四极质谱仪数据处理系统的开发与应用
发布时间：2022-01-06 15:37
四极质谱仪具有结构简单和应用灵活等优点,是目前应用范围最广泛的质谱仪之一。质谱信号在产生和传递过程中极易受到噪声干扰,导致原始质谱数据失真,而仪器数据处理系统能够减弱噪声干扰,其性能直接影响了仪器的分析结果。传统四极质谱仪大多采用软件处理方法,由CPU运行操作系统并同时进行数据处理,具有软件集成度高,便于开发和调试等优点。但是受到串行指令执行方式的影响,传统方式也存在延时较长和资源消耗大等问题,难以满足某些实时、在线分析的要求,并且容易导致系统响应缓慢。采用更高性能CPU能缓解运算资源紧张的情况,但也会增加系统体积和功耗,不利于仪器未来的小型化发展。针对提高数据处理实时性和系统资源利用率的需要,本文开发一种基于FPGA的四极质谱仪数据处理系统,并在多个四极质谱仪器平台上开展了相关应用。搭建了小型四极质谱仪器平台,根据仪器原理对离子源、质量分析器和真空系统等关键部件进行了选型;研究了复合型跨阻抗电流放大和抗混叠滤波等技术,并设计了微弱信号采集电路;改进了控制系统结构,使用FPGA芯片运行数据处理系统。经测试,仪器平台质量扫描范围达到550 amu,分辨率达到0.6 amu,均达到预期指标...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
高通量四极质谱仪（a）安捷伦5977BHESGC/MSD；（b）岛津GCMSTQ-8040NX
第1章绪论4图1.2ThermoFisherQExactiveHF（a）仪器图；（b）离子源结构图除高通量、高分辨率和高灵敏度指标外，小型化和便携化也是四极质谱仪的重要发展趋势之一。20世纪90年代，首次开发了具有适当性能的小型质量分析器[33,34]。1999年，欧阳证等人对小型四极质量分析器离子传输效率进行了仿真和相关实验[35]。自2000年开始，科研人员对四极质谱仪器子系统之间的连接有了更好的理解，通过对泵系统的改进，研究人员开发出了重量小于10kg的手持式质谱仪[36-38]。在将四极质谱仪小型化部件成果转化至小型质谱仪的开发过程中，科研人员认识到研发这些小型设备所面临的巨大挑战[39]。近几十年来，人们对四极杆、离子阱、飞行时间和偏转磁场等质量分析器都进行了小型化研究，但是受到工作原理的限制，飞行时间和偏转磁场质量分析器的小型化程度有限。因此，目前小型质谱仪的主要质量分析器仍是四极杆和离子阱质量分析器[40]。2013年，美国铂金埃尔默（PerkinElmer）公司研发出便携式质谱仪TorionT-9如图1.3（a）所示，它采用微型环状离子阱，可在较低真空环境下工作，总重仅有14.5kg，是目前重量最轻，续航能力最强的便携式质谱仪之一。美国Inficon公司研制的HapsiteER便携式GCMS如图1.3（b）所示，采用微型四极杆质量分析器，重量仅有19kg，同样是目前有代表性的便携式质谱仪之一。图1.3便携式四极质谱仪（a）TorionT-9；（b）HapsiteER
第1章绪论4图1.2ThermoFisherQExactiveHF（a）仪器图；（b）离子源结构图除高通量、高分辨率和高灵敏度指标外，小型化和便携化也是四极质谱仪的重要发展趋势之一。20世纪90年代，首次开发了具有适当性能的小型质量分析器[33,34]。1999年，欧阳证等人对小型四极质量分析器离子传输效率进行了仿真和相关实验[35]。自2000年开始，科研人员对四极质谱仪器子系统之间的连接有了更好的理解，通过对泵系统的改进，研究人员开发出了重量小于10kg的手持式质谱仪[36-38]。在将四极质谱仪小型化部件成果转化至小型质谱仪的开发过程中，科研人员认识到研发这些小型设备所面临的巨大挑战[39]。近几十年来，人们对四极杆、离子阱、飞行时间和偏转磁场等质量分析器都进行了小型化研究，但是受到工作原理的限制，飞行时间和偏转磁场质量分析器的小型化程度有限。因此，目前小型质谱仪的主要质量分析器仍是四极杆和离子阱质量分析器[40]。2013年，美国铂金埃尔默（PerkinElmer）公司研发出便携式质谱仪TorionT-9如图1.3（a）所示，它采用微型环状离子阱，可在较低真空环境下工作，总重仅有14.5kg，是目前重量最轻，续航能力最强的便携式质谱仪之一。美国Inficon公司研制的HapsiteER便携式GCMS如图1.3（b）所示，采用微型四极杆质量分析器，重量仅有19kg，同样是目前有代表性的便携式质谱仪之一。图1.3便携式四极质谱仪（a）TorionT-9；（b）HapsiteER
