CN108801922A - 一种研究大分子离子光电子谱的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光谱化学领域，一种研究大分子离子光电子谱的装置，包括真空腔、液滴喷射器、离子聚束器、四极质量过滤器、离子阱、进气口、出射透镜、屏蔽罩、速度成像盘、激光器、多通道盘、探测器、计算机、输入/输出模块、现场可编程逻辑器件、数模转换模块、高压电源、驱动电路和真空泵组，采用驱动器与液体共振的方法来喷射出液滴，驱动器的振动方向与液滴喷出的方向平行，能够形成尺寸较小且均匀的液滴，且对溶剂无特殊要求，喷射过程也无需对溶液施加高电压，适用的大分子种类较广，采用数字化的梯形波形电压来驱动四极质量过滤器，通过扫描频率来获得荷质比谱，能够测量荷质比较大的粒子，能够将电压中的谐波最小化，获得较高的信号分辨率。

Description

一种研究大分子离子光电子谱的装置
技术领域
本发明涉及光谱化学领域，尤其是一种能够用于较多种类大分子离子研究，特别是能够分析大荷质比离子的一种研究大分子离子光电子谱的装置。
背景技术
研究分子光电子谱的装置在真空环境中研究待测分子的离子束流，通常需要使得含有待测样品的溶液雾化后进入真空环境，另外，通常具有质量过滤器来选择离子束流中不同荷质比的成分。用于真空中离子束流过滤的四极质量过滤器通常由4根尺寸相同的圆柱形金属杆组成，金属杆互相平行且关于离子路径的中心轴对称，相互对角的两根金属杆之间导通，连成一对杆，四极质量过滤器工作时分别在两对杆上施加相反相位的射频信号及相反极性的直流电势。荷质比在特定范围内的离子才能通过四极质量过滤器，能够通过的荷质比的中心取决于射频信号的振幅及频率，荷质比的范围取决于射频信号峰-峰值与杆之间的直流电势的比值。荷质比谱通常通过保持以上所述比值恒定的情况下扫描射频振幅及直流电势来得到。能够得到的荷质比的最大值取决于射频振幅的最大值，而这受限于功率耗散及电压击穿等实际条件。四极质量过滤方法通常不能用于分析高荷质比的离子，为了增加能够测得的荷质比的最大值，必须降低射频信号的频率，即需要新的共振电路，但是，分辨功率取决于离子在通过四极质量过滤器时所经过的射频循环的次数，因此，降低射频信号的频率的方法会降低分辨功率，另外，降低射频信号频率也会降低四极质量过滤器出口处的离子束截面的面积，即降低离子的信号强度；改进的方法是通过固定四极质量过滤器驱动电压，进行频率扫描来得到荷质比谱，现有技术缺陷一：现有技术中采用频率扫描的四极质量过滤器采用正弦驱动电压，包含大量的谐波电压，产生的振铃效应较强，导致电压波形失真，得到的荷质比谱精度不高；现有技术缺陷二：现有技术中某些装置以电喷雾方法来使得含有待测样品的溶液雾化，对溶液中溶剂有一定的要求，即必须是极性溶液，且电喷雾工作时必须对液体施加高电压，这限制了电喷雾方法适用的样品的种类；现有技术缺陷三：现有技术中某些装置通过直接对液体施加压力的方法来使得液体喷出并形成液滴，该方法产生的液滴的尺寸受限于液滴喷口的内径，即无法形成较小的液滴，所述一种研究大分子离子光电子谱的装置能够解决问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明产生特殊的电压波形来驱动四极质量过滤器，通过扫描频率来获得荷质比谱，能够测量较大荷质比的粒子；另外，采用驱动器与液体共振的方法来产生并喷射出液滴，能够形成尺寸比液滴喷射口内径小很多的液滴，且对溶剂无特殊要求，工作时无需施加高电压，适用的样品范围较广。
本发明所采用的技术方案是：
