[发明专利]气溶胶飞行时间质谱仪信号采集装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及分析仪器检测技术，特别涉及A-TOF-MS信号采集中宽范围的动态线性采集装置及方法。

背景技术

飞行时间质谱仪(time-of-flight mass spectrometer，TOFMS)根据不同离子在真空中飞行时间的大小来判定其质荷比，分析速度快，且能进行单个电荷的检测。A-TOF，即单颗粒气溶胶实时在线监测飞行时间质谱仪，可以实现对单个颗粒的气溶胶进行粒径和化学成分的同时检测。仪器采用空气动力学透镜技术将气溶胶颗粒引入并聚焦成颗粒束，提高采样效率；用双激光测速的原理确定气溶胶颗粒的空气动力学直径，提高测径准确度和效率；时序控制电路的应用更精确地触发电离激光器，提高打击效率；采用双极二阶聚焦有网反射式飞行时间质谱分析器对产生的正负离子同时检测。该仪器能检测到无机盐、金属、有机物等多种成分，粒径测量范围在200nm～2μm，质量范围在1～800amu。

发明内容

本发明的首要目的在于为了得到正确的采集信息，提供一种气溶胶飞行时间质谱仪信号采集装置，能快速便捷地对信号进行区分采集，从而保证数据的有效收集存储和处理。

本发明的另一目的是提供气溶胶飞行时间质谱仪信号采集方法，同样能快速便捷地对信号进行区分采集，从而保证数据的有效收集存储和处理。

本发明的首要目的通过下述技术方案实现：气溶胶飞行时间质谱仪信号采集装置，包括电子倍增器MCP、限幅器、衰减器及信号合成器，限幅器、衰减器分别连接在电子倍增器MCP与信号合成器之间，信号合成器内设有ADC采集卡；所述电子倍增器MCP根据电压幅值将检测器信号输入限幅器或衰减器：小于预设值的小信号输入限幅器，且被ADC采集卡采集后由CPU处理，大于预设值的大信号进入衰减器，且被ADC采集卡采集后由CPU处理。

所述限幅器包括相串联的两个二极管D1、D2。

所述衰减器包括串联连接的多级分压电路，每一级分压电路均包含有一组串联的分压电阻；第二级至最后一级分压电路的输入端为上一级分压电路分压电阻的串联节点。

本发明的另一目的通过下述技术方案实现：基于上述采集装置的气溶胶飞行时间质谱仪信号采集方法，包括以下步骤：

S1、大气气溶胶颗粒由进样区引入空气动力学透镜中，被聚焦成具有发散角的颗粒束；在进样区末端的分离锥处通过超音速膨胀飞行进入到测径区；

S2、颗粒在测径区内漂移通过两束连续的激光光束，产生散射光由椭圆透镜聚焦，然后被第一光电倍增器和第二光电倍增器接收；且由第一光电倍增器和第二光电倍增器产生的信号时间差计算出颗粒的速度；

S3、颗粒进入电离源时，被高能脉冲激光熔融并电离成正负离子；

S4、离子由加速区加速引出，通过无场飞行区再被反射区反射后，按不同质荷比分离，最终打到检测器被收集起来；

步骤S4所述最终打到检测器后的离子分为以下步骤被收集：

S41、信号经过sma三通接口处理后按电压幅度分为三路，第一路为电压幅度大于预设值的大信号，第二路为电压幅度小于预设值的小信号，第三路信号直接由ADC采集卡采集；

S42、小信号先由限幅器限幅，将电压幅度限制在预设值内，得到小信号测量，再由ADC采集卡采集；

S43、大信号由衰减器衰减，衰减后电压幅度小于预设值，再由ADC采集卡采集；

S44、信号合成器对ADC采集卡将所采集到的三路信号进行合并。

本发明的作用原理是：ADC采集卡有效测量幅值为0-5V，将检测器信号分为小信号和大信号两路，不同电压幅值进入不同通道。小信号进入限幅支路，可使小信号有效保留，而被ADC采集卡采集；大信号进入衰减支路，可使大信号通过不同倍数衰减有效保留，而被ADC卡采集，不会烧坏ADC采集卡。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

(1)本A-TOF数据采集装置将检测器信号检测范围由0-5v扩大至0-55v，有效的提高了飞行时间质谱仪检测样品的测量离子动态线性范围。

(2)较大范围改善了A-TOF的采样精度。

(3)由于增强了ADC采集卡的采集能力，保护ADC采集卡的采集安全稳定性。

(4)有效抑制了A-TOF大信号对小信号采集的影响，提高了A-TOF高效实时的采样准确度。

附图说明

图1是本发明的电路结构示意图。

图2是限幅器示意图。

图3是衰减器示意图。

具体实施方式