CN108226273B - 解决傅里叶变换离子迁移谱仪的频谱信号衰减问题的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种解决傅里叶变换离子迁移谱仪的频谱信号衰减问题的方法，包括：在所述傅里叶变换离子迁移谱仪的工作过程中，调节离子门的关门电压；在调节过程中的每一关门电压下，观察在扫频频率上升的过程中所述频谱信号的信号均值的变化情况；根据所述信号均值的变化情况，选定所述信号均值随频率上升而变化的幅度小于预设值的关门电压作为离子门的最佳关门电压。本发明的方法能够简单、有效地改善傅里叶变换离子迁移谱仪的频谱信号，提高信号质量，从而提高检测的灵敏度和分辨率。

Description

解决傅里叶变换离子迁移谱仪的频谱信号衰减问题的方法
技术领域
本发明涉及傅里叶变换离子迁移谱领域，具体涉及一种解决傅里叶变换离子迁移谱仪的频谱信号衰减问题的方法。
背景技术
离子迁移谱(IMS)检测技术是一种有效的化学物质分析方法，它具有灵敏、快速、便捷的特点，可广泛应用于现场检测。基于IMS的检测仪器已经广泛应用于机场、码头和车站等场所进行爆炸物、毒品等危险物品的痕量检测。
傅里叶变换离子迁移谱(FT-IMS)作为一种新型离子迁移谱，与传统IMS相比，具有灵敏度高且信噪比高的特点，在痕量检测方面有很好的应用前景。目前在FT-IMS的研究及应用中，普遍存在频谱信号随频率上升而衰减的问题，从而导致FT-IMS的分辨率和灵敏度都有较大的损失。
发明内容
本发明的主要目的在于提出一种解决傅里叶变换离子迁移谱仪的频谱信号衰减问题的方法，通过调节两道离子门的关门电压来解决傅里叶变换离子迁移谱检测技术中普遍存在的频谱信号随频率上升而衰减的问题，以提高FT-IMS的分辨率和灵敏度。
本发明为达上述目的所提出的技术方案如下：
一种解决傅里叶变换离子迁移谱仪的频谱信号衰减问题的方法，包括：在所述傅里叶变换离子迁移谱仪的工作过程中，调节离子门的关门电压；在调节过程中的每一关门电压下，观察在扫频频率上升的过程中所述频谱信号的信号均值的变化情况；根据所述信号均值的变化情况，选定所述信号均值随频率上升而变化的幅度小于预设值的关门电压作为离子门的最佳关门电压。
傅里叶变换离子迁移谱仪的离子门关门电压过高会导致频谱信号的衰减；相应的，离子门关门电压过低则会出现频谱信号抬升，这两种情况均不利于获得高质量的时域谱图。不过，频谱信号的衰减问题才是本领域关注的重点，信号的衰减会降低检测的灵敏度，因此本发明提出上述技术方案，通过在每种关门电压下，都观察频谱信号是否随扫频频率的上升而出现衰减，若有衰减，则说明当前离子门关门电压还是较高，应当予以降低，而后再继续观察频谱信号随频率上升而变化的情况，直至找到一个合适的关门电压，使得所得到的频谱信号不再随频率升高而衰减，即频谱信号的信号均值在频率上升的过程中基本保持不变。以此来解决频谱信号的衰减问题。本发明能够简单、高效地改善频谱信号。
附图说明
图1是傅里叶变换离子迁移谱仪的迁移管结构示意图；
图2是采用本发明的方法前后的频谱信号对比图；
图3是图2中所示的频谱信号对应的时域信号图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步说明。
为解决傅里叶变换离子迁移谱检测技术中普遍存在的频谱信号衰减的问题，本发明采用降低离子门关门电压的方式，在不改变迁移管和离子门结构及安装方式的前提下，通过改变离子门驱动电路的输出电压，来解决傅里叶变换离子迁移谱仪的频谱信号衰减问题。
