专利名称：防伪用稳定同位素标记物质与质谱识读器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种稳定同位素标记物质与质谱识读器，具体地说，涉及一种防伪用的稳定同位素标记物质与质谱识读器。
现有稳定同位素标记物质已经覆盖了元素周期表上大多数多同位素元素。它们应用于两个方面定量分析内标(稳定同位素稀释法)和过程的示踪。由于质谱方法是分析稳定同位素的唯一普适的方法，上述应用都是在实验室内使用大型质谱仪器完成的；在这些分析中，样品必须放到仪器的真空室内；样品由于前处理和电离而遭到破坏。由于这些问题的存在，现有稳定同位素标记技术无法应用于产业上的防伪。
本发明的目的是提供一种稳定同位素标记物质和相应的质谱识读器，从两者结合为一体的观点出发，解决防伪应用问题。
本发明的目的是由下述技术方案完成的本方案确定的稳定同位素标记物质，其特征是取锂元素的同位素为标记同位素，以其特定的非天然同位素丰度比值为防伪密码。该标记物质有一定编码容量，有优秀的防伪标识功能，而且为质谱识读器小型化奠定了基础。
本方案确定的稳定同位素质谱识读器是由真空接口样品平台、离子枪、二次离子引出聚焦透镜、磁分析器、电子倍增器双接收器组成，其特征是1.以一种真空接口样品平台代替现有技术的各种进样装置，其特征是防伪标志体(以下称样品)主体置于识读器真空室外大气中，只有真空接口限定的样品局部表面(密码区)处于真空环境接受识读。其具体结构如下它是由顶面、两个密封环、接口、压板、闸阀、低真空管道组成。顶面上有一个由同心双重密封环构成的真空接口。其内环空间与两环间隙可分别抽低真空。当开启闸伐后，内环空间与高真空区相通。这种情况下，两环间隙抽低真空，对内环空间高真空的维持提供了保证。
2.为与上述进样方式配套，引用离子枪对上述密码区进行离子轰击电离，离子束的能量由低到高，步进递增，同时以实时测到锂同位素丰度比值为停止步进的信号，这样可在轰击能量最低，物质消耗最少的情况下完成电离，把电离对密码区的破坏降至最小。
质谱方程表明，离子在磁场中偏转轨迹半径与离子自身质量平方根成正比。由于氢易发生同位素交换反应，由它制作的防伪密码会改变；氦因化学惰性，标记困难；碳、氮、氧有本底问题；硼可列为第二位侯选者，因为只有锂同时具有如下条件电离电位较低5.39eV，同位素间质量相对差别较大ΔM/M≈15％，无本底问题，可使磁分析器小型化到最小程度。
与现有稳定同位素标记技术相比，上述技术方案的总体效果是，质谱识读器小型化了，样品主体可放置在大气中接受识读，样品被电离后基本上保持完好。
与现有防伪技术相比，上述技术方案的防伪功能有如下特点目前使用的防伪标志，有的是利用物质的宏观性质(如水印、模版)，有的是利用分子、原子的光、磁等性质(如全息、荧光、磁码)，同位素标记涉及到原子核层次，由于同位素具有相同的化学性质，化学分析方法无法识读同位素密码。一般的化学过程可改变标记物质的化学形态，但不能改变同位素密码。这对恶劣气候条件下或涉及事故安全情况下使用的防伪标志有特殊意义。
图1是质谱识读器的框图。
图2是真空接口样品平台结构示意图。
下面把防伪标记对象分两类，结合
实施方法。
纸质载体商标，标志，有价证券，标据按稳定同位素稀释法计算公式确定锂元素的特定非天然同位素丰度比值。根据容易电离、与其他配料能均匀混合、标志牢固稳定原则，制备成锂的无机化合物，如Li2CO3，LiAl(SiD3)2，或有机化合物。通过敷涂、印刷、打字、书写、印痕等方法转移至防伪产品纸法上预先选定的位置，形成密码区。每个秘密码一般含微克级的锂。
真空接口样品平台顶板7上的接口9为Φ4园孔，识读密码时，将样品6的密码区对准园孔9的中心后，盖上压板10压紧。此时闸阀11关闭，这样允许在整机运行状态下更换样品，闸阀有一带孔的闸板，闸板可在水平方向作“开”“关”移动，移动是通过引铁，由外电磁线圈控制的。样品放好后，先对内环空间与两环间隙通过两条不同的管12抽低真空，低真空抽好后，内环空间停抽，开启闸阀11，内环空间与分析室高真空区相通，开始对样品密码区进行识读。
