫描成像仪组成框图F-30根据不同的测量件需求可以定制,磁场测量部件的主要技术指标如表1,传感器照片如图4,其测量方向、维度以及尺寸都可以根据需要定制。 关于磁场扫描成像时间,(1)常规扫描:每点扫描时间可设置,一般为保证数据的稳定性,在每点的停留时间为1~2s,总时间由测试工件尺寸和扫描步长决定;(2)快速扫描模式:在位移台运动过程中不做停留,通过高速数据采集获得每点磁场值每点测量可小于0.1s。表1: F-30磁场测量部件主要指标http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/11/201611101944_616269_0_3.jpg运动部件有三个平移与两个旋转自由度,大致示意图如图5,典型测试场景及系统软件照片如图6所示,运动部件指标表2。表2 F-30运动学指标列表http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images

  • 关于电镜的磁场干扰问题

    如果电镜做出来的照片明显有磁场干扰,怎么办?我在网上查过一个理化公司卖的环境磁场检测仪,除了能检测磁场还可以检测其他的干扰吗?他是针对电子显微镜使用的吗?平时我们家用的电视电脑可以用这个吗?是不是很贵?

  • 【原创】带电粒子在电磁场中的运动方程

    【原创】带电粒子在电磁场中的运动方程

    [center]一、带电粒子在电磁场中的运动方程[/center]带电粒子在电磁场中运动时,将受到电场力和磁场力的作用。根据牛顿第二定律,带电粒子在电磁场中的运动方程为:[center][img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/2009112113026_01_1623423_3.jpg[/img][/center] 在回旋加速器中粒子的轨道大多呈圆形或螺旋线形,所以,当讨论粒子在加速器中的运动时常采用圆柱坐标系。以z代表轴向,以r代表径向,以Ө 代表辐向,则(2。1)式可写成三个分量的运动方程式:[center][img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/10/200911211325_01_1623423_3.jpg[/img][/center]

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