[發(fā)明專利]一種飛行時(shí)間質(zhì)譜儀的高精度時(shí)間測(cè)量方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611245956.3
• 申請(qǐng)日: 2016-12-29
• 公開（公告）號(hào): CN107976480A
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王海燕;夏波涌;馬龍華;吳江林;王祥勝;李麗萍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 王海燕
• 主分類號(hào): G01N27/62
• 分類號(hào): G01N27/62;H01J49/40
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及飛行時(shí)間質(zhì)譜儀信號(hào)采集與處理技術(shù)范疇，設(shè)計(jì)一種提高飛行時(shí)間質(zhì)譜儀時(shí)間測(cè)量精度的信號(hào)采集處理方法。

背景技術(shù)

飛行時(shí)間質(zhì)譜(Time-of-Flight Mass Spectrometry，TOF-MS)分析技術(shù)是利用動(dòng)能相同而質(zhì)荷比不同的離子在恒定電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng),經(jīng)過恒定距離所需時(shí)間不同的原理對(duì)物質(zhì)成分或結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析的一種質(zhì)譜方法。

TOF-MS以其分析速度快、質(zhì)量檢測(cè)范圍寬、分辨率和離子傳輸率高等優(yōu)點(diǎn)，在21世紀(jì)的藥物研發(fā)、分析化學(xué)、生物化學(xué)、環(huán)境化學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)、食品科學(xué)、石油化學(xué)、法醫(yī)學(xué)、獸醫(yī)學(xué)、原子與分子物理學(xué)、聚合物物理和化學(xué)、材料科學(xué)和生態(tài)學(xué)等領(lǐng)域都將發(fā)揮重要的作用。TOF-MS與液相色譜、氣相色譜、毛細(xì)管電泳、四極桿、離子阱及其它質(zhì)譜等的聯(lián)用技術(shù)用于復(fù)雜體系的分離和分析將成為研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)。

TOF-MS一般由離子源、飛行時(shí)間質(zhì)量分析器、離子探測(cè)器、高真空系統(tǒng)及信號(hào)記錄與處理系統(tǒng)等部分組成。其中，信號(hào)記錄于處理系統(tǒng)所負(fù)責(zé)的時(shí)間測(cè)量是飛行時(shí)間質(zhì)譜儀數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)的一個(gè)重要內(nèi)容，其目的是利用高精度時(shí)間測(cè)量方法測(cè)量離子在質(zhì)譜中飛行所用時(shí)間，進(jìn)而推斷離子質(zhì)量信息。TOF-MS信號(hào)記錄與處理系統(tǒng)的功能是記錄每種離子飛行的起始和終止時(shí)間，并根據(jù)其原理將時(shí)間信號(hào)還原為質(zhì)量數(shù)，并以譜圖的形式反映出來。20世紀(jì)60年代TOF-MS多用示波器記錄信號(hào)，響應(yīng)速度較慢，難以與快速掃描的四極桿質(zhì)譜相比。到70年代相繼出現(xiàn)了時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器(TDC)和模擬數(shù)字變換器(ADC)等并沿用至今，后來發(fā)展成為快速數(shù)字示波器。

目前，市場(chǎng)上的TOF-MS大多采用TDC，也有采用ADC的。使用ADC是為了記錄儀記錄下離子檢測(cè)器輸出信號(hào)的形狀，并不直接確定離子準(zhǔn)確的飛行時(shí)間。ADC動(dòng)態(tài)范圍較寬，但數(shù)據(jù)量較大，需要更復(fù)雜的后期計(jì)算，對(duì)于小分子化合物而言分辨率要比TDC低很多。而TDC的優(yōu)點(diǎn)是可以消除由于檢測(cè)器和放大器帶來的質(zhì)譜峰寬度變寬。TDC能記錄離子到達(dá)時(shí)間，但不能記錄到達(dá)離子的數(shù)目，這在離子種類不多時(shí)還可以接受，但當(dāng)每次瞬態(tài)產(chǎn)生多種質(zhì)量的離子時(shí)，測(cè)定的質(zhì)量偏低,系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍受到嚴(yán)重制約。

因此，有必要結(jié)合ADC和TDC兩種飛行時(shí)間質(zhì)譜儀的數(shù)據(jù)采集處理特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種飛行時(shí)間質(zhì)譜儀的高精度時(shí)間測(cè)量方法，以進(jìn)一步提高飛行時(shí)間質(zhì)譜儀的分辨率，更高效地分析鑒別化合物組成結(jié)構(gòu)，對(duì)于生物科學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)、食品科學(xué)等各領(lǐng)域的發(fā)展具有推動(dòng)作用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：結(jié)合ADC和TDC兩種飛行時(shí)間質(zhì)譜儀的數(shù)據(jù)采集處理特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種飛行時(shí)間質(zhì)譜儀的高精度時(shí)間測(cè)量方法，以進(jìn)一步提高飛行時(shí)間質(zhì)譜儀的分辨率。

為實(shí)現(xiàn)上述專利的目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

1、一種飛行時(shí)間質(zhì)譜儀的高精度時(shí)間測(cè)量方法，其特征在于：基于TDC技術(shù)的時(shí)間測(cè)量系統(tǒng)是由定時(shí)甄別技術(shù)去識(shí)別信號(hào)出現(xiàn)的開始和結(jié)束時(shí)刻，這兩個(gè)時(shí)刻直接影響測(cè)量得到的離子飛行時(shí)間精度，從而影響化合物成分鑒別準(zhǔn)確性。理論上，事件出現(xiàn)時(shí)間是指事件脈沖信號(hào)前沿的起始位置，但由于噪聲信號(hào)的存在，可能使甄別器誤觸發(fā)。通常設(shè)定閾值電平，而該電平手動(dòng)設(shè)置不可太低，導(dǎo)致“幅度-時(shí)間游動(dòng)”效應(yīng)。閾值電平的設(shè)置決定了定時(shí)差異大小。因此結(jié)合TDC和ADC兩種技術(shù)，借助一個(gè)簡(jiǎn)單的峰值保持電路，提出一種可變閾值電平的飛行時(shí)間質(zhì)譜儀高精度時(shí)間測(cè)量方法。

2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變閾值電平的飛行時(shí)間質(zhì)譜儀高精度時(shí)間測(cè)量方法，其特征在于：“幅度-時(shí)間游動(dòng)”效應(yīng)表現(xiàn)在：在飛行時(shí)間測(cè)量中依據(jù)相關(guān)探測(cè)器輸出信號(hào)來確定和時(shí)刻的方法稱為定時(shí)甄別方法；用以甄別定時(shí)時(shí)刻功能的電路稱為定時(shí)甄別電路。定時(shí)甄別電路的作用，在于利用代表事件的模擬脈沖信號(hào)(前沿或峰值點(diǎn))來確定代表某事件發(fā)生的精確時(shí)刻。當(dāng)不同幅度的脈沖信號(hào)送入到定時(shí)甄別器后，其輸出一個(gè)方形信號(hào)，其前沿代表事件信號(hào)出現(xiàn)時(shí)刻。常用的定時(shí)甄別方法有前沿定時(shí)、過零定時(shí)和恒比定時(shí)等方法。而在前沿定時(shí)甄別中，上升時(shí)間相同而幅度不同的輸入信號(hào)定時(shí)甄別延遲不同，該定時(shí)差異成為“幅度-時(shí)間游動(dòng)”效應(yīng)，其解釋如圖1所示。