[发明专利]一种基于脉冲前沿时间测量和幅度修正算法的飞行时间质谱仪电子学读出方法

摘要

一种飞行时间质谱仪电子学读出方法，它可以同时提高飞行时间质谱仪的时间分辨与定量性能。区别于传统飞行时间质谱仪单靠ADC波形采样或单靠TDC脉冲时间测量的读出电子学方案，本发明将脉冲前沿时间测量与脉冲成形采样方案相结合，利用中低速ADC对成形后的脉冲进行采样得到的幅度信息，对TDC测得的前沿时间进行修正，既显著改善了时间分辨的效果，又提高了仪器的定量性能。本发明利用脉冲成形电路加中低速ADC(约100M SPS)，取代昂贵的高速ADC(1G SPS以上)芯片，利用直接的脉冲前沿甄别，取代传统飞行时间质谱仪读出电子学中的恒比定时(CFD)电路，在提高性能的同时，降低了仪器成本。

主权项

一种基于脉冲前沿时间测量和幅度修正算法的飞行时间质谱仪电子学读出方法，其主要包括：将脉冲前沿时间测量与脉冲成形采样相结合的方法以及对时间测量结果进行在线修正的方法。上述将脉冲前沿时间测量与脉冲成形采样相结合的方法步骤如下：步骤a，首先将来自离子检测器(通常是微通道板)的探测器信号利用前置放大器进行放大，然后将放大后的信号通过射频电缆送到电子学数据采集卡。步骤b，来自前放的信号到达电子学数据采集卡后，先经模拟缓冲器(Buffer)进行1∶1放大；步骤c，将步骤b中的放大后的信号分成两路输出，一路先经过成形电路，然后送到中低速ADC进行波形采样，另一路先经比较器(也称之为甄别器)转换成数字脉冲，然后送到TDC。其中，中速ADC的采样率为1G SPS以下(例如100M SPS)，成形电路的时间常数为数十至数百纳秒(例如100ns)。所采用的TDC的时间分辨率约为数十至数百皮秒(例如100ps)。步骤d，ADC和TDC的数据被送到数据采集卡上的DSP中进行处理，处理结果通过USB总线送到PC机中。对测量结果进行在线修正的方法步骤如下：步骤e，在飞行时间质谱仪典型工作条件下，针对典型样品，利用上述脉冲前沿时间测量与脉冲成形采样相结合的电子学读出方法，测量微通道板输出信号的前沿时间和脉冲波形。利用数字寻峰的方法，对波形数据进行分析，得到成形脉冲的峰值幅度，然后将前沿时间和幅度数据保存成文件。步骤f，对数据文件进行分析，找到样品中的某一典型离子峰位对应的时间和幅度数据，对多组数据进行拟合，得出过阈时间与脉冲幅度的关系曲线，形成修正查找表。步骤g，将该查找表文件写入数据采集卡上的Flash芯片中，每次系统上电 后自动加载到程序RAM中。步骤h，ADC采样到信号波形后，在DSP中进行数字寻峰，然后针对该峰值，在RAM查找表中找到对应的时间修正值。然后在TDC测得的数值上，加上该修正值。