[发明专利]缩短离子门脉冲时间的控制和数据处理方法

说明书

本发明公开了一种缩短离子门脉冲时间的控制和数据处理方法，包括：产生调频信号或者二元伪随机序列，生成调制信号；离子门控制与复合离子电流检测，傅里叶快速解卷积和滤波降噪处理。本发明最主要的特征在于对复合离子电流信号进行快速傅里叶解卷积，具有灵敏度高，分辨率高的特点，可超越传统方法的极限而逼近最高理论值，且实施容易，成本低。

技术领域

本发明涉及一种缩短离子门脉冲时间的控制和数据处理方法，在提高离子迁移谱仪分辨率的同时提高其信噪比，属于分析仪器领域。

背景技术

离子迁移谱具有结构简单，稳定可靠，灵敏度高，分析速度快，分析成本低等特点。目前，离子迁移谱主要应用于机场、车站等安检场合，在易制毒化学品的检测等方面得到了广泛应用。与色谱仪及质谱仪结合，离子迁移谱在食品安全、药物分析、环境监测、代谢组学等领域的应用越来越广泛。基于迁移管的离子迁移谱仪通常由离子源、离子门、迁移分离区和检测器组成。离子在电场的驱使下通过周期性开启的离子门进入漂移区，并在与逆流漂移的中性气体分子不断碰撞。由于这些离子在电场中各自迁移速率不同，使得不同的离子根据碰撞截面积及所携带电荷不同而得到分离并先后到达收集极被检测。

影响离子迁移谱性能的主要因素包括灵敏度和分辨率两个方面。传统的离子迁移谱的工作模式是周期性打开离子门引入一个离子脉冲，通常为一个矩形脉冲。为了引入更多的离子以增大测量的信噪比进而降低最小检出限，增大脉冲的宽度是一个有效的途径，但受到离子迁移谱分辨率的制约。离子迁移谱的分辨率取决于测量条件下离子的热力学扩散及离子脉冲的宽度，在热力学扩散一定的情况下，离子脉冲宽度越小，其测量的分辨率越高，但信噪比越低。

为了解决信噪比和分辨率的矛盾，一个有效的方法是提高离子源的效率产生更多的离子，或利用高电场将离子源产生的离子进行空间压缩，从而在相同的脉宽时间内引入更多离子，但这种方法会增加离子片断内电荷的密度，从而增大了内部电荷之间的斥力，使得峰宽会因斥力而变宽，分辨率会变低。另外，由于离子在大气压下较低的运动速度，脉冲宽度进一步减小的难度很大，且过高的脉冲电压将引起迁移管内部放电，因而应用受到局限。另一个替代方法是采用多路复用的方法。在公开的文献和专利中，多路复用离子迁移谱都是采用离子门调制的方法，采用线性调频信号、Hadamard编码等方式控制离子门的开关，可将离子门的占空比提高至50％，再利用傅里叶变换、Hadamard变换、互相关变换等方法等重构离子迁移谱信号。

傅里叶变换的分辨率较低，且受到加窗函数的影响，有效信号的损失较大，灵敏度提高有限。Hadamard变换容易产生变换假峰，因而影响谱图的判别分析。互相关变换在调制周期较短时谱图歧变严重，且分辨率取决于扫描频率，分辨率越高灵敏度越低。因而，在离子迁移谱领域开发大幅缩短离子门开门时间，既能大幅提高离子迁移谱灵敏度，更能大幅提高分辨率的先进控制和数据处理方法是目前本领域技术人员迫切解决的技术难题。

发明内容

为了解决上述问题，针对传统单脉冲离子迁移谱及多路复用离子迁移谱的缺点，本发明采用调频信号或者二元伪随机序列来生成调制信号；在离子门调制时离子门同步采集迁移谱的复合离子电流，利用快速解卷积和滤波降噪处理来得到离子迁移谱图。本发明灵敏度高，分辨率可超越传统方法的极限而逼近最高理论值，且容易实施，成本低。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

缩短离子门脉冲时间的控制和数据处理方法，包括以下步骤：

步骤1：产生调频信号或者二元伪随机序列；

产生的调频信号或者二元伪随机序列是一时间作为自变量的函数，其中调频信号为线性调频、非线性调频、升频序列、降频序列中的一种。

优选为线性升频方波序列，其产生的表达式为：

上式中，T为调制周期，F为调制频率，w₀为初始相位，t为时间，cos为余弦函数。