CN105911130A - 一种激光解析离子源装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光解析离子源装置，包括样品靶，前级板，离子聚焦透镜，检测器，激光器，上位机，下拉脉冲发生装置和延时电路，在下拉脉冲装置中，单极性高压直流电源通过串联高压电阻与快速开关部件的开关模块一端及脉冲输出端联接，开关电路另一端接地，同步脉冲信号源与快速开关部件的触发模块联接以控制快速开关部件的开关模块的开或闭，主脉冲输入端与驱动脉冲输出端联接，主脉冲输入端通过主电路第一滤波模块与第一分流器和第二分流器的第一端联接，第一分流器的第二端与主电路第二输出端联接，第二分流器的第二端与主电路第一输出端联接；本发明设计的装置通过提高飞行时间质谱的灵敏度和分辨率，提升了解析中的精度要求。
Description
技术领域
本发明属于基质辅助激光解析飞行时间质谱领域，尤其涉及一种脉冲发生装置。
背景技术
基质辅助激光解析离子源是指在一个微小的区域内，在极短的时间间隔，激光对样品提供高的能量，对它们进行极快的加热，这样可以避免热敏感的化合物加热分解，基质分子能有效地吸收激光的能量，并间接地传给样品分子，从而得到电离，由于激光轰击样品的过程是在一个极短时间内完成的，需要一个高压电场和一个纳秒级突变的电场与激光脉冲配合，使得电离后的离子能够在激光轰击后离开样品板，在高压电场中延时，在纳秒级突变电场中快速获得加速，进而传输到质量分析器中，这样高压突变的电场需要相当快速的脉冲电路切换以及高压电源提供。
基质辅助激光解析离子源中的电场控制，对于飞行时间质谱的灵敏度和分辨率有着至关重要的作用，而现有技术中主要使用0~±800v 的高压，脉冲幅度只有±800V ，脉冲宽度高达100ms 左右，无法满足精度要求，同时相应的电路结构也较复杂，反应也较慢。
发明内容
有鉴于此，需要克服现有技术中的上述缺陷中的至少一个。本发明提供了一种激光解析离子源装置，包括样品靶，前级板，离子聚焦透镜，检测器，激光器，上位机，以及下拉脉冲发生装置和延时电路；上位机发出指令给激光器，打出激光使样品板上的微生物样品碎裂成离子迸射出来，激光器打出激光的同时会发送一个同步脉冲信号给延时电路，经过延时后同步信号被分别送给下拉脉冲发生装置和检测器，经过同步信号触发，下拉脉冲发生装置会将前级板上直流电压下拉后再返回，形成一个下拉脉冲，离子在下拉脉冲形成的电场加速下通过前级板进入后面的部分，最后由检测器检测到信号发送给上位机；所述下拉脉冲发生装置包括主电路和驱动电路；所述驱动电路包括单极性高压直流电源，同步脉冲信号源，快速开关部件，驱动脉冲输出端；所述单极性高压直流电源通过串联高压电阻与所述快速开关部件的开关模块一端及所述脉冲输出端联接，所述开关电路另一端接地，所述同步脉冲信号源与所述快速开关部件的触发模块联接以控制所述快速开关部件的所述开关模块的开或闭；所述主电路包括主脉冲输入端，主直流电源，主电路第一输出端，主电路第二输出端；所述主脉冲输入端与所述驱动脉冲输出端联接，所述主脉冲输入端通过主电路第一滤波模块与第一分流器和第二分流器的第一段联接，所述第一分流器的第二端与所述主电路第二输出端联接，所述第二分流器的第二端与所述主电路第一输出端联接。
根据本专利背景技术中对现有技术所述，现有技术中主要使用0~±800v 的高压，脉冲幅度只有±800V ，脉冲宽度高达100ms 左右，无法满足精度要求，同时相应的电路结构也较复杂，反应也较慢；而本发明公开的激光解析离子源装置，通过对快速开关采用>2V的上升沿进行触发，使得快速开关迅速吸合，形成有效的下拉脉冲，较传统高压开关，不需要加热功率或复杂的驱动电路，同时还具有非常短的恢复时间和低抖动优点，同时主电路实现了结构简单、成本更低，性能更加稳定以及滤波性能更好的优点。
另外，根据本发明公开的激光解析离子源装置还具有如下附加技术特征：
进一步地，所述串联高压电阻包括串联的第一高压电阻和第二高压电阻。
更进一步地，所述第一高压电阻和所述第二高压电阻之间具有主电路第一滤波模块。
优选地，所述主电路第一滤波模块包括多个并联电容。
更进一步地，所述第二高压电阻并联有第二稳压管（D2）。
进一步地，所述快速开关部件为HTS150快速开关。