所述一种研究大分子离子光电子谱的装置主要包括真空腔、液滴喷射器、离子聚束器、四极质量过滤器、离子阱、进气口、出射透镜、屏蔽罩、速度成像盘、激光器、多通道盘、探测器、计算机、输入/输出模块、现场可编程逻辑器件、数模转换模块、高压电源、驱动电路、真空泵组和电离装置，xyz为三维空间坐标系，所述真空腔具有起始端和末端，所述液滴喷射器连接于真空腔的起始端，真空腔的起始端安装有电离装置，真空腔的起始端具有通孔，所述液滴喷射器喷射出的液滴能够通过所述通孔进入真空腔并在所述电离装置的作用下形成离子包，继而在真空泵组的作用下形成离子束流；真空腔的末端具有小孔，真空腔内的离子能够通过所述小孔进入探测器，所述离子聚束器、四极质量过滤器、离子阱、出射透镜、屏蔽罩、速度成像盘和多通道盘依次均位于所述真空腔内，离子阱连接有进气口，速度成像盘位于屏蔽罩内，所述激光器发射的激光能够通过屏蔽罩射入速度成像盘，所述速度成像盘主要包括电势转换电极、反射电极、抽取电极和接地盘，通过调节施加在电势转换电极、反射电极和抽取电极上的电势，能够将光反应生成的离子以不同的速率射出。液滴喷射器主要包括喷射器外壳、驱动器、储液池、进液管、质量流量控制器和液滴喷射孔，喷射器外壳为圆柱形，驱动器为圆盘形且固定于喷射器外壳内，储液池为圆台形，储液池一底面连接驱动器、另一底面具有液滴喷射孔，储液池侧壁通过进液管连接有质量流量控制器，当驱动器工作时，所述储液池的容积能够产生微小变化，所述液滴喷射孔的孔径范围为50微米至500微米，所述储液池的容积范围为五毫升至十毫升；驱动电路主要包括电压-电流转换器I、光学接收器、多谐振荡器、过滤器、分频器、电压放大器I、电压放大器II、电压-电流转换器II、电压-电流转换器III、电压-电流转换器IV、电压-电流转换器V、积分放大器I和积分放大器II，计算机、输入/输出模块和现场可编程逻辑器件依次电缆连接，现场可编程逻辑器件和光学接收器通过光纤连接，输入/输出模块、数模转换模块和高压电源依次电缆连接，所述高压电源具有输出端正极和负极、且分别电缆连接电压-电流转换器I的输入端，电压-电流转换器I的输出端电缆连接过滤器的输入端，光学接收器的输出端分别电缆连接多谐振荡器和分频器的输入端，多谐振荡器输出端连接过滤器的输入端，分频器的输出端分别连接电压-电流转换器II、电压-电流转换器III、电压-电流转换器IV和电压-电流转换器V的输入端，电压-电流转换器II和电压-电流转换器III的输出端均电缆连接积分放大器I，电压-电流转换器IV和电压-电流转换器V的输出端均电缆连接积分放大器II，积分放大器I和积分放大器II分别电缆连接所述四极质量过滤器；过滤器的输出端分别电缆连接电压放大器I的输入端和电压放大器II的输入端，电压放大器I的输出端分别连接电压-电流转换器II的输入端和电压-电流转换器IV的输入端，电压放大器II的输出端分别电缆连接电压-电流转换器III的输入端和电压-电流转换器V的输入端。
液滴喷射器的喷射原理：初始状态下液滴喷射孔与储液池液面平面平行；开启驱动器I和驱动器II后，驱动器以一定的频率振动，以一定的周期向储液池外侧和内侧来回运动，在驱动器向储液池外侧运动的过程中，储液池在驱动器的作用下容积扩大，液滴喷射孔处的液面向储液池内弯曲，液面弯曲的程度随储液池容积的扩大而不断增大；在驱动器向储液池内侧运动的过程中，储液池在驱动器的作用下容积减小，弯曲的液面受到了储液池中液体的作用力，储液池在驱动器的作用下容积继续减小的过程中，弯曲的液面中心位置会形成一个极细的液体射流；在驱动器的下一个振动周期中，驱动器向储液池外侧运动，储液池容积开始扩大，将已冲出液滴喷射孔平面的所述液体射流中的大部分液体拉回储液池内，在所述液体射流的尖端的小部分液体会形成一个极小的液滴，从而液滴冲出储液池。
四极杆质量过滤器的驱动电路的技术原理：
选择梯形波形来驱动四极杆质量过滤器的优点：梯形波形与正弦波形近似，但是其中谐波的贡献要少很多，因此能够避免大部分振铃效应，从而避免波形失真，对于梯形波形，在电压值处于波峰与波峰之间的时间为电压值处于波峰的时间的两倍的条件下，梯形波形的谐波能够被最小化。