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于TMS320C5416DSP的FIR数字滤波器设计[J]. 肖铁. 电子技术与软件工程. 2019(17)
[2]小型四极杆质量分析器的设计与性能测试[J]. 黄泽建,刘广才,江游,刘梅英,朴怡情,龚晓云,翟睿,谢洁,戴新华,方向. 分析化学. 2019(07)
[3]一种四极质谱仪射频电源控制与数据采集系统的研制[J]. 李凯,李明,唐兴斌,宋春苗. 冶金分析. 2018(09)
[4]一种特殊数字滤波器的优化结构[J]. 张幸幸,陆继承,李夏禹,俞军. 微电子学. 2018(04)
[5]一种四极杆质谱仪真空测量及控制系统的研制[J]. 李凯,李明,肖滋兰,唐兴斌,王超刚. 真空. 2017(02)
[6]空间探测小型质谱仪关键技术研究[J]. 杨先卫,潘礼庆,王劲东,罗志会,谭超,赵华. 质谱学报. 2016(03)
[7]四极杆电极系统的应用与研究进展[J]. 徐福兴,杨凯,王强,赵欣,陈斌,丁传凡. 质谱学报. 2015(06)
[8]质谱仪在深空探测中的应用[J]. 周志权,吕浩,张栋,陈焕文,赵占锋. 质谱学报. 2015(06)
[9]质量分析器新理论初探[J]. 邱永红. 分析仪器. 2014(03)
[10]基于滤波对角化方法提升傅里叶变换质谱数据质量[J]. 方剑委,张纪阳,徐长明,张伟,刘伟,谢红卫. 质谱学报. 2014(01)
硕士论文
[1]基于低能量电子轰击电离源四极质谱的在线气体检测技术研究[D]. 刘广才.吉林大学 2019
[2]质谱数据处理算法的研究与应用设计[D]. 周义.宁波大学 2017
[3]质谱仪的发展研究报告[D]. 姜啸龙.北京工业大学 2017
[4]四极质谱仪数据采集电路的设计[D]. 程磊.东南大学 2015
[5]二次离子质谱仪高压控制系统的设计与实现[D]. 王培智.吉林大学 2012
[6]基于FPGA的FIR数字滤波器实现[D]. 刘福泉.北京邮电大学 2012
[7]基于DSP的小型质谱仪主控系统研究[D]. 戴群雄.哈尔滨工业大学 2009
本文编号：3572718
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
高通量四极质谱仪（a）安捷伦5977BHESGC/MSD；（b）岛津GCMSTQ-8040NX
第1章绪论4图1.2ThermoFisherQExactiveHF（a）仪器图；（b）离子源结构图除高通量、高分辨率和高灵敏度指标外，小型化和便携化也是四极质谱仪的重要发展趋势之一。20世纪90年代，首次开发了具有适当性能的小型质量分析器[33,34]。1999年，欧阳证等人对小型四极质量分析器离子传输效率进行了仿真和相关实验[35]。自2000年开始，科研人员对四极质谱仪器子系统之间的连接有了更好的理解，通过对泵系统的改进，研究人员开发出了重量小于10kg的手持式质谱仪[36-38]。在将四极质谱仪小型化部件成果转化至小型质谱仪的开发过程中，科研人员认识到研发这些小型设备所面临的巨大挑战[39]。近几十年来，人们对四极杆、离子阱、飞行时间和偏转磁场等质量分析器都进行了小型化研究，但是受到工作原理的限制，飞行时间和偏转磁场质量分析器的小型化程度有限。因此，目前小型质谱仪的主要质量分析器仍是四极杆和离子阱质量分析器[40]。2013年，美国铂金埃尔默（PerkinElmer）公司研发出便携式质谱仪TorionT-9如图1.3（a）所示，它采用微型环状离子阱，可在较低真空环境下工作，总重仅有14.5kg，是目前重量最轻，续航能力最强的便携式质谱仪之一。美国Inficon公司研制的HapsiteER便携式GCMS如图1.3（b）所示，采用微型四极杆质量分析器，重量仅有19kg，同样是目前有代表性的便携式质谱仪之一。图1.3便携式四极质谱仪（a）TorionT-9；（b）HapsiteER
