[发明专利]基于脉冲压缩的信号迁移时间测量方法和装置

说明书

本发明公开了一种基于脉冲压缩的信号迁移时间测量方法和装置，所述方法包括：产生调频信号、调相信号及跳频序列信号；基于所述调频信号生成脉冲压缩编码调制信号；将所述脉冲压缩编码调制信号引入分离装置进行分离，然后进行检测；将检测后获得的调制信号对所述脉冲压缩编码调制信号进行匹配滤波、失配滤波或自适应滤波而实现脉冲压缩，得到谱图。本发明的技术方案能够提高分辨率和信噪比，减小信号旁瓣对谱图的干扰，提高离子迁移谱的性能。

技术领域

本发明涉及化合物高灵敏度快速定性和定量分析方法，尤其涉及一种基于脉冲压缩的信号迁移时间测量方法和装置。

背景技术

大气压下离子迁移率谱(Ambient Pressure Ion Mobility Spectrometry，AP-IMS)又称离子淌度谱，是在大气压下离子与中性气体分子发生低能量碰撞而进行分离的一种分析方法，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，化学战试剂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。离子迁移谱通常由离子源、离子门、迁移分离区和检测器组成。固体、液体或气体样品在离子源中电离产生离子，常用的离子源包括放射电离源，紫外光电离源，场致电离，电晕放电，介质阻挡放电，电喷雾电离等方式。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。因此通过测量迁移时间就可确定分析目标物质的存在，而应用峰面积或峰高可确定相应物质的浓度。

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。与离子迁移谱的工作原理相似，气相色谱法、液相色谱法、毛细管电泳法、飞行时间质谱法也采用脉冲进样，测量信号时间及信号幅度的方法进行定性和定量分析，为提高定性分析的精度和分离效果，都倾向于使用很窄的脉冲宽度，因而影响了分析的检出限。

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，提高分析的信噪比，如采用复杂的单脉冲波形对引入离子脉冲前后沿进行加速，在离子门的前方或后方加入额外的栅格。但这些方法受到工作仪器的稳定性、体积和复杂程度以及电离效率等因素的限制，加入栅格的方法会损失额外的离子，以增大检出限作为代价，对离子脉冲边沿进行加速的方法会改变离子的出峰时间，从而使化合物的识别变得困难。利用强电场结合离子门开关的方法引入密度更高的离子流，但单脉冲内离子密度越高，其脉冲内部库仑斥力也越大，从而导致离子峰发生额外扩展而降低分辨率，电场压缩的方法也只适应一部分无需额外电场的离子源如放射性电离源等。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、反Hadamard变换等重构离子迁移谱信号。这些矩形脉冲序列信号容易产生、便于快速计算处理，但是在谱图质量和信噪比方面还存在较大问题。