用于驱动四极质量过滤器的梯形波形的生成方法：
采用计算机连接的现场可编程逻辑器件来控制四极质量过滤器的驱动电路，计算机根据预设的梯形波形的斜率，计算出正比于所述斜率的电压，光学接收器将现场可编程逻辑器件发出的信号转换为TTL信号，所述TTL信号触发单稳态的多谐振荡器，生成一个电流脉冲，所述电流脉冲的幅度正比于待生成的梯形波形的幅度，过滤器将所述电流脉冲平均后，所述电流脉冲被转变为反向直流电压和正向直流电压，并分别被电压放大器I和电压放大器II放大，所述电压决定了待生成的梯形波形的斜率，直流电压的大小取决于预设的梯形波形的频率和幅度。另外，现场可编程逻辑器件生成的信号频率在分频器中降频一半后输入电压-电流转换器II、电压-电流转换器III、电压-电流转换器IV和电压-电流转换器V。
使用以上步骤中计算所得的正向直流电压和反向直流电压来产生最终波形：
所述正向直流电压在电压-电流转换器II和电压-电流转换器IV中转变为电流并分别在积分放大器I和积分放大器II中进行积分，所述反向直流电压在电压-电流转换器III和电压-电流转换器V中转变为电流并分别在积分放大器I和积分放大器II中进行积分，积分放大器I和积分放大器II分别生成驱动四极质量过滤器的高电压和低电压。
以一个循环来说明梯形波形的生成过程：设循环周期为T，在时刻t＝0时，波形以最低的峰值输出，分频后的频率信号使得电流源的极性不断切换，因此输出电压开始线性增加，在时刻输出电压值到达正轨道，并保持的时间，在时刻分频的频率改变状态并切换电流源的极性，输出电压开始线性下降并在在时刻到达负轨道，并保持的时间，至此一个循环结束，开始下一个循环。
利用所述一种研究大分子离子光电子谱的装置进行研究的方法步骤为：
一.根据需要过滤的离子类型，在计算机中预设用于驱动四极质量过滤器的电压，并通过驱动电路输出对应电压至四极质量过滤器；
二.调节质量流量控制器，将待测样品溶液注入储液池，溶液流速典型值为0.02至0.2毫升/分钟；
三.开启驱动器，振动频率典型值为1kHz；
四.液滴喷射器喷射出的液滴通过所述通孔进入真空腔，并在所述电离装置的作用下形成离子包，继而在所述真空泵组的作用下形成离子束流；
五.离子束流依次通过离子聚束器、四极质量过滤器、离子阱和出射透镜后到达速度成像盘，并被激光器发出的激光照射，发生光反应；
六.调节施加在电势转换电极、反射电极、抽取电极上的电势，将光反应生成的离子以不同的速率射出，离子运动至多通道盘并生成与位置相关的信号，所述信号被探测器记录；
七.分析探测器所得数据，得到与离子光反应相关的速度成像谱。
本发明的有益效果是：
本发明中的液滴喷射器能够形成尺寸较小液滴，且对待测样品溶液的极性无要求，喷射时无需对溶液施加高电压，适用的样品种类较多，其次，采用梯形波形电压来驱动四极质量过滤器，通过扫描频率来获得荷质比谱，能够测量荷质比较大的粒子。
附图说明
下面结合本发明的图形进一步说明：
图1是本发明示意图；
图2是液滴喷射器侧面示意图；
图3是输出电压控制装置示意图；
图4至图9是液滴喷射孔放大示意图及喷射原理示意图。
图中，1.真空腔，2.液滴喷射器，2-1.喷射器外壳，2-2.驱动器，2-3.储液池，2-4.进液管，2-5.质量流量控制器，2-6.液滴喷射孔，3.离子聚束器，4.四极质量过滤器，5.离子阱，6.进气口，7.出射透镜，8屏蔽罩，9.速度成像盘，10.激光器，11.多通道盘，12.探测器，13.计算机，14.输入/输出模块，15.现场可编程逻辑器件，16.数模转换模块，17.高压电源，18.驱动电路，18-1.电压-电流转换器I，18-2.光学接收器，18-3.多谐振荡器，18-4.过滤器，18-5.分频器，18-6.电压放大器I，18-7.电压放大器II，18-8.电压-电流转换器II，18-9.电压-电流转换器III，18-10.电压-电流转换器IV，18-11.电压-电流转换器V，18-12.积分放大器I，18-13.积分放大器II。
