CN103745906B - 一种离子测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种离子测量装置，包括离子光学系统，所述离子光学系统包括离子透镜，其特点是：所述离子测量装置还包括与所述离子透镜相连的隔离脉冲电源，及与所述隔离脉冲电源相连的控制单元和处理单元；所述控制单元控制所述隔离脉冲电源给所述离子透镜提供电压，处理单元接收并计算从离子透镜传输的离子。本发明具有测量实时性好、测量误差小、成本低、测量简便等优点。

Description

一种离子测量装置

技术领域

本发明涉及一种离子测量装置，尤其是一种能够实时在线检测的离子测量装置。

背景技术

在进行串级质谱分析(MS／MS)时，离子光学系统中的离子进入传输通道靠气流和电场进行传输。离子光学系统包括离子透镜和传输杆。离子在传输通道中传输期间，离子相互碰撞使得离子传输速率和传输方向发生变化；离子若撞在传输通道壁上如撞在离子透镜上，则会通过接地端返回离子源发生器，而不会继续传输，进而影响离子传输效率。

而离子传输效率反应了仪器的灵敏度，这就需要设计一种能准确测量离子强度的装置，从而得出离子光学系统的离子传输效率，判断离子光学系统的工作状态的好坏，并对离子光学系统的维护提供参照。

目前是通过检测离子光学系统的最后一级的离子信号反推离子传输效率。在最后一级的离子透镜后方放置离子检测器，离子检测器收集通过离子透镜的离子并将其转化为电流信号，测量电流信号大小得到实际传输的离子数。这种解决方案可以实现离子传输效率的估算，但对于一个离子光学系统中有很多级离子透镜和传输杆的情况，整个离子光学系统是一个黑盒，无法定位是在哪一级上有离子损失，无法有目的地去检测各级的离子传输效率，更无法对离子损失较大的一级进行及时维护。

发明内容

为了解决现有技术中的上述不足，本发明提供了一种测量实时性好、测量误差小、成本低、测量简便的离子测量装置。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种离子测量装置，包括离子光学系统，所述离子光学系统包括离子透镜，其特点是：

所述离子测量装置还包括与所述离子透镜相连的隔离脉冲电源，及与所述隔离脉冲电源相连的控制单元和处理单元；

所述控制单元控制所述隔离脉冲电源给所述离子透镜提供电压，离子撞击在离子透镜上形成离子电流并从所述隔离脉冲电源副边输出，所述处理单元接收并处理所述离子电流进而得到离子传输数量。进一步，所述隔离脉冲电源副边的相对接地端与所述处理单元的接地端虚接。

进一步，所述处理单元包括运算放大电路和模拟数字转化器，所述隔离脉冲电源副边的相对接地端与所述运算放大电路的输入端相连。

作为优选，所述处理单元还包括滤波电路。

进一步，所述隔离脉冲电源包括正电源接口和负电源接口。

进一步，所述控制单元包括脉冲产生电路，用于驱动隔离脉冲电源。

进一步，所述离子测量装置还包括离子切换开关，所述离子切换开关分别与所述离子透镜、所述隔离脉冲电源、所述控制单元及所述离子光学系统内的离子透镜电源相连；所述离子切换开关在控制单元的控制下选择性地与所述隔离脉冲电源和所述离子透镜电源相连通。

进一步，所述控制单元还与所述处理单元相连通，并根据处理单元的处理结果生成报警信息，提示是否需要对相应离子光学系统进行维护。

本发明将撞击在离子透镜上而损失的离子定义为在离子透镜上损失的离子。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、测量实时性好

本发明不需要打开离子光学系统的真空腔即能够在线检测离子光学系统的传输效率，实时准确反映离子光学系统的工作情况，使微观的离子光学系统在宏观世界中表现出来，能够实现系统的自我智能诊断，快速定位系统故障，提高仪器的可靠性和可维护性。

2、测量误差小、动态范围宽

离子检测不受真空度高低影响，在任何真空度下都能实时准确监测；且抗干扰能力强，不受真空腔内部射频电源干扰；能瞬间实现正负离子切换检测，自适应离子数目大小，提高了检测的动态范围。

3、成本低、测量简便

本发明合理控制离子电流传输路径，在透镜电压和传输杆射频电压正常加载条件下准确测量出皮安级的离子电流，克服了高速离子电流传输路径的不确定性带来的检测不便的困难，使得测量简单方便，测量效率高。