第1章绪论4图1.2ThermoFisherQExactiveHF（a）仪器图；（b）离子源结构图除高通量、高分辨率和高灵敏度指标外，小型化和便携化也是四极质谱仪的重要发展趋势之一。20世纪90年代，首次开发了具有适当性能的小型质量分析器[33,34]。1999年，欧阳证等人对小型四极质量分析器离子传输效率进行了仿真和相关实验[35]。自2000年开始，科研人员对四极质谱仪器子系统之间的连接有了更好的理解，通过对泵系统的改进，研究人员开发出了重量小于10kg的手持式质谱仪[36-38]。在将四极质谱仪小型化部件成果转化至小型质谱仪的开发过程中，科研人员认识到研发这些小型设备所面临的巨大挑战[39]。近几十年来，人们对四极杆、离子阱、飞行时间和偏转磁场等质量分析器都进行了小型化研究，但是受到工作原理的限制，飞行时间和偏转磁场质量分析器的小型化程度有限。因此，目前小型质谱仪的主要质量分析器仍是四极杆和离子阱质量分析器[40]。2013年，美国铂金埃尔默（PerkinElmer）公司研发出便携式质谱仪TorionT-9如图1.3（a）所示，它采用微型环状离子阱，可在较低真空环境下工作，总重仅有14.5kg，是目前重量最轻，续航能力最强的便携式质谱仪之一。美国Inficon公司研制的HapsiteER便携式GCMS如图1.3（b）所示，采用微型四极杆质量分析器，重量仅有19kg，同样是目前有代表性的便携式质谱仪之一。图1.3便携式四极质谱仪（a）TorionT-9；（b）HapsiteER
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于TMS320C5416DSP的FIR数字滤波器设计[J]. 肖铁. 电子技术与软件工程. 2019(17)
[2]小型四极杆质量分析器的设计与性能测试[J]. 黄泽建,刘广才,江游,刘梅英,朴怡情,龚晓云,翟睿,谢洁,戴新华,方向. 分析化学. 2019(07)
[3]一种四极质谱仪射频电源控制与数据采集系统的研制[J]. 李凯,李明,唐兴斌,宋春苗. 冶金分析. 2018(09)
[4]一种特殊数字滤波器的优化结构[J]. 张幸幸,陆继承,李夏禹,俞军. 微电子学. 2018(04)
[5]一种四极杆质谱仪真空测量及控制系统的研制[J]. 李凯,李明,肖滋兰,唐兴斌,王超刚. 真空. 2017(02)
[6]空间探测小型质谱仪关键技术研究[J]. 杨先卫,潘礼庆,王劲东,罗志会,谭超,赵华. 质谱学报. 2016(03)
[7]四极杆电极系统的应用与研究进展[J]. 徐福兴,杨凯,王强,赵欣,陈斌,丁传凡. 质谱学报. 2015(06)
[8]质谱仪在深空探测中的应用[J]. 周志权,吕浩,张栋,陈焕文,赵占锋. 质谱学报. 2015(06)
[9]质量分析器新理论初探[J]. 邱永红. 分析仪器. 2014(03)
[10]基于滤波对角化方法提升傅里叶变换质谱数据质量[J]. 方剑委,张纪阳,徐长明,张伟,刘伟,谢红卫. 质谱学报. 2014(01)
硕士论文
[1]基于低能量电子轰击电离源四极质谱的在线气体检测技术研究[D]. 刘广才.吉林大学 2019
[2]质谱数据处理算法的研究与应用设计[D]. 周义.宁波大学 2017
[3]质谱仪的发展研究报告[D]. 姜啸龙.北京工业大学 2017
[4]四极质谱仪数据采集电路的设计[D]. 程磊.东南大学 2015
[5]二次离子质谱仪高压控制系统的设计与实现[D]. 王培智.吉林大学 2012
[6]基于FPGA的FIR数字滤波器实现[D]. 刘福泉.北京邮电大学 2012
[7]基于DSP的小型质谱仪主控系统研究[D]. 戴群雄.哈尔滨工业大学 2009
本文编号：3572718
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