[发明专利]一种便携式离子阱调频质谱仪的数字测控系统

说明书

本发明涉及一种便携式离子阱调频质谱仪的数字测控系统，它包括上位机、D/A数模交换器、滤波板、离子源、高速高压放大模块、离子阱和电荷检测器。上位机输出的数字控制信号经D/A数模交换器转换为模拟控制信号后，传输至滤波板进行滤波处理后分别传输至离子源和高速高压放大模块；高速高压放大模块将接收到模拟控制信号放大处理后传输至离子阱。离子源设置在离子阱正上方，离子阱的正下方设置有电荷检测器，电荷检测器将检测到的颗粒信息传输至D/A数模交换器处理后，传输到上位机。本发明体积小巧，结构紧凑，实现了质谱仪与测控系统的一体化、便携化。

技术领域

本发明涉及一种数字测控系统，特别是关于一种便携式离子阱调频质谱仪的数字测控系统。

背景技术

纳米和微米尺度的颗粒，比如灰尘、气溶胶、细胞、病毒、微材料等，在人类生产和生活中扮演着不可忽视的角色。它们在空气污染、医药学、健康学、材料学等领域都有着很重要的地位。席卷全国的微米级颗粒PM2.5，由于其对国民健康的严重威胁更是受到了广泛关注。由于颗粒的尺度对颗粒光学、电学、热动力学等性质有着重要影响，分析化学家迫切的希望知道颗粒的大小、质量、密度等参数。从实际来看，在环境检测中分析气溶胶、生物医学中分析微生物等领域都需要原位、实时、快速的给出分析结果，因此，一种便携式的颗粒尺度分析装置以及对它的控制系统开发是非常有必要的。

质谱是一种可以给出粒子质量信息的技术，它在分析各种纳米尺度以下的分子或混合物中表现出了强大的能力，但是将它运用在纳米、微米尺度的颗粒要困难的多。传统的质谱离子源技术，比如：基质辅助激光解吸电离离子源(MALDI)、电喷雾离子源(ESI)等容易使微生物颗粒解体、难以测定巨大分子量的颗粒而不适于运用到颗粒质谱中。2005年，颗粒物质的激光诱导声波解析电离离子源(LIAD)的发展，这对于微生物分析是一种相对较温和的方法。在此基础上，利用激光诱导声波解吸-圆柱离子阱-光散射的方法实现了对人类腺病毒、彩虹病毒和牛痘病毒的分析。此后，利用激光诱导声波解吸-四极离子阱-电荷检测的方法测定了一系列动物以及正常人和贫血病人的红细胞的质量。2013年，利用气动解吸电离-四级离子阱-电荷检测的方法测定了正常人和贫血病人的红细胞的质量。

气动解吸电离离子源质谱的工作流程：在四极离子阱的环电极上加下射频电压，上端帽电极和下端帽电极均接地。将样品粉末置于样品板上，进样导管在一般情况下被导管阀控制，并处于关闭状态，当导管阀短时间的开启时，受离子阱真空的负压吸引，样品会解吸并进入离子阱中电离，之后快速关闭导管阀，完成进样。射频电压的频率线性地进行扫描，使阱中离子不稳定抛出并被电荷检测器检测。

气动解吸电离-四级离子阱-电荷检测技术的部件小巧、分析迅速，因此将此技术一体化组装可以使质谱仪紧凑、便携。不过，气动辅助离子源需要严格控制导管阀开启的时机与时长，并且与离子阱的扫描频率变化配合不好。所以，如何实现对这样一个质谱仪精确的整体控制是一个难点。为此，开发一套针对于这种检测颗粒用的便携式离子阱调频质谱仪的整体数字测控系统，以达到其原位、实时、快速的检测要求是很有必要的。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种便携式离子阱调频质谱仪的数字测控系统，其能对颗粒进行原位、实时和快速的检测。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种便携式离子阱调频质谱仪的数字测控系统，其特征在于它包括上位机、D/A数模交换器、滤波板、离子源、高速高压放大模块、离子阱和电荷检测器；所述上位机输出的数字控制信号经所述D/A数模交换器转换为模拟控制信号后，传输至所述滤波板进行滤波处理后分别传输至所述离子源和所述高速高压放大模块；所述高速高压放大模块将模拟控制信号传输至所述离子阱；所述离子源设置在所述离子阱正上方，所述离子阱的正下方设置有所述电荷检测器，所述电荷检测器将检测到的样品信息传输至所述D/A数模交换器处理后，传输至所述上位机。

优选地，所述离子源采用气动解吸电离离子源。