具体实施方式
如图1是本发明示意图，xyz为三维空间坐标系，主要包括真空腔(1)、液滴喷射器(2)、离子聚束器(3)、四极质量过滤器(4)、离子阱(5)、进气口(6)、出射透镜(7)、屏蔽罩(8)、速度成像盘(9)、激光器(10)、多通道盘(11)、探测器(12)、计算机(13)、输入/输出模块(14)、现场可编程逻辑器件(15)、数模转换模块(16)、高压电源(17)、驱动电路(18)、真空泵组和电离装置，所述真空腔(1)具有起始端和末端，所述液滴喷射器(2)连接于真空腔(1)的起始端，真空腔(1)的起始端安装有电离装置，真空腔(1)的起始端具有通孔，所述液滴喷射器(2)喷射出的液滴能够通过所述通孔进入真空腔(1)并在所述电离装置的作用下形成离子包，继而在真空泵组的作用下形成离子束流；真空腔(1)的末端具有小孔，真空腔(1)内的离子能够通过所述小孔进入探测器(12)，所述离子聚束器(3)、四极质量过滤器(4)、离子阱(5)、出射透镜(7)、屏蔽罩(8)、速度成像盘(9)和多通道盘(11)依次均位于所述真空腔(1)内，离子阱(5)连接有进气口(6)，速度成像盘(9)位于屏蔽罩(8)内，所述激光器(10)发射的激光能够通过屏蔽罩(8)射入速度成像盘(9)，所述速度成像盘(9)主要包括电势转换电极、反射电极、抽取电极和接地盘，通过调节施加在电势转换电极、反射电极和抽取电极上的电势，能够将光反应生成的离子以不同的速率射出。
如图2是液滴喷射器侧面示意图，液滴喷射器(2)主要包括喷射器外壳(2-1)、驱动器(2-2)、储液池(2-3)、进液管(2-4)、质量流量控制器(2-5)和液滴喷射孔(2-6)，喷射器外壳(2-1)为圆柱形，驱动器(2-2)为圆盘形且固定于喷射器外壳(2-1)内，储液池(2-3)为圆台形，储液池(2-3)一底面连接驱动器(2-2)、另一底面具有液滴喷射孔(2-6)，储液池(2-3)侧壁通过进液管(2-4)连接有质量流量控制器(2-5)，当驱动器(2-2)工作时，所述储液池(2-3)的容积能够产生微小变化，所述液滴喷射孔的孔径范围为50微米至500微米，所述储液池(2-3)的容积范围为五毫升至十毫升。
如图3是输出电压控制装置示意图，输出对应的电压至所述四极质量过滤器(4)，主要包括计算机(13)、输入/输出模块(14)、现场可编程逻辑器件(15)、数模转换模块(16)、高压电源(17)和驱动电路(18)，驱动电路(18)主要包括电压-电流转换器I(18-1)、光学接收器(18-2)、多谐振荡器(18-3)、过滤器(18-4)、分频器(18-5)、电压放大器I(18-6)、电压放大器II(18-7)、电压-电流转换器II(18-8)、电压-电流转换器III(18-9)、电压-电流转换器IV(18-10)、电压-电流转换器V(18-11)、积分放大器I(18-12)和积分放大器II(18-13)，计算机(13)、输入/输出模块(14)和现场可编程逻辑器件(15)依次电缆连接，现场可编程逻辑器件(15)和光学接收器(18-2)通过光纤连接，输入/输出模块(14)、数模转换模块(16)和高压电源(17)依次电缆连接，所述高压电源(17)具有输出端正极和负极、且分别电缆连接电压-电流转换器I(18-1)的输入端，电压-电流转换器I(18-1)的输出端电缆连接过滤器(18-4)的输入端，光学接收器(18-2)的输出端分别电缆连接多谐振荡器(18-3)和分频器(18-5)的输入端，多谐振荡器(18-3)输出端连接过滤器(18-4)的输入端，分频器(18-5)的输出端分别连接电压-电流转换器II(18-8)、电压-电流转换器III(18-9)、电压-电流