为解决上述问题，本发明具体实施方式提出了一种解决傅里叶变换离子迁移谱仪的频谱信号衰减问题的方法，该方法包括：在所述傅里叶变换离子迁移谱仪的工作过程中，调节离子门的关门电压；在调节过程中的每一关门电压下，观察在扫频频率上升的过程中所述频谱信号的信号均值的变化情况；根据所述信号均值的变化情况，选定所述信号均值随频率上升而变化的幅度小于预设值的关门电压作为离子门的最佳关门电压。
如图1所示，傅里叶变换离子迁移谱仪的迁移管10上设有载气及样品气1的入口和漂移气2的出/入口，内部分为电离区11和迁移区12，内设有第一离子门13、第二离子门14、屏蔽网15和法拉第盘16；法拉第盘16作为离子检测器，后端依次连接有一信号放大器20、AD采集卡30和计算机40。
由于傅里叶变换离子迁移谱仪具有两道离子门，在一具体实施例中，采用同样的方式来分别调节第一和第二离子门的关门电压，以分别找到两者的最佳关门电压。具体如下：
首先，设置第一离子门13常开，而第二离子门14在其驱动电路的驱动下按照方波信号的频率不断地开和关，即正常地开和关；
然后，在离子迁移过程中，改变第二离子门的关门电压，并在每一关门电压下观察扫频频率上升的过程中所述频谱信号的信号均值的变化情况；若在某一关门电压下，所述频谱信号的信号均值在扫频频率上升的过程中保持不变或变化幅度小于所述预设值，则将所述某一关门电压设定为所述第二离子门的最佳关门电压。这样就完成了第二离子门的关门电压的调节，接下来以同样的方法来找到第一离子门的最佳关门电压。即：
设置所述第二离子门常开，而所述第一离子门在其驱动电路的驱动下按照方波信号的频率不断地开和关。然后在正常的离子迁移过程中，按照上述的方法来调节第一离子门的关门电压，找出第一离子门的最佳关门电压。
若两道离子门的其它参数完全相同，则优选地可以只对其中一道离子门进行关门电压的调节，而另一道离子门的最终关门电压则与所述其中一道离子门的最佳关门电压设置为一样即可。
下面通过一个具体的例子来对本发明的方法进行详细的说明。
傅里叶变换离子迁移谱仪的参数和条件：迁移管长度10.5cm，迁移电场强度50V/mm；检测样品为丙酮，浓度10ppm；载气流速15ml/min，漂移气流速600ml/min；离子门的关门电压初始时为300V，所得到的频谱信号为图2中所示的频谱信号100，可以看到，频谱信号随频率的上升发生了明显的衰减。
采用本发明的方法，来调节离子门的关门电压，如下：
例如，第一离子门常开，来调节第二离子门的关门电压，从300V往下降低，例如调节为280V时，发现此时得到的频谱信号图，其信号均值仍然随频率上升而下降，且下降幅度不符合预期，属于不可接受的衰减。则继续下调关门电压，假设当下调至120V时，发现得到的频谱信号100’几乎无衰减，信号均值在频率上升的过程中基本保持不变，即便有微小的变化，该变化幅度也是在预设值以内。则可以认为120V是第二离子门的最佳关门电压。若第一离子门和第二离子门的其它参数完全相同，则将第一离子门的关门电压也设定为120V；否则，继续调节第一离子门的关门电压：将第二离子门常开，第一离子门正常地开和关，以上述调节第二离子门关门电压的方法来调节第一离子门的关门电压，直至得到的频谱信号基本无衰减，或者说，衰减的幅度在预设的可接受范围内，得到第一离子门的最佳关门电压。假设也是120V，则设置驱动电路，使其输出关门电压时的值为最佳关门电压，从而解决了频谱信号的衰减问题，显著提高了傅里叶变换离子迁移谱仪的分辨率和灵敏度。如图3所示，分别对频谱信号100和100’进行反傅里叶变化后得到对应的时域信号200和200’，可见本发明能够提高检测灵敏度。