附图说明

图1为实施例1中离子测量装置结构示意图；

图2为实施例2中离子测量装置结构示意图；

图3为实施例3中离子测量装置结构示意图；

图4为实施例4中离子测量装置结构示意图；

图5为实施例6中离子测量装置结构示意图；

图6为实施例7中离子测量装置结构示意图。

具体实施方式

实施例1

请参阅图1，一种离子测量装置，包括离子光学系统1、隔离脉冲电源2、控制单元3和处理单元4；所述离子光学系统1包括离子透镜；所述控制单元3和处理单元4与所述隔离脉冲电源相连；

所述控制单元3控制所述隔离脉冲电源2给所述离子透镜提供电压，离子撞击在离子透镜上形成离子电流，所述离子电流从所述脉冲隔离电源副边的相对接地端输出；

从所述脉冲隔离电源2的相对接地端输出的离子电流被所述处理单元4接收，并经过所述处理单元4计算得到相应的离子传输数量。优选的，所述控制单元3可以根据离子传输数量得到相应的离子传输效率。

优选的，所述隔离脉冲电源2副边的相对接地端与所述处理单元4的接地端虚接，使得离子透镜既能正常工作，即实现离子光学系统1中的离子传输作用，又能让撞击在离子透镜上损失的离子通过脉冲隔离电源2，并进一步实现损失的离子的检测。此时，脉冲隔离电源2原边、副边的绝缘距离要足够大，使得脉冲隔离电源2的隔离电压足够高并使其漏电流足够小。本发明不需要打开离子光学系统的真空腔能够在线检测离子光学系统的传输效率，实时准确反映离子光学系统的工作情况，使微观的离子光学系统在宏观世界中表现出来，能够实现系统的自我智能诊断，快速定位系统故障，提高仪器的可靠性和可维护性。

离子检测不受真空度高低影响，在任何真空度下都能实时准确监测。

实施例2

请参阅图2，一种离子测量装置，与实施例1所述的离子测量装置不同的是：

处理单元40包括运算放大电路401和模拟数字转化器402，所述隔离脉冲电源2副边的相对接地端与所述运算放大电路401的输入端相连。

优选的，所述运算放大电路包括对数放大电路。

本实施例的模拟数字转化器402为24位ADC处理器。

由于运算放大电路输入端与接地端等电位，则所述隔离脉冲电源副边的相对接地端与所述运算放大电路的输入端相连，相当于实现了所述隔离脉冲电源副边的相对接地端与所述处理单元的接地端虚接。

所述运算放大电路对接收到的离子信号进行放大、电平移位并转化成差分电压后输入至模拟数字转化器转化成数字量进而在控制单元上显示。

本实施例合理控制离子电流传输路径，在透镜电压和传输杆射频电压正常加载条件下准确测量出皮安级的离子电流，克服了高速离子电流传输路径的不确定性带来的检测不便的困难，使得测量简单方便，测量效率高。

实施例3

请参阅图3，一种离子测量装置，与实施例2所述的离子测量装置不同的是

所述处理单元41还包括滤波电路403。所述滤波电路放置在运算放大电路401和模拟数字转化器402之间。为防止外部漏电流的干扰，将滤波电路403的信号输入线进行双层屏蔽并与运算放大电路的输入管脚直接相连。

在射频电压幅值高，从而对电路造成辐射干扰或者传导干扰的情况下，采用本离子测量装置，能够有效去除离子光学系统中真空腔内部射频电源干扰，同时防止外部漏电流的干扰，使得离子测量装置的抗干扰能力强。

实施例4

请参阅图4，一种离子测量装置，与实施例3所述的离子测量装置不同的是

所述隔离脉冲电源20包括正电源接口201和负电源接口202。所述控制单元控制隔离脉冲电源，使其根据需要进行正电源接口或负电源接口的接通，能瞬间实现正负离子切换检测，自适应离子数目大小，提高了检测的动态范围。

离子测量精度高，可以精确到0.1pA，可以测量皮安到毫安量级的电流，动态范围宽。

实施例5

一种离子测量装置，与实施例4所述的离子测量装置不同的是

所述控制单元包括脉冲产生电路，用于驱动隔离脉冲电源。

所述控制单元通过驱动脉冲产生电路实现隔离脉冲电源的驱动。

实施例6

请参阅图5，一种离子测量装置，与实施例5所述的离子测量装置不同的是

所述离子测量装置还包括离子切换开关5，所述离子切换开关5分别与所述离子透镜、所述隔离脉冲电源20、所述控制单元30及所述离子光学系统1内的离子透镜电源10相连；所述离子切换开关5在控制单元30的控制下选择性地与所述隔离脉冲电源20和所述离子透镜电源10相连通。

