[發明專利]可切換的數字離子阱質譜射頻電源系統及其控制方法

在審

• 申請號: 202011377489.6
• 申請日: 2020-11-30
• 公開（公告）號: CN112509904A
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 孫露露;周飛宇;薛兵;景加榮;唐朝陽;于佳佳;齊曉軍
• 申請（專利權）人: 上海裕達實業有限公司
• 主分類號: H01J49/02
• 分類號: H01J49/02;H01J49/26
• 代理公司: 上海段和段律師事務所 31334
• 代理人: 李佳俊;郭國中

本發明提供了一種可切換的數字離子阱質譜射頻電源系統及其控制方法，包括控制系統、質荷比判斷模塊、高壓調節電路、運算放大電路、NNMOS電路以及離子阱，其中：控制系統將所需質荷比傳輸至質荷比判斷模塊；質荷比判斷模塊判斷對應的質荷比，根據判斷結果實時動態選擇NNMOS電路或者運算放大電路輸出主射頻方波信號至離子阱，其中高壓調節電路調節輸入信號。本發明由實際工況利用程控調節高壓及電路切換，具有更高的集成度，通過配套設計的散熱方案使其在可靠性安全性方面有更好的保證。

技術領域

本發明涉及質譜分析領域，具體地，涉及一種數字離子阱的射頻電源系統及其 控制方法。

背景技術

離子阱(Ion trap)早在50年代末它就被應用于改進光譜測量的精確度，它的原理十分簡單：利用電荷與電磁場間的交互作用力來牽制帶電粒子的運動，以達到將 其局限在某個小范圍內的目的。離子阱大致分為三維離子阱(3D Ion Trap)、離子 阱(Linear IonTrap)、軌道離子阱(Orbitrap)三種。本專利涉及的離子阱屬于 離子阱。

數字離子阱質譜儀系統，是將EI源(電子轟擊電離源)與數字離子阱質量分析 器聯用，以PDMS膜結構(聚二甲基硅烷，Polydimethylsiloxane，PDMS)為直接進 樣方式，能夠實現對大氣中揮發性有機物VOCs的實時在線檢測。

數字線形離子阱安裝在離子阱腔體中，由主射頻矩形波信號和共振激發信號驅動。離子引入階段時，當線形離子阱施加主射頻數字波形時，高精度緩沖氣體模塊 開啟，具有高動能的樣品離子與緩沖氣體碰撞冷卻后，被囚禁于阱中心區域。離子 掃描階段時，在數字離子阱電極上加載偶極激發電壓，樣品離子產生共振。通過對 主射頻電壓和共振激發電壓的頻率掃描，阱中的離子按照質荷比大小依次逐出離子 阱。

射頻矩形波由射頻電源模塊產生，如圖1所示，控制系統DDS模塊產生引入、 掃描等各階段高頻方波信號后傳輸至射頻電源模塊，射頻電源模塊對方波信號進行 處理后產生主射頻方波信號。主射頻方波信號和共振激發信號經過耦合后驅動線形 離子阱。現有傳統的成熟產品中，為主射頻方波直流高壓模塊選用的是高精度低紋 波的雙路穩壓模塊，信號控制電路模塊的主要架構為MOS管控制，上述設計在實際 應用中存在以下兩點缺陷。其一，在對水等起始質量較低的物質進行檢測分析時， 所需主射頻為低壓高頻時，主射頻方波信號的直流正端穩壓模塊的輸出電壓在掃面 階段會出現電壓波動較大等現象，導致小質量數物質無法檢測。其二，在對寬質量 范圍物質進行長期監測時，尤其是大質量數檢測，即所需主射頻為高壓低頻時，由 于散熱老化等影響，容易造成MOS管擊穿致使系統失效。因此，急需一種用于數字 離子阱質譜儀可切換的射頻電源系統，針對高質量數和低質量數離子的檢測實時動 態可調。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種可切換的數字離子阱質譜射頻電源系統及其控制方法。

根據本發明提供的一種可切換的數字離子阱質譜射頻電源系統，包括控制系統、質 荷比判斷模塊、高壓調節電路、運算放大電路、NMOS電路以及離子阱，其中：

控制系統將所需質荷比傳輸至質荷比判斷模塊；

根據判斷結果實時動態選擇NMOS電路或者運算放大電路輸出主射頻方波信號至離 子阱，并通過高壓調節電路調節電源電壓值。

優選地，控制系統通過DA電路對高壓調節電路進行調節。

優選地，質荷比判斷模塊判斷所需質荷比大小：

若所需質荷比低于設定的質荷比閾值，則通過NNMOS電路輸出低壓高頻的主射頻方 波信號；

若所需質荷比高于設定的質荷比閾值，則通過運算放大電路輸出主高壓低頻的射頻 方波信號。

優選地，所述運算放大電路為以高增益帶寬積(GBW)和高耐壓值的運算放大器為核 心的信號控制電路。