转换器IV(18-10)和电压-电流转换器V(18-11)的输入端，电压-电流转换器II(18-8)和电压-电流转换器III(18-9)的输出端均电缆连接积分放大器I(18-12)，电压-电流转换器IV(18-10)和电压-电流转换器V(18-11)的输出端均电缆连接积分放大器II(18-13)，积分放大器I(18-12)和积分放大器II(18-13)分别电缆连接所述四极质量过滤器(4)；过滤器(18-4)的输出端分别电缆连接电压放大器I(18-6)的输入端和电压放大器II(18-7)的输入端，电压放大器I(18-6)的输出端分别连接电压-电流转换器II(18-8)的输入端和电压-电流转换器IV(18-10)的输入端，电压放大器II(18-7)的输出端分别电缆连接电压-电流转换器III(18-9)的输入端和电压-电流转换器V(18-11)的输入端。
如图4至图9是液滴喷射孔放大示意图及喷射原理示意图，液滴喷射孔(2-6)下方为储液池(2-3)的液体，图中箭头表示液体内部的作用力，如图4，初始状态下液滴喷射孔(2-6)与储液池(2-3)液面平面平行；开启驱动器I(2-5)和驱动器II(2-6)后，驱动器以一定的频率振动，以一定的周期向储液池(2-3)外侧和内侧来回运动，在驱动器向储液池(2-3)外侧运动的过程中，储液池(2-3)在驱动器的作用下容积扩大，如图5，液滴喷射孔(2-6)处的液面向储液池(2-3)内弯曲，如图6，液面弯曲的程度随储液池(2-3)容积的扩大而不断增大；在驱动器向储液池(2-3)内侧运动的过程中，储液池(2-3)在驱动器的作用下容积减小，如图7，弯曲的液面受到了储液池(2-3)中液体的作用力，储液池(2-4)在驱动器的作用下容积继续减小的过程中，如图8，弯曲的液面中心位置会形成一个极细的液体射流；在驱动器的下一个振动周期中，驱动器向储液池(2-3)外侧运动，储液池(2-3)容积开始扩大，将已冲出液滴喷射孔(2-6)平面的所述液体射流中的大部分液体拉回储液池(2-3)内，在所述液体射流的尖端的小部分液体会形成一个极小的液滴，如图9，从而液滴冲出储液池(2-3)。本发明采用的是驱动器的振动方向与液滴喷出的方向平行，优点是喷射出的液滴尺寸较为均匀，另外，采用两个能够以不同频率和振幅振动的驱动器，能够以多种振动模式来喷射液滴，以满足不同的需要，工作模式一中两个驱动器以相同的频率和振幅振动，工作模式二中两个驱动器以不同的频率和振幅振动时，喷射出的液滴大小并不一致，最小的液滴能够比工作模式一喷射出的液滴要小，能够通过控制真空泵组的抽速来使得较大的液滴与真空腔壁碰撞，从而在真空腔中留下较小的液滴，形成截面积较小的离子束流。
所述一种研究大分子离子光电子谱的装置主要包括真空腔(1)、液滴喷射器(2)、离子聚束器(3)、四极质量过滤器(4)、离子阱(5)、进气口(6)、出射透镜(7)、屏蔽罩(8)、速度成像盘(9)、激光器(10)、多通道盘(11)、探测器(12)、计算机(13)、输入/输出模块(14)、现场可编程逻辑器件(15)、数模转换模块(16)、高压电源(17)、驱动电路(18)、真空泵组和电离装置，xyz为三维空间坐标系，所述真空腔(1)具有起始端和末端，所述液滴喷射器(2)连接于真空腔(1)的起始端，真空腔(1)的起始端安装有电离装置，真空腔(1)的起始端具有通孔，所述液滴喷射器(2)喷射出的液滴能够通过所述通孔进入真空腔(1)并在所述电离装置的作用下形成离子包，继而在真空泵组的作用下形成离子束流；真空腔(1)的末端具有小孔，真空腔(1)内的离子能够通过所述小孔进入探测器(12)，所述离子聚束器(3)、四极质量过滤器(4)、离子阱(5)、出射透镜(7)、屏蔽罩(8)、速度成像盘(9)和多通道盘(11)依次均位于所述真空腔(1)内，离子阱(5)连接有进气口(6)，速度成像盘(9)位于屏蔽罩(8)内，所述激光器(10)发射的激光能够通过屏蔽罩(8)射入速度成像盘(9)，所述速度成像盘(9)主要包括电势转换电极、反射电极、抽取电极和接地盘，通过调节施加在电势转换电极、反射电极和抽取电极上的电势，能够将光反应生成的离子以不同的速率射出。