在本案的一个实施例中，单极性高压直流电源PIEHV信号经主电路第一滤波模块，串联上第一高压电阻和第二高压电阻后连接到快速开关部件的开关模块的一端；此时同步脉冲信号源发出一个>2V的上升沿触发信号，快速开关模块闭合使得脉冲输出端与GND短接，从而使得脉冲输出端获得一个PIEHVà0的下拉脉冲，此脉冲的幅值决定于PIEHV的电压，宽度决定于快速开关的闭合时间。
本案中的快速开关采用的是HTS150开关，其可生成精确的振幅高达15KV的高压脉冲，HTS150有5个引脚，当同步脉冲信号源给出一个快速的前沿和低脉冲时，HTS150开关工作，迅速吸合，较传统高压开关，其不需要加热功率或复杂的驱动电路，同时还具有非常短的恢复时间和低抖动优点。
进一步地，所述主电路第一滤波模块包括多个串联电容。
进一步地，所述主电路还包括主电路第二滤波模块，所述主电路第二滤波模块的一端接地，另一端与所述主电路第一输出端联接。
更进一步地，所述主电路第二滤波模块与所述主电路第一输出端之间串联电阻。
进一步地，所述第一分流器和第二分流器的第一端通过电阻和电感部件接地。
在本案的一个实施例中，主电路中，第一分流器R31和第二分流器（R39和R33串联）的第一端通过电阻（R36、R37、R38、R40串联）和电感L6接地；主直流电源HV通过电阻（R29和R30串联）分别与第一分流器和第二分流器的第一端相连，由此，使电路稳定。
在主电路第一滤波模块（C50、C51、C52、C53四个串联电容）作用下，主脉冲输入端产生的高压脉冲电源可生成±10KV的脉冲电压；主电路第二滤波器（C44、C45、C46、C47、C48、C49并联）过滤电压的脉冲部分，使主电路第一输出端HV out1输出稳定的直流高压；由此，使结构简单，价格便宜，性能稳定，滤波性能好。
其中，PLSin1为从驱动电路输入的0～10KV、10us级脉冲信号，HV为高压直流电源输入的0～30KV可调直流高压，C50、C51、C52、C53为耐压40KV,1000pF的电容，PLSin1通过这4个串联电容与HV耦合出一个下拉脉冲，再通过一个1K的电阻R31输出即HV out2（ HV out2=HV-PLSin1, PLSin1为脉冲幅值）；HV out1输出仍为HV不变，R39位高压可调电位器，用于对参数的微调。
当HV输出30KV的高压时，若主脉冲输入端输出10KV→0的脉冲信号，则输出端HVout1输出30KV的直流高压，输出端HV out2输出30KV→20KV的脉冲高压。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是具有激光解析离子源装置激光解析离子源装置原理示意图；
图2是激光解析离子源装置的驱动电路原理图；
图3是激光解析离子源装置的主电路原理图。
图1中，100激光器，110上位机，130检测器，140离子聚焦透镜，150前级板，160样品靶，170下拉脉冲装置，180延时电路，其中虚线为离子束L。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语 “上”、“下”、“底”、“顶”、“前”、“后”、“内”、“外”、“横”、“竖”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“连通”、“相连”、“连接”、“配合”应做广义理解，例如，可以是固定连接，一体地连接，也可以是可拆卸连接；可以是两个元件内部的连通；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明的发明构思如下，通过采用更加简便的快速开关进行操作，以及更稳定的电路结构，相较传统高压开关，不需要加热功率或复杂的驱动电路，同时还具有非常短的恢复时间和低抖动优点，同时主电路实现了结构简单、成本更低，性能更加稳定以及滤波性能更好的优点。
下面将参照附图来描述本发明，其中图1是具有激光解析离子源装置激光解析离子源装置原理示意图；图2是激光解析离子源装置的驱动电路原理图；图3是激光解析离子源装置的主电路原理图。