所述离子透镜电源为低噪声可调稳压电源。

所述离子测量装置具有两种工作模式：

模式一：离子传输模式

所述离子切换开关5在控制单元30的控制下与所述离子透镜电源10相连通；在该模式下，离子撞击在离子透镜上通过接地端返回离子光学系统1中的离子源发生器。

模式二：离子测量模式

所述离子切换开关5在控制单元30的控制下与所述隔离脉冲电源20相连通；控制单元5通过驱动脉冲产生电路实现隔离脉冲电源的驱动；在该模式下，离子撞击在离子透镜上形成离子电流，所述离子电流通过隔离脉冲电源20副边的相对接地端输出，并被处理单元41接收并计算出离子数。

实施例7

请参阅图6，一种离子测量装置，与实施例6所述的离子测量装置不同的是

控制单元31还与所述处理单元41相连通，所述控制单元31根据处理单元41计算出的离子数得出离子传输效率。

进一步，所述控制单元31还可以根据处理单元41的处理结果生成报警信息，提示是否需要对相应离子光学系统进行维护。

所述报警信息可以根据处理单元41得出的离子数或根据离子数进一步计算得出地离子传输效率与系统设定值相比较，若大于系统设定值，则报警，提示这一级离子损失较大，需要维护。

进一步，控制单元31还可以集成在所述离子光学系统中。

本实施例还提供了所述离子测量装置在在线测量三重四极杆离子光学系统离子传输效率中的应用。

在离子光学系统1中任选一级离子透镜，离子切换开关5在控制单元31的控制下与隔离脉冲电源20相连通；控制单元31通过驱动脉冲产生电路实现隔离脉冲电源的驱动；在该模式下，离子撞击在离子透镜上形成离子电流，所述离子电流通过隔离脉冲电源20副边的相对接地端输出，并被处理单元41接收并计算出离子数6.1*10¹⁴个，控制单元根据离子数进一步计算得出实测离子传输效率50％，并将实测离子传输效率与系统设定的离子传输效率70％比较后，得出实测离子传输效率比统设定的离子传输效率小，则发出报警，提示这一级离子损失较大，需要维护。

本发明的离子测量装置不但可以应用于质谱仪中离子传输效率测量，还可以应用于其它离子测量仪器，如色谱仪中的离子检测器。

上述实施方式不应理解为对本发明保护范围的限制。本发明的关键是：隔离脉冲电路是离子透镜正常工作的情况下使撞击在离子透镜上的离子通过，并探测在离子透镜上损失的离子。在不脱离本发明精神的情况下，对本发明做出的任何形式的改变均应落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种离子测量装置，包括离子光学系统，所述离子光学系统包括离子透镜，其特征在于：

所述离子测量装置还包括与所述离子透镜相连的隔离脉冲电源，及与所述隔离脉冲电源相连的控制单元和处理单元；

所述控制单元控制所述隔离脉冲电源给所述离子透镜提供电压，离子撞击在离子透镜上形成离子电流并从所述隔离脉冲电源副边输出，所述处理单元接收并处理所述离子电流进而得到离子传输数量。

2.根据权利要求1所述的离子测量装置，其特征在于：所述隔离脉冲电源副边的相对接地端与所述处理单元的接地端虚接。

3.根据权利要求2所述的离子测量装置，其特征在于：所述处理单元包括运算放大电路和模拟数字转化器，所述隔离脉冲电源副边的相对接地端与所述运算放大电路的输入端相连。

4.根据权利要求3所述的离子测量装置，其特征在于：所述处理单元还包括滤波电路。

5.根据权利要求1所述的离子测量装置，其特征在于：所述隔离脉冲电源包括正电源接口和负电源接口。

6.根据权利要求1所述的离子测量装置，其特征在于：所述控制单元包括脉冲产生电路，用于驱动隔离脉冲电源。

7.根据权利要求1所述的离子测量装置，其特征在于：所述离子测量装置还包括离子切换开关，所述离子切换开关分别与所述离子透镜、所述隔离脉冲电源、所述控制单元及所述离子光学系统内的离子透镜电源相连；所述离子切换开关在控制单元的控制下选择性地与所述隔离脉冲电源和所述离子透镜电源相连通。

8.根据权利要求1～7任一所述的离子测量装置，其特征在于：所述控制单元还与所述处理单元相连通，并根据处理单元的处理结果生成报警信息，提示是否需要对相应离子光学系统进行维护。

9.根据权利要求8所述的离子测量装置，其特征在于：所述控制单元集成在所述离子光学系统中。