[发明专利]可切换的数字离子阱质谱射频电源系统及其控制方法

说明书

本发明提供了一种可切换的数字离子阱质谱射频电源系统及其控制方法，包括控制系统、质荷比判断模块、高压调节电路、运算放大电路、NNMOS电路以及离子阱，其中：控制系统将所需质荷比传输至质荷比判断模块；质荷比判断模块判断对应的质荷比，根据判断结果实时动态选择NNMOS电路或者运算放大电路输出主射频方波信号至离子阱，其中高压调节电路调节输入信号。本发明由实际工况利用程控调节高压及电路切换，具有更高的集成度，通过配套设计的散热方案使其在可靠性安全性方面有更好的保证。

技术领域

本发明涉及质谱分析领域，具体地，涉及一种数字离子阱的射频电源系统及其 控制方法。

背景技术

离子阱(Ion trap)早在50年代末它就被应用于改进光谱测量的精确度，它的原理十分简单：利用电荷与电磁场间的交互作用力来牵制带电粒子的运动，以达到将 其局限在某个小范围内的目的。离子阱大致分为三维离子阱(3D Ion Trap)、离子 阱(Linear IonTrap)、轨道离子阱(Orbitrap)三种。本专利涉及的离子阱属于 离子阱。

数字离子阱质谱仪系统，是将EI源(电子轰击电离源)与数字离子阱质量分析 器联用，以PDMS膜结构(聚二甲基硅烷，Polydimethylsiloxane，PDMS)为直接进 样方式，能够实现对大气中挥发性有机物VOCs的实时在线检测。

数字线形离子阱安装在离子阱腔体中，由主射频矩形波信号和共振激发信号驱动。离子引入阶段时，当线形离子阱施加主射频数字波形时，高精度缓冲气体模块 开启，具有高动能的样品离子与缓冲气体碰撞冷却后，被囚禁于阱中心区域。离子 扫描阶段时，在数字离子阱电极上加载偶极激发电压，样品离子产生共振。通过对 主射频电压和共振激发电压的频率扫描，阱中的离子按照质荷比大小依次逐出离子 阱。

射频矩形波由射频电源模块产生，如图1所示，控制系统DDS模块产生引入、 扫描等各阶段高频方波信号后传输至射频电源模块，射频电源模块对方波信号进行 处理后产生主射频方波信号。主射频方波信号和共振激发信号经过耦合后驱动线形 离子阱。现有传统的成熟产品中，为主射频方波直流高压模块选用的是高精度低纹 波的双路稳压模块，信号控制电路模块的主要架构为MOS管控制，上述设计在实际 应用中存在以下两点缺陷。其一，在对水等起始质量较低的物质进行检测分析时， 所需主射频为低压高频时，主射频方波信号的直流正端稳压模块的输出电压在扫面 阶段会出现电压波动较大等现象，导致小质量数物质无法检测。其二，在对宽质量 范围物质进行长期监测时，尤其是大质量数检测，即所需主射频为高压低频时，由 于散热老化等影响，容易造成MOS管击穿致使系统失效。因此，急需一种用于数字 离子阱质谱仪可切换的射频电源系统，针对高质量数和低质量数离子的检测实时动 态可调。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种可切换的数字离子阱质谱射频电源系统及其控制方法。

根据本发明提供的一种可切换的数字离子阱质谱射频电源系统，包括控制系统、质 荷比判断模块、高压调节电路、运算放大电路、NMOS电路以及离子阱，其中：

控制系统将所需质荷比传输至质荷比判断模块；

根据判断结果实时动态选择NMOS电路或者运算放大电路输出主射频方波信号至离 子阱，并通过高压调节电路调节电源电压值。

优选地，控制系统通过DA电路对高压调节电路进行调节。

优选地，质荷比判断模块判断所需质荷比大小：

若所需质荷比低于设定的质荷比阈值，则通过NNMOS电路输出低压高频的主射频方 波信号；

若所需质荷比高于设定的质荷比阈值，则通过运算放大电路输出主高压低频的射频 方波信号。

优选地，所述运算放大电路为以高增益带宽积(GBW)和高耐压值的运算放大器为核 心的信号控制电路。