液滴喷射器(2)主要包括喷射器外壳(2-1)、驱动器(2-2)、储液池(2-3)、进液管(2-4)、质量流量控制器(2-5)和液滴喷射孔(2-6)，喷射器外壳(2-1)为圆柱形，驱动器(2-2)为圆盘形且固定于喷射器外壳(2-1)内，储液池(2-3)为圆台形，储液池(2-3)一底面连接驱动器(2-2)、另一底面具有液滴喷射孔(2-6)，储液池(2-3)侧壁通过进液管(2-4)连接有质量流量控制器(2-5)，当驱动器(2-2)工作时，所述储液池(2-3)的容积能够产生微小变化，所述液滴喷射孔的孔径范围为50微米至500微米，所述储液池(2-3)的容积范围为五毫升至十毫升；驱动电路(18)主要包括电压-电流转换器I(18-1)、光学接收器(18-2)、多谐振荡器(18-3)、过滤器(18-4)、分频器(18-5)、电压放大器I(18-6)、电压放大器II(18-7)、电压-电流转换器II(18-8)、电压-电流转换器III(18-9)、电压-电流转换器IV(18-10)、电压-电流转换器V(18-11)、积分放大器I(18-12)和积分放大器II(18-13)，计算机(13)、输入/输出模块(14)和现场可编程逻辑器件(15)依次电缆连接，现场可编程逻辑器件(15)和光学接收器(18-2)通过光纤连接，输入/输出模块(14)、数模转换模块(16)和高压电源(17)依次电缆连接，所述高压电源(17)具有输出端正极和负极、且分别电缆连接电压-电流转换器I(18-1)的输入端，电压-电流转换器I(18-1)的输出端电缆连接过滤器(18-4)的输入端，光学接收器(18-2)的输出端分别电缆连接多谐振荡器(18-3)和分频器(18-5)的输入端，多谐振荡器(18-3)输出端连接过滤器(18-4)的输入端，分频器(18-5)的输出端分别连接电压-电流转换器II(18-8)、电压-电流转换器III(18-9)、电压-电流转换器IV(18-10)和电压-电流转换器V(18-11)的输入端，电压-电流转换器II(18-8)和电压-电流转换器III(18-9)的输出端均电缆连接积分放大器I(18-12)，电压-电流转换器IV(18-10)和电压-电流转换器V(18-11)的输出端均电缆连接积分放大器II(18-13)，积分放大器I(18-12)和积分放大器II(18-13)分别电缆连接所述四极质量过滤器(4)；过滤器(18-4)的输出端分别电缆连接电压放大器I(18-6)的输入端和电压放大器II(18-7)的输入端，电压放大器I(18-6)的输出端分别连接电压-电流转换器II(18-8)的输入端和电压-电流转换器IV(18-10)的输入端，电压放大器II(18-7)的输出端分别电缆连接电压-电流转换器III(18-9)的输入端和电压-电流转换器V(18-11)的输入端。
液滴喷射器的喷射原理：如图4，初始状态下液滴喷射孔(2-6)与储液池(2-3)液面平面平行；开启驱动器I(2-5)和驱动器II(2-6)后，驱动器以一定的频率振动，以一定的周期向储液池(2-3)外侧和内侧来回运动，在驱动器向储液池(2-3)外侧运动的过程中，储液池(2-3)在驱动器的作用下容积扩大，如图5，液滴喷射孔(2-6)处的液面向储液池(2-3)内弯曲，如图6，液面弯曲的程度随储液池(2-3)容积的扩大而不断增大；在驱动器向储液池(2-3)内侧运动的过程中，储液池(2-3)在驱动器的作用下容积减小，如图7，弯曲的液面受到了储液池(2-3)中液体的作用力，储液池(2-4)在驱动器的作用下容积继续减小的过程中，如图8，弯曲的液面中心位置会形成一个极细的液体射流；在驱动器的下一个振动周期中，驱动器向储液池(2-3)外侧运动，储液池(2-3)容积开始扩大，将已冲出液滴喷射孔(2-6)平面的所述液体射流中的大部分液体拉回储液池(2-3)内，在所述液体射流的尖端的小部分液体会形成一个极小的液滴，如图9，从而液滴冲出储液池(2-3)。