如图1-3所示，根据本发明的实施例，所述激光解析离子源装置包括：样品靶160，前级板150，离子聚焦透镜140，检测器130，激光器100，上位机110，以及下拉脉冲发生装置170和延时电路180；上位机110发出指令给激光器100，打出激光使样品板上的微生物样品碎裂成离子迸射出来，激光器100打出激光的同时会发送一个同步脉冲信号给延时电路180，经过延时后同步信号被分别送给下拉脉冲发生装置170和检测器130，经过同步信号触发，下拉脉冲发生装置170会将前级板150上直流电压下拉后再返回，形成一个下拉脉冲，离子在下拉脉冲形成的电场加速下通过前级板150进入后面的部分，最后由检测器130检测到信号发送给上位机110；所述下拉脉冲发生装置170包括主电路（如图3所示）和驱动电路（如图2所示）；所述驱动电路包括单极性高压直流电源PEIHV，同步脉冲信号源TTL Trig，快速开关部件K4，驱动脉冲输出端PLSOut；所述单极性高压直流电源PEIHV通过串联高压电阻（R1和R2）与所述快速开关部件K4的开关模块一端4及所述脉冲输出端PLSOut联接，所述开关电路5另一端接地，所述同步脉冲信号源TTL Trig与所述快速开关部件K4的触发模块（1、2、3）联接以控制所述快速开关部件K4的所述开关模块（4、5）的开或闭；所述主电路包括主脉冲输入端PLSIn1，主直流电源HV，主电路第一输出端HVOut1，主电路第二输出端HVOut2；所述主脉冲输入端PLSIn1与所述驱动脉冲输出端PLSOut联接，所述主脉冲输入端PLSIn1通过主电路第一滤波模块（如图3所示）与第一分流器和第二分流器的第一端联接，所述第一分流器R31的第二端与所述主电路第二输出端HVOut2联接，所述第二分流器（R39和R33串联）的第二端与所述主电路第一输出端HVOut1联接。
另外，根据本发明公开的激光解析离子源装置还具有如下附加技术特征：
根据本发明的一些实施例，所述串联高压电阻包括串联的第一高压电阻R1和第二高压电阻R2，如图2所示。
优选地，所述第一高压电阻R1和第二高压电阻R2之间具有主电路第一滤波模块，如图2所示。
优选地，所述主电路第一滤波模块包括多个并联电容，如图2所示，包括C1-C7。
优选地，所述第二高压电阻R2并联有第二稳压管（D2）。
根据本发明的一些实施例，所述快速开关部件为HTS150快速开关。
在本案的一个实施例中，单极性高压直流电源PIEHV信号经主电路第一滤波模块（C1-C7），串联上第一高压电阻R1和第二高压电阻R2后连接到快速开关部件K4的开关模块（4、5）的一端；此时同步脉冲信号源TTL Trig发出一个>2V的上升沿触发信号，快速开关模块闭合（4、5短接）使得脉冲输出端PLSOut与GND短接，从而使得脉冲输出端PLSOut获得一个PIEHVà0的下拉脉冲，此脉冲的幅值决定于PIEHV的电压，宽度决定于快速开关部件K4的闭合时间。
本案中的快速开关部件K4采用的是HTS150开关，其可生成精确的振幅高达15KV的高压脉冲，HTS150有5个引脚，当同步脉冲信号源给出一个快速的前沿和低脉冲时，HTS150开关工作，迅速吸合，较传统高压开关，其不需要加热功率或复杂的驱动电路，同时还具有非常短的恢复时间和低抖动优点。
根据本发明的一些实施例，所述主电路第一滤波模块包括多个串联电容C50，如图3所示。
根据本发明的一些实施例，所述主电路还包括主电路第二滤波模块，所述主电路第二滤波模块的一端接地，另一端与所述主电路第一输出端HVOut1联接，如图3所示。
进一步地，所述主电路第二滤波模块与所述主电路第一输出端HVOut1之间串联电阻（R34、R35），如图3所示。
根据本发明的一些实施例，第一分流器R31和第二分流器（R39和R33串联）的第一端通过电阻（R36、R37、R38、R40串联）和电感L6接地。
在本案的一个实施例中，主电路中（如图3所示），第一分流器R31和第二分流器（R39和R33串联）的第一端通过电阻（R36、R37、R38、R40串联）和电感L6接地；主直流电源HV通过电阻（R29和R30串联）分别与第一分流器R31和第二分流器（R39和R33串联）的第一端相连，由此，使电路稳定。
在主电路第一滤波模块（C50、C51、C52、C53四个串联电容）作用下，主脉冲输入端产生的高压脉冲电源可生成±10KV的脉冲电压；主电路第二滤波器（C44、C45、C46、C47、C48、C49并联）过滤电压的脉冲部分，使主电路第一输出端HV out1输出稳定的直流高压；由此，使结构简单，价格便宜，性能稳定，滤波性能好。
其中，PLSin1为从驱动电路输入的0～10KV、10us级脉冲信号，HV为高压直流电源输入的0～30KV可调直流高压，C50、C51、C52、C53为耐压40KV,1000pF的电容，PLSin1通过这4个串联电容与HV耦合出一个下拉脉冲，再通过一个1K的电阻R31输出即HV out2（ HV out2=HV-PLSin1, PLSin1为脉冲幅值）；HV out1输出仍为HV不变，R39位高压可调电位器，用于对参数的微调。
