[发明专利]一种使用Hadamard变换方法的离子迁移谱仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种离子迁移谱仪(IMS：Ion Mobility Spectrometer)，特别涉及一种使用Hadamard变换数据处理实现方法的离子迁移谱仪。

背景技术

当今世界的反恐防暴的形势，使基于各种学科和技术的防暴检测设备得到长足的发展，除了基于分析化学学科的仪器装备外，基于物理方法的有：离子迁移谱(IMS)法、中子检测法、X射线检测法、核四极矩共振法等。

IMS探测技术是一种通过测量离子迁移速度来鉴定物质种类检测技术，离子在稳定电场及大气环境气压下通过迁移管，不同的离子具有不同的迁移时间，鉴别离子的迁移时间可对离子进行分离、定性；IMS探测技术出现于20世纪60年代，经过近40年来的研究，IMS探测仪器已发展为简单实用、灵敏度高、速度快、体积小、可进行自动比对分析的检测仪器，成为海关、机场和口岸等场所使用率最高的检测设备之一。

IMS(离子迁移谱)探测技术从根本上讲是一个离子分离技术，而离子迁移管是整台仪器的关键部件，它的好坏直接影响了仪器的整体性能。如图1所示，现有的离子迁移管主要分为四个部分：离化区、离子门、迁移区和电荷收集器；离子迁移谱仪的主要工作原理为：样品在采集、加热气化后，由载气带入离化区，载气分子和样品分子在离化区中的离化源的作用下发生一系列的电离反应和离子-分子反应，形成各种产物的离子；在电场的作用下，这些产物的离子通过周期性开启的离子门进入迁移区；产物的离子一方面从电场获得能量作定向漂移，另一方面与逆向流动的中性迁移气体分子不断碰撞而损失能量，宏观上形成沿电场方向的迁移速度，由于这些产物的离子的质量、所带电荷、碰撞截面和空间构型各不相同，故在电场中各自迁移的速率不同，使得不同的离子到达电荷收集器上的时间不同而得到分离；电荷收集器收集电荷，经过放大器将微小的电信号放大，然后对放大的信号进行处理并检测；通过与样品库中各种不同物质的迁移率的匹配，实现探测物质的识别；离子的迁移率就是通过测定离子穿过确定距离的迁移时间或者迁移速度来间接获得。

现有的离子迁移管中的这些过程都是在大气压力下完成的，温度与湿度对离子的迁移过程影响非常大，所以保证一个相对稳定的迁移环境是绝对必要的；在迁移气体进行干燥和净化后进入迁移区，如对迁移管的温度实行精确控制，都能保证迁移管内有一个比较稳定的环境。

同时，与其他现场痕量检测技术比较，IMS(离子迁移谱)探测技术的物理结构相对简单，但有两个问题须解决：提高分辨率(尽量减少进入电场后离子团的空间和能量发散)和提高占空比(使离子源提供尽可能多的离子)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种使用Hadamard变换方法的离子迁移谱仪，针对现有的离子迁移谱仪的问题，有效地提高占空比，获得更多的产物的离子。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种使用Hadamard变换方法的离子迁移谱仪，它包括电离反应区、迁移区和电荷收集器，所述电离反应区内设置有离化源，所述电离反应区与所述迁移区之间设置有离子门，其特征在于，所述电离反应区的入口端设置有进样装置，所述离子门连接有一用于控制所述离子门周期性开关的伪随机二进制序列发生装置，所述电荷收集器连接有一用于完成信号数据的采集及结果的比对，若与样品数据库中的记录比对成功则报警的数据分析装置，所述离子迁移谱仪还包括一通过传感器对包括气体流量和各点温度进行精确控制的控制装置。

在本发明的一个实施例中，所述伪随机二进制序列发生装置中的伪随机二进制序列为最大长度线性反馈的移位寄存器序列，所述移位寄存器序列由一线性反馈的n级移位寄存器生成。

进一步，所述伪随机二进制序列发生装置中的伪随机二进制序列由可编程逻辑器件产生。

在本发明的一个实施例中，所述离子门的控制频率为1kHz，所述离子门的开门时间为200μs。

在本发明的一个实施例中，所述电离反应区内的离化源采用放射性物质63Ni。

在本发明的一个实施例中，所述迁移区由一组电阻环组成，形成一个均匀电场，提供离子运动所需的能量。

在本发明的一个实施例中，所述控制装置采用嵌入式非对称双核处理器ARM+DSP作为控制芯片。

进一步，所述控制装置通过PID控制算法对所述离子迁移谱仪中的气体与温度等进行精确控制。

进一步，所述控制装置采用轮询的方式间隔地对每个传感器进行数据采集，每次采集一点。

进一步，所述轮询的间隔时间为10ms。