[发明专利]一种质谱仪质量分析器内缓冲气体快速高精度连续控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及质谱仪技术领域，特别涉及一种质谱仪质量分析器内缓冲气体快速高精度连续控制方法。

背景技术

质谱仪器通常包括进样系统、离子源、质量分析器、检测器和真空系统。真空系统由真空腔和泵组成，而质量分析器、检测器设置在真空室内。质谱分析的基本原理为：在真空系统内，离子化的样品分子在电场或磁场的作用下，按质荷比(m/z)的不同排列得到质谱图，再通过分析被测样品的质谱特性，得到被测样品的相关信息。

小型化便携式质谱仪器具有能耗低、体积小、重量轻、使用方便、维护简单等突出优势，在环境污染快速检测、突发事件应急处理等领域中有很好的应用前景。其中，采用四极场质量分析器的质谱仪器由于其轻便、工艺成熟、成本较低，目前成为最成熟、应用最广泛的小型质谱仪器。

四极场质量分析器中缓冲气体极其重要，尤其在离子阱质量分析其中，充入一定量缓冲气体后，离子与缓冲气体的频繁碰撞引起了离子运动的粘滞，使离子减速，减少了离子轨道的最大位移和离子的最大速度，降低了离子动能，从而降低了离子共振吸收信号的噪声，减少了由碰撞引起的离子损失，增加了阱中囚禁的离子数目，提高了离子的储存寿命，进而提高了离子阱质谱仪的分辨率和灵敏度。而且缓冲气体在多级质谱中应用广泛，通过与选定的母离子碰撞，使母离子裂解成碎片子离子，并进一步通过分析子离子的特性而确定母离子元素组成、结构等特性，因而多级质谱仪器在蛋白质组学、代谢组学中有着较广泛的应用。

缓冲气体一般为氦气、氮气等，并由脉冲阀控制。脉冲阀一般为电磁脉冲阀。电磁脉冲阀是按照电信号控制阀体卸荷孔的开启和关闭，阀体卸荷时，阀后腔内压力气体排放，阀前腔内压力气体被膜片上阴压孔节流，膜片被抬起，脉冲阀进行喷吹；阀体停止卸荷时，压力气体通过阻尼孔迅速充满阀的后腔，由于膜片两面在阀体上受力面积之差，阀的后腔内，气体作用力大，膜片能可靠的关闭阀的喷吹口，脉冲阀停止喷吹。电信号是以毫秒计时的，因此只要给予脉冲阀高低电平信号，即可实现对脉冲阀开关时间的控制，进而控制缓冲气体进气量。

为了减轻重量、降低能耗和缩小体积，小型化或者便携式质谱仪的分子泵抽速一般不高，为确保真空度，通常采用对质量分析器所在的真空腔中进行间断式充气，即缓冲气体每隔固定时间向真空腔充气。然而，采用非连续性缓冲气体注入真空腔的小型化便携式质谱仪也有诸多不足，如：

1.缓冲气体没有精确控制，影响离子在真空腔中冷却和碰撞，所以导致离子传输和被检测效率不高；

缓冲气体间接式进入真空腔，开始离子反应剧烈，但是随着气压的降低，反应程度也会降低，影响分析结果。

发明内容

针对现有技术中存在的不足之处，本发明的目的是提供一种质谱仪质量分析器内缓冲气体快速高精度连续控制方法，具有功耗低、测量灵敏度高、速度快、稳定性和可控性高、结构简单、应用范围广等特点。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种质谱仪质量分析器内缓冲气体快速高精度连续控制方法，包括真空腔、离子捕获模块、脉冲阀、脉冲阀驱动模块、FPGA/MCU/DSP/ARM控制器模块，具体包括以下控制步骤：

1)在工作电源供电下，通过计算机设定所述离子捕获模块所需真空度M，并通过所述FPGA/MCU/DSP/ARM控制器模块将信号传送至所述离子捕获模块；

2)通过所述FPGA/MCU/DSP/ARM控制器模块中的AD采样模块读取所述真空腔内真空度，对比判断与所述离子捕获模块所需真空度M大小；

3)若所述真空腔内真空度大于所述离子捕获模块设定的真空度M，则不启动所述脉冲阀；

4)若所述真空腔内真空度小于所述离子捕获模块所需真空度M，则通过所述FPGA/MCU/DSP/ARM控制器模块中的真空控制梯度算法编译输出的pulse-in信号控制所述脉冲阀，并改变pulse-in信号占空比来改变所述脉冲阀驱动模块输出pulse-out信号，进而改变所述脉冲阀开关时间，最终所述脉冲阀连续控制缓冲气体进气量使所述真空腔内真空度达到所述离子捕获模块设定真空度M，时间＜3s。

作为优选，所述脉冲阀开关时间由所述FPGA/MCU/DSP/ARM控制器模块中的真空控制梯度算法控制，包括如下步骤：