專利名稱：防偽用穩(wěn)定同位素標記物質(zhì)與質(zhì)譜識讀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種穩(wěn)定同位素標記物質(zhì)與質(zhì)譜識讀器，具體地說，涉及一種防偽用的穩(wěn)定同位素標記物質(zhì)與質(zhì)譜識讀器。
現(xiàn)有穩(wěn)定同位素標記物質(zhì)已經(jīng)覆蓋了元素周期表上大多數(shù)多同位素元素。它們應(yīng)用于兩個方面定量分析內(nèi)標(穩(wěn)定同位素稀釋法)和過程的示蹤。由于質(zhì)譜方法是分析穩(wěn)定同位素的唯一普適的方法，上述應(yīng)用都是在實驗室內(nèi)使用大型質(zhì)譜儀器完成的；在這些分析中，樣品必須放到儀器的真空室內(nèi)；樣品由于前處理和電離而遭到破壞。由于這些問題的存在，現(xiàn)有穩(wěn)定同位素標記技術(shù)無法應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)上的防偽。
本發(fā)明的目的是提供一種穩(wěn)定同位素標記物質(zhì)和相應(yīng)的質(zhì)譜識讀器，從兩者結(jié)合為一體的觀點出發(fā)，解決防偽應(yīng)用問題。
本發(fā)明的目的是由下述技術(shù)方案完成的本方案確定的穩(wěn)定同位素標記物質(zhì)，其特征是取鋰元素的同位素為標記同位素，以其特定的非天然同位素豐度比值為防偽密碼。該標記物質(zhì)有一定編碼容量，有優(yōu)秀的防偽標識功能，而且為質(zhì)譜識讀器小型化奠定了基礎(chǔ)。
本方案確定的穩(wěn)定同位素質(zhì)譜識讀器是由真空接口樣品平臺、離子槍、二次離子引出聚焦透鏡、磁分析器、電子倍增器雙接收器組成，其特征是1.以一種真空接口樣品平臺代替現(xiàn)有技術(shù)的各種進樣裝置，其特征是防偽標志體(以下稱樣品)主體置于識讀器真空室外大氣中，只有真空接口限定的樣品局部表面(密碼區(qū))處于真空環(huán)境接受識讀。其具體結(jié)構(gòu)如下它是由頂面、兩個密封環(huán)、接口、壓板、閘閥、低真空管道組成。頂面上有一個由同心雙重密封環(huán)構(gòu)成的真空接口。其內(nèi)環(huán)空間與兩環(huán)間隙可分別抽低真空。當開啟閘伐后，內(nèi)環(huán)空間與高真空區(qū)相通。這種情況下，兩環(huán)間隙抽低真空，對內(nèi)環(huán)空間高真空的維持提供了保證。
2.為與上述進樣方式配套，引用離子槍對上述密碼區(qū)進行離子轟擊電離，離子束的能量由低到高，步進遞增，同時以實時測到鋰同位素豐度比值為停止步進的信號，這樣可在轟擊能量最低，物質(zhì)消耗最少的情況下完成電離，把電離對密碼區(qū)的破壞降至最小。
質(zhì)譜方程表明，離子在磁場中偏轉(zhuǎn)軌跡半徑與離子自身質(zhì)量平方根成正比。由于氫易發(fā)生同位素交換反應(yīng)，由它制作的防偽密碼會改變；氦因化學(xué)惰性，標記困難；碳、氮、氧有本底問題；硼可列為第二位侯選者，因為只有鋰同時具有如下條件電離電位較低5.39eV，同位素間質(zhì)量相對差別較大ΔM/M≈15％，無本底問題，可使磁分析器小型化到最小程度。
與現(xiàn)有穩(wěn)定同位素標記技術(shù)相比，上述技術(shù)方案的總體效果是，質(zhì)譜識讀器小型化了，樣品主體可放置在大氣中接受識讀，樣品被電離后基本上保持完好。
與現(xiàn)有防偽技術(shù)相比，上述技術(shù)方案的防偽功能有如下特點目前使用的防偽標志，有的是利用物質(zhì)的宏觀性質(zhì)(如水印、模版)，有的是利用分子、原子的光、磁等性質(zhì)(如全息、熒光、磁碼)，同位素標記涉及到原子核層次，由于同位素具有相同的化學(xué)性質(zhì)，化學(xué)分析方法無法識讀同位素密碼。一般的化學(xué)過程可改變標記物質(zhì)的化學(xué)形態(tài)，但不能改變同位素密碼。這對惡劣氣候條件下或涉及事故安全情況下使用的防偽標志有特殊意義。
圖1是質(zhì)譜識讀器的框圖。
圖2是真空接口樣品平臺結(jié)構(gòu)示意圖。
下面把防偽標記對象分兩類，結(jié)合


實施方法。
紙質(zhì)載體商標，標志，有價證券，標據(jù)按穩(wěn)定同位素稀釋法計算公式確定鋰元素的特定非天然同位素豐度比值。根據(jù)容易電離、與其他配料能均勻混合、標志牢固穩(wěn)定原則，制備成鋰的無機化合物，如Li2CO3，LiAl(SiD3)2，或有機化合物。通過敷涂、印刷、打字、書寫、印痕等方法轉(zhuǎn)移至防偽產(chǎn)品紙法上預(yù)先選定的位置，形成密碼區(qū)。每個秘密碼一般含微克級的鋰。
