[发明专利]石墨烯及二维材料纳机电质谱仪器及应用方法

权利要求书

1.一种石墨烯及二维材料纳机电质谱仪器，其特征在于，由生化样品雾化子系统、生化样品输运聚焦子系统、石墨烯及二维材料纳机电振子阵列单元、谐振质谱检测子系统、阵列解吸修复子系统以及中央测控子系统组成；所述生化样品雾化子系统置于生化样品输运聚焦子系统前端并相互连通，用于将待检测生化样品雾化或者导入待检测生化样品气氛；所述石墨烯及二维材料纳机电振子阵列置于生化样品输运聚焦子系统末端，生化样品聚焦输运并被投射到纳机电振子阵列上；所述纳机电振子阵列通过电气连接到所述谐振质谱检测子系统和所述阵列解吸修复子系统；所述谐振质谱检测子系统用于对纳机电振子阵列激振和谐振检测；所述阵列解吸修复子系统用于在质谱测试中或者测试结束后去除纳机电振子阵列吸附物，重置振子工作状态；所述中央测控子系统与生化样品雾化子系统、生化样品输运聚焦子系统、谐振质谱检测子系统、阵列解吸修复子系统电气互联，用于设置所连接子系统工作状态和分析质谱检测数据；

所述生化样品雾化子系统的组成包括至少一路的多通管路，其中，多通管路进气端安装阀门或者密封盖，并且多通管路的进气端连接至待测气氛；所述待测气氛为天然大气、或特殊采样气氛、或生化样品雾化气氛；所述待测气氛是通过至少一种中性雾化方式或者电离雾化方式产生，雾化方式是基于声表面波器件的中性雾化方式、或基于超声器件的中性雾化方式、或电喷雾电离雾化方式；所述生化样品雾化子系统由所述中央测控子系统控制；所述多通管路的出气端与所述生化样品输运聚焦子系统连接；

所述生化样品输运聚焦子系统由子系统框架、气动透镜、载体气源及管路、真空泵组、制冷单元、阵列安装样品台及电气接口组成；所述子系统框架分为三段，分别是前腔室、中腔室和后腔室，且各腔室相通，通过真空泵组抽真空，在三个腔室间形成压力梯度；所述生化样品雾化子系统中的生化样品直接进入前腔室；所述真空泵组包括至少一台机械泵和分子泵；所述载体气源是氮气、氦气、氢气和其他惰性气体的一种或者混合；所述载体气源通过管路进入前腔室并与生化样品形成混合气体；所述气动透镜置于中腔室，由初级限流孔板、次级聚焦孔板和末级加速喷嘴组成；所述初级限流孔板前后压力梯度驱动进入前腔室的混合气体加速并聚焦通过板孔，并在次级聚焦孔板前后再次加速并聚焦，混合气体通过末级加速喷嘴喷出，进入后腔室；所述后腔室中安装阵列安装样品台及电气接口；

所述石墨烯及二维材料纳机电振子阵列单元包含至少一个石墨烯及二维材料纳机电振子阵列，每一个石墨烯及二维材料纳机电振子阵列包含至少一个石墨烯及二维材料纳机电振子，石墨烯及二维材料纳机电振子阵列单元安装在生化样品输运聚焦子系统的阵列安装样品台并连接至电气接口；

所述谐振质谱检测子系统用于在石墨烯及二维材料纳机电振子和栅极之间施加高频静电力激励振子共振，振子共振信号读取包括激光干涉读取、或射频信号直接读取、或低频混频读取、或它们的组合信号读取；

所述阵列解吸修复子系统采用基于电热效应的过电流退火解吸方法，由电源、电压监控单元、电流监控单元、栅极电压调制单元组成；所述电源以设定的速率匀速加载石墨烯及二维材料纳机电振子偏置电压直至安全值，所述电压监控单元用于检测石墨烯及二维材料纳机电振子两端电压，所述电流监控单元检测石墨烯及二维材料纳机电振子阵列中的石墨烯及二维材料纳机电振子中通过的电流；所述电源保持偏置电压，石墨烯及二维材料在电流热效应下产生焦耳热，石墨烯及二维材料表面污染物受热分解后，所述电源匀速卸载偏置电压至零；所述栅极电压调制单元、电压监控单元、电流监控单元以及谐振质谱检测子系统用于测试石墨烯及二维材料纳机电振子电气特性或者谐振特性，若石墨烯及二维材料纳机电振子电气特性或者谐振特性改善，所述电源重复加载偏置电压退火，若石墨烯及二维材料纳机电振子电气特性或者谐振特性无改善且不达要求，所述电源增大加载偏置电压退火，直至石墨烯及二维材料纳机电振子电气特性或者谐振特性改善且达要求；

所述中央测控子系统由测控计算机、总线、连接线缆组成；所述测控计算机通过总线控制生化样品雾化子系统、生化样品输运聚焦子系统、谐振质谱检测子系统和阵列解吸修复子系统工作状态、设置参数、记录数据，并将谐振质谱检测子系统测到的频率信息转换为质谱信息。