四极杆质量过滤器的驱动电路的技术原理：
选择梯形波形来驱动四极杆质量过滤器的优点：梯形波形与正弦波形近似，但是其中谐波的贡献要少很多，因此能够避免大部分振铃效应，从而避免波形失真，对于梯形波形，在电压值处于波峰与波峰之间的时间为电压值处于波峰的时间的两倍的条件下，梯形波形的谐波能够被最小化。
用于驱动四极质量过滤器(4)的梯形波形的生成方法：
采用计算机(13)连接的现场可编程逻辑器件(15)来控制四极质量过滤器(4)的驱动电路，计算机(13)根据预设的梯形波形的斜率，计算出正比于所述斜率的电压，光学接收器(18-2)将现场可编程逻辑器件(15)发出的信号转换为TTL信号，所述TTL信号触发单稳态的多谐振荡器(18-3)，生成一个电流脉冲，所述电流脉冲的幅度正比于待生成的梯形波形的幅度，过滤器(18-4)将所述电流脉冲平均后，所述电流脉冲被转变为反向直流电压和正向直流电压，并分别被电压放大器I(18-6)和电压放大器II(18-7)放大，所述电压决定了待生成的梯形波形的斜率，直流电压的大小取决于预设的梯形波形的频率和幅度。另外，现场可编程逻辑器件(15)生成的信号频率在分频器(18-5)中降频一半后输入电压-电流转换器II(18-8)、电压-电流转换器III(18-9)、电压-电流转换器IV(18-10)和电压-电流转换器V(18-11)。
使用以上步骤中计算所得的正向直流电压和反向直流电压来产生最终波形：
所述正向直流电压在电压-电流转换器II(18-8)和电压-电流转换器IV(18-10)中转变为电流并分别在积分放大器I(18-12)和积分放大器II(18-13)中进行积分，所述反向直流电压在电压-电流转换器III(18-9)和电压-电流转换器V(18-11)中转变为电流并分别在积分放大器I(18-12)和积分放大器II(18-13)中进行积分，积分放大器I(18-12)和积分放大器II(18-13)分别生成驱动四极质量过滤器(4)的高电压和低电压。
以一个循环来说明梯形波形的生成过程：设循环周期为T，在时刻t＝0时，波形以最低的峰值输出，分频后的频率信号使得电流源的极性不断切换，因此输出电压开始线性增加，在时刻输出电压值到达正轨道，并保持的时间，在时刻分频的频率改变状态并切换电流源的极性，输出电压开始线性下降并在在时刻到达负轨道，并保持的时间，至此一个循环结束，开始下一个循环。
本发明采用驱动器与液体共振的方法来喷射出液滴，驱动器的振动方向与液滴喷出的方向平行，能够形成尺寸较小且均匀的液滴，且对溶剂无特殊要求，喷射过程也无需对溶液施加高电压，适用的大分子种类较多，其次，采用数字化的梯形波形电压来驱动四极质量过滤器，通过扫描频率来获得荷质比谱，能够测量荷质比较大的粒子，通过选择合适的波形电压的上升及下降时间，能够将电压中的谐波最小化，从而获得较高的信号分辨率。

Claims (1)

1.一种研究大分子离子光电子谱的装置，主要包括真空腔(1)、液滴喷射器(2)、离子聚束器(3)、四极质量过滤器(4)、离子阱(5)、进气口(6)、出射透镜(7)、屏蔽罩(8)、速度成像盘(9)、激光器(10)、多通道盘(11)、探测器(12)、计算机(13)、输入/输出模块(14)、现场可编程逻辑器件(15)、数模转换模块(16)、高压电源(17)、驱动电路(18)、真空泵组和电离装置，xyz为三维空间坐标系，所述真空腔(1)具有起始端和末端，所述液滴喷射器(2)连接于真空腔(1)的起始