在另一些实施例中，不排除关门电压过低的情况，此种情况下的频谱信号随频率的上升会出现抬高，与衰减的情况相反。因此，在调节离子门的关门电压的过程中，还观察所述频谱信号随扫频频率的上升是否有抬高；若有，则升高关门电压，再在新的关门电压下继续观察所述频谱信号随扫频频率上升而变化的情况。根据频谱信号的抬升/衰减来适当地升高/降低离子门的关门电压，以寻找到频谱信号的信号均值不随频率升高而变化或变化极小的最佳关门电压。
需要说明的是，本发明不限制离子门的类型，可以是BN离子门，也可以是TP或其它类型的离子门。也不限制离子门的开/关门模式是单极还是双极。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种解决傅里叶变换离子迁移谱仪的频谱信号衰减问题的方法，其特征在于，包括：
在所述傅里叶变换离子迁移谱仪的工作过程中，调节离子门的关门电压；
在调节过程中的每一关门电压下，观察在扫频频率上升的过程中所述频谱信号的信号均值的变化情况；
根据所述信号均值的变化情况，选定所述信号均值随频率上升而变化的幅度小于预设值的关门电压作为离子门的最佳关门电压。
2.如权利要求1所述的解决傅里叶变换离子迁移谱仪的频谱信号衰减问题的方法，其特征在于：
所述离子门包括第一离子门和第二离子门；所述调节离子门的关门电压具体包括以下步骤：
S1、设置所述第一离子门常开，而所述第二离子门在其驱动电路的驱动下按照方波信号的频率不断地开和关；
S2、改变所述第二离子门的关门电压，并在每一关门电压下观察扫频频率上升的过程中所述频谱信号的信号均值的变化情况；若在某一关门电压下，所述频谱信号的信号均值在扫频频率上升的过程中保持不变或变化幅度小于所述预设值，则将所述某一关门电压设定为所述第二离子门的最佳关门电压；
S3、设置所述第二离子门常开，而所述第一离子门在其驱动电路的驱动下按照方波信号的频率不断地开和关；然后，按照步骤S2中调节第二离子门关门电压的方法来调节所述第一离子门的关门电压，以获得所述第一离子门的最佳关门电压。
3.如权利要求2所述的解决傅里叶变换离子迁移谱仪的频谱信号衰减问题的方法，其特征在于：
步骤S2具体包括：
S21、在第二离子门的当前关门电压下，判断所述频谱信号的信号均值在扫频频率上升的过程中，是否保持不变或变化幅度是否小于所述预设值；若是，则将所述当前关门电压设定为所述第二离子门的所述最佳关门电压；若否，则执行步骤S22；
S22、降低第二离子门的关门电压，并返回执行步骤S21；直至所述频谱信号的信号均值在扫频频率上升的过程中，变化幅度小于所述预设值时，将最新的关门电压设定为所述第二离子门的所述最佳关门电压。
4.如权利要求1所述的解决傅里叶变换离子迁移谱仪的频谱信号衰减问题的方法，其特征在于：在调节离子门的关门电压的过程中，还观察所述频谱信号随扫频频率的上升是否有抬高；若有，则升高关门电压，再在新的关门电压下继续观察所述频谱信号随扫频频率上升而变化的情况。
5.如权利要求1所述的解决傅里叶变换离子迁移谱仪的频谱信号衰减问题的方法，其特征在于：所述离子门为BN离子门或TP离子门。
6.如权利要求1所述的解决傅里叶变换离子迁移谱仪的频谱信号衰减问题的方法，其特征在于：所述离子门的开/关门模式为单极开/关门模式。
7.如权利要求1所述的解决傅里叶变换离子迁移谱仪的频谱信号衰减问题的方法，其特征在于：所述离子门的开/关门模式为双极开/关门模式。
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