这种识读(密码区电离)不允许使用电子电离、热电离等破坏性电离手段，只能用离子枪或原子枪粒子轰击的办法，既对物质能有效电离，又使物质不遭受显著破坏。
由于用负离子轰击可提高二级正离子产额，从而减少样品消耗，本方案选择了碘离子枪。工作物质碘化铯，热电离，一般控制束斑约1mm2，电流密度10-8/cm2。电离所需要的离子轰击能量与标记化合物的性质及其在基质中被束缚的状态有关。为适应不同情况，采用如下自动控制程序离子轰击能量从低档开始，步进递增，例如30，90，270，810，1500，3000eV，步进时间3秒，以电子倍增器双接收器测量端实时测到可靠结果为停止步进信号。这样可在较低能量、较低物质耗损的情况下完成测量。
离子轰击产生的二次锂离子，径引出聚焦透镜3成束后射向磁分析器4。磁分析器为4千高斯的扇形永久磁铁，中心轨道半径3.5厘米，两极间隙为5毫米，整体置于真空室内。
经磁分析器分离后出射的6Li+与7Li+两束离子流由通道电子倍增器双接收器同时接收检测，自动计算同位素丰度比值的测量值，与设定的密码值比较，最后在显示器上给出真伪识读结果。
质谱识读器的外壳、真空接口样品平台1、压板10、接地，离子枪2、二次离子引出聚焦透镜3磁分析器4接高压，电子倍增器5阴接高压阳极接地。
金属载体金属标牌，金属零部件除参照上述说明外还要注意如下问题在金属载体上制作防伪标志，可采用常规离子注入法，也可以利用本技术方案中的真空接口样品台1和离子枪2组成的离子注入功能。与常规离子注入不同之处，这后种情况下，在于样品主体可置于真空室外大气中，对标记物质利用率较高。这时把I-改成Li+，工作物质可采取人工烧结的铝硅酸盐Al2O3·nSiO2·Li2O，工作在750-1200℃，离子轰击能量取4-6KeV。
识读金属载体上这种密码时，离子枪轰击离子的能量要比纸质载体高，可在2-6KeV内选取。
陶瓷产品的情况与金属相似。
权利要求
1.一种防伪用稳定同位素标记物质，其特征在于取锂元素的同位素为标记同位素，以其特定的非天然同位素丰度比值为防伪密码。
2.一种防伪用稳定同位素质谱识读器，由真空接口样品平台(1)、轰击离子枪(2)、二次离子引出聚焦透镜(3)、磁分析器(4)、电子倍增器双接收器(5)组成，其特征在于采用一种真空接口样品平台(1)，可将防伪标志体(6)的主体置于真空室外的大气中，只有其真空接口(9)限定的防伪标志体的密码区局部表面处于真空环境接受识读；为与上述取样方式配套，引用离子枪(2)，对密码区进行离子轰击电离，轰击离子束的能量由低到高步进递增，同时以实时测到锂同位素丰度比值为停止步进的信号，这样可在轰击能量最低，物质消耗最少的情况下完成电离，把电离对密码区的破坏降至最小。
3.按照权利要求2所规定的质谱识读器，其中真空接口样品平台(1)是由顶面(7)、两个密封环(8)、接口(9)、压板(10)、闸阀(11)、两条低真空管道(12)组成，其特征在于，顶面(7)上有一个由同心双重密封环(8)构成的真空接口(9)，其内环空间与两环间隙可通过管道(12)分别抽低真空，当开启闸阀(11)后，内环空间与高真空区相通，这种情况下，两环间隙抽低真空，对内环空间高真空的维持提供了保证。
全文摘要
一种防伪用稳定同位素标记物质和质谱识读器。目的是解决产业防伪问题。主要特征是,选取锂同位素为标记同位素,这奠定了质谱识读器小型化的基础。质谱识读器可将防伪标志体主体置于大气中接受识读,电离后不会有明显损害。各种化学分析方法无法破解稳定同位素标记密码,它可以制作在纸张、金属、陶瓷载体上。此密码可独立使用,也可在多重防伪中,作为一道“机读”防线。
文档编号H01J49/26GK1243249SQ99100170
公开日2000年2月2日 申请日期1999年1月18日 优先权日1999年1月18日
发明者刘炳寰, 李华章 申请人:刘炳寰