真空接口樣品平臺頂板7上的接口9為Φ4園孔，識讀密碼時，將樣品6的密碼區(qū)對準園孔9的中心后，蓋上壓板10壓緊。此時閘閥11關(guān)閉，這樣允許在整機運行狀態(tài)下更換樣品，閘閥有一帶孔的閘板，閘板可在水平方向作“開”“關(guān)”移動，移動是通過引鐵，由外電磁線圈控制的。樣品放好后，先對內(nèi)環(huán)空間與兩環(huán)間隙通過兩條不同的管12抽低真空，低真空抽好后，內(nèi)環(huán)空間停抽，開啟閘閥11，內(nèi)環(huán)空間與分析室高真空區(qū)相通，開始對樣品密碼區(qū)進行識讀。
這種識讀(密碼區(qū)電離)不允許使用電子電離、熱電離等破壞性電離手段，只能用離子槍或原子槍粒子轟擊的辦法，既對物質(zhì)能有效電離，又使物質(zhì)不遭受顯著破壞。
由于用負離子轟擊可提高二級正離子產(chǎn)額，從而減少樣品消耗，本方案選擇了碘離子槍。工作物質(zhì)碘化銫，熱電離，一般控制束斑約1mm2，電流密度10-8/cm2。電離所需要的離子轟擊能量與標記化合物的性質(zhì)及其在基質(zhì)中被束縛的狀態(tài)有關(guān)。為適應(yīng)不同情況，采用如下自動控制程序離子轟擊能量從低檔開始，步進遞增，例如30，90，270，810，1500，3000eV，步進時間3秒，以電子倍增器雙接收器測量端實時測到可靠結(jié)果為停止步進信號。這樣可在較低能量、較低物質(zhì)耗損的情況下完成測量。
離子轟擊產(chǎn)生的二次鋰離子，徑引出聚焦透鏡3成束后射向磁分析器4。磁分析器為4千高斯的扇形永久磁鐵，中心軌道半徑3.5厘米，兩極間隙為5毫米，整體置于真空室內(nèi)。
經(jīng)磁分析器分離后出射的6Li+與7Li+兩束離子流由通道電子倍增器雙接收器同時接收檢測，自動計算同位素豐度比值的測量值，與設(shè)定的密碼值比較，最后在顯示器上給出真?zhèn)巫R讀結(jié)果。
質(zhì)譜識讀器的外殼、真空接口樣品平臺1、壓板10、接地，離子槍2、二次離子引出聚焦透鏡3磁分析器4接高壓，電子倍增器5陰接高壓陽極接地。
金屬載體金屬標牌，金屬零部件除參照上述說明外還要注意如下問題在金屬載體上制作防偽標志，可采用常規(guī)離子注入法，也可以利用本技術(shù)方案中的真空接口樣品臺1和離子槍2組成的離子注入功能。與常規(guī)離子注入不同之處，這后種情況下，在于樣品主體可置于真空室外大氣中，對標記物質(zhì)利用率較高。這時把I-改成Li+，工作物質(zhì)可采取人工燒結(jié)的鋁硅酸鹽Al2O3·nSiO2·Li2O，工作在750-1200℃，離子轟擊能量取4-6KeV。
識讀金屬載體上這種密碼時，離子槍轟擊離子的能量要比紙質(zhì)載體高，可在2-6KeV內(nèi)選取。
陶瓷產(chǎn)品的情況與金屬相似。
權(quán)利要求
1.一種防偽用穩(wěn)定同位素標記物質(zhì)，其特征在于取鋰元素的同位素為標記同位素，以其特定的非天然同位素豐度比值為防偽密碼。
2.一種防偽用穩(wěn)定同位素質(zhì)譜識讀器，由真空接口樣品平臺(1)、轟擊離子槍(2)、二次離子引出聚焦透鏡(3)、磁分析器(4)、電子倍增器雙接收器(5)組成，其特征在于采用一種真空接口樣品平臺(1)，可將防偽標志體(6)的主體置于真空室外的大氣中，只有其真空接口(9)限定的防偽標志體的密碼區(qū)局部表面處于真空環(huán)境接受識讀；為與上述取樣方式配套，引用離子槍(2)，對密碼區(qū)進行離子轟擊電離，轟擊離子束的能量由低到高步進遞增，同時以實時測到鋰同位素豐度比值為停止步進的信號，這樣可在轟擊能量最低，物質(zhì)消耗最少的情況下完成電離，把電離對密碼區(qū)的破壞降至最小。
3.按照權(quán)利要求2所規(guī)定的質(zhì)譜識讀器，其中真空接口樣品平臺(1)是由頂面(7)、兩個密封環(huán)(8)、接口(9)、壓板(10)、閘閥(11)、兩條低真空管道(12)組成，其特征在于，頂面(7)上有一個由同心雙重密封環(huán)(8)構(gòu)成的真空接口(9)，其內(nèi)環(huán)空間與兩環(huán)間隙可通過管道(12)分別抽低真空，當開啟閘閥(11)后，內(nèi)環(huán)空間與高真空區(qū)相通，這種情況下，兩環(huán)間隙抽低真空，對內(nèi)環(huán)空間高真空的維持提供了保證。
全文摘要
一種防偽用穩(wěn)定同位素標記物質(zhì)和質(zhì)譜識讀器。目的是解決產(chǎn)業(yè)防偽問題。主要特征是,選取鋰同位素為標記同位素,這奠定了質(zhì)譜識讀器小型化的基礎(chǔ)。質(zhì)譜識讀器可將防偽標志體主體置于大氣中接受識讀,電離后不會有明顯損害。各種化學(xué)分析方法無法破解穩(wěn)定同位素標記密碼,它可以制作在紙張、金屬、陶瓷載體上。此密碼可獨立使用,也可在多重防偽中,作為一道“機讀”防線。
文檔編號H01J49/26GK1243249SQ99100170
公開日2000年2月2日 申請日期1999年1月18日 優(yōu)先權(quán)日1999年1月18日
發(fā)明者劉炳寰, 李華章 申請人:劉炳寰