当HV输出30KV的高压时，若主脉冲输入端输出10KV→0的脉冲信号，则输出端HVout1输出30KV的直流高压，输出端HV out2输出30KV→20KV的脉冲高压。
任何提及“一个实施例”、“实施例”、“示意性实施例”等意指结合该实施例描述的具体构件、结构或者特点包含于本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处的该示意性表述不一定指的是相同的实施例。而且，当结合任何实施例描述具体构件、结构或者特点时，所主张的是，结合其他的实施例实现这样的构件、结构或者特点均落在本领域技术人员的范围之内。
尽管参照本发明的多个示意性实施例对本发明的具体实施方式进行了详细的描述，但是必须理解，本领域技术人员可以设计出多种其他的改进和实施例，这些改进和实施例将落在本发明原理的精神和范围之内。具体而言，在前述公开、附图以及权利要求的范围之内，可以在零部件和/或者从属组合布局的布置方面作出合理的变型和改进，而不会脱离本发明的精神。除了零部件和/或布局方面的变型和改进，其范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种激光解析离子源装置，包括： 样品靶，前级板，离子聚焦透镜，检测器，激光器，上位机，以及下拉脉冲发生装置和延时电路；所述上位机发出指令给所述激光器，打出激光使样品板上的微生物样品碎裂成离子迸射出来，所述激光器打出激光的同时会发送一个同步脉冲信号给所述延时电路，经过延时后同步信号被分别送给所述下拉脉冲发生装置和所述检测器，经过同步信号触发，所述下拉脉冲发生装置会将所述前级板上直流电压下拉后再返回，形成一个下拉脉冲，离子在下拉脉冲形成的电场加速下通过所述前级板进入后面的部分，最后由所述检测器检测到信号发送给上位机；其特征在于，所述下拉脉冲发生装置包括主电路和驱动电路；
所述驱动电路包括单极性高压直流电源，同步脉冲信号源，快速开关部件，驱动脉冲输出端；
所述单极性高压直流电源通过串联高压电阻与所述快速开关部件的开关模块一端及所述脉冲输出端联接，所述开关电路另一端接地，所述同步脉冲信号源与所述快速开关部件的触发模块联接以控制所述快速开关部件的所述开关模块的开或闭；
所述主电路包括主脉冲输入端，主直流电源，主电路第一输出端，主电路第二输出端；
所述主脉冲输入端与所述驱动脉冲输出端联接，所述主脉冲输入端通过主电路第一滤波模块与第一分流器和第二分流器的第一段联接，所述第一分流器的第二端与所述主电路第二输出端联接，所述第二分流器的第二端与所述主电路第一输出端联接。
2.根据权利要求1所述的激光解析离子源装置，其特征在于，所述串联高压电阻包括串联的第一高压电阻和第二高压电阻。
3.根据权利要求2所述的激光解析离子源装置，其特征在于，所述第一高压电阻和所述第二高压电阻之间具有驱动电路第一滤波模块。
4.根据权利要求3所述的激光解析离子源装置，其特征在于，所述驱动电路第一滤波模块包括多个并联电容。
5.根据权利要求2所述的激光解析离子源装置，其特征在于，所述第二高压电阻并联有第二稳压管（D2）。
6.根据权利要求1所述的激光解析离子源装置，其特征在于，所述快速开关部件为HTS150快速开关。
7.根据权利要求1所述的激光解析离子源装置，其特征在于，所述主电路第一滤波模块包括多个串联电容。
8.根据权利要求1所述的激光解析离子源装置，其特征在于，所述主电路还包括主电路第二滤波模块，所述主电路第二滤波模块的一端接地，另一端与所述主电路第一输出端联接。
9.根据权利要求8所述的激光解析离子源装置，其特征在于，所述主电路第二滤波模块与所述主电路第一输出端之间串联电阻。
10.根据权利要求1所述的激光解析离子源装置，其特征在于，所述第一分流器和第二分流器的第一端通过电阻和电感部件接地。
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| 查庆民等: "高分辨飞行时间质谱中的离子延时引出方法与实验", 《岩矿测试》 * |
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