端，真空腔(1)的起始端安装有电离装置，真空腔(1)的起始端具有通孔，所述液滴喷射器(2)喷射出的液滴能够通过所述通孔进入真空腔(1)并在所述电离装置的作用下形成离子包，继而在真空泵组的作用下形成离子束流；真空腔(1)的末端具有小孔，真空腔(1)内的离子能够通过所述小孔进入探测器(12)，所述离子聚束器(3)、四极质量过滤器(4)、离子阱(5)、出射透镜(7)、屏蔽罩(8)、速度成像盘(9)和多通道盘(11)依次均位于所述真空腔(1)内，离子阱(5)连接有进气口(6)，速度成像盘(9)位于屏蔽罩(8)内，所述激光器(10)发射的激光能够通过屏蔽罩(8)射入速度成像盘(9)，所述速度成像盘(9)主要包括电势转换电极、反射电极、抽取电极和接地盘，通过调节施加在电势转换电极、反射电极和抽取电极上的电势，能够将光反应生成的离子以不同的速率射出，
其特征是：液滴喷射器(2)主要包括喷射器外壳(2-1)、驱动器(2-2)、储液池(2-3)、进液管(2-4)、质量流量控制器(2-5)和液滴喷射孔(2-6)，喷射器外壳(2-1)为圆柱形，驱动器(2-2)为圆盘形且固定于喷射器外壳(2-1)内，储液池(2-3)为圆台形，储液池(2-3)一底面连接驱动器(2-2)、另一底面具有液滴喷射孔(2-6)，储液池(2-3)侧壁通过进液管(2-4)连接有质量流量控制器(2-5)，当驱动器(2-2)工作时，所述储液池(2-3)的容积能够产生微小变化，所述液滴喷射孔的孔径范围为50微米至500微米，所述储液池(2-3)的容积范围为五毫升至十毫升；驱动电路(18)主要包括电压-电流转换器I(18-1)、光学接收器(18-2)、多谐振荡器(18-3)、过滤器(18-4)、分频器(18-5)、电压放大器I(18-6)、电压放大器II(18-7)、电压-电流转换器II(18-8)、电压-电流转换器III(18-9)、电压-电流转换器IV(18-10)、电压-电流转换器V(18-11)、积分放大器I(18-12)和积分放大器II(18-13)，计算机(13)、输入/输出模块(14)和现场可编程逻辑器件(15)依次电缆连接，现场可编程逻辑器件(15)和光学接收器(18-2)通过光纤连接，输入/输出模块(14)、数模转换模块(16)和高压电源(17)依次电缆连接，所述高压电源(17)具有输出端正极和负极、且分别电缆连接电压-电流转换器I(18-1)的输入端，电压-电流转换器I(18-1)的输出端电缆连接过滤器(18-4)的输入端，光学接收器(18-2)的输出端分别电缆连接多谐振荡器(18-3)和分频器(18-5)的输入端，多谐振荡器(18-3)输出端连接过滤器(18-4)的输入端，分频器(18-5)的输出端分别连接电压-电流转换器II(18-8)、电压-电流转换器III(18-9)、电压-电流转换器IV(18-10)和电压-电流转换器V(18-11)的输入端，电压-电流转换器II(18-8)和电压-电流转换器III(18-9)的输出端均电缆连接积分放大器I(18-12)，电压-电流转换器IV(18-10)和电压-电流转换器V(18-11)的输出端均电缆连接积分放大器II(18-13)，积分放大器I(18-12)和积分放大器II(18-13)分别电缆连接所述四极质量过滤器(4)；过滤器(18-4)的输出端分别电缆连接电压放大器I(18-6)的输入端和电压放大器II(18-7)的输入端，电压放大器I(18-6)的输出端分别连接电压-电流转换器II(18-8)的输入端和电压-电流转换器IV(18-10)的输入端，电压放大器II(18-7)的输出端分别电缆连接电压-电流转换器III(18-9)的输入端和电压-电流转换器V(18-11)的输入端。
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