本發(fā)明涉及一種反向脈沖HADAMARD離子遷移譜。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，無(wú)論是國(guó)外還是國(guó)內(nèi)，各種恐怖活動(dòng)在不斷加劇，為了有效地保障公民的生命財(cái)產(chǎn)安全，維護(hù)地區(qū)的穩(wěn)定和平，人們加大了對(duì)爆炸物、化學(xué)戰(zhàn)劑、危險(xiǎn)化學(xué)品、毒品等的快速檢測(cè)儀器的研發(fā)投入，離子遷移譜儀作為一種快速、痕量危險(xiǎn)化學(xué)品檢測(cè)技術(shù)，正在不斷發(fā)展。

離子遷移譜相比于其他化學(xué)品檢測(cè)儀器，其優(yōu)勢(shì)主要是能對(duì)一些痕量毒害物進(jìn)行快速檢測(cè)，利用不同離子在均勻弱電場(chǎng)條件下具有不同的遷移速度來(lái)區(qū)分被測(cè)物，具有檢測(cè)成本低、速度快、靈敏度高等特點(diǎn)。離子遷移譜探測(cè)裝置研究始于20世紀(jì)60年代，早期主要應(yīng)用于軍事方面，主要進(jìn)行痕量化學(xué)戰(zhàn)劑等的檢測(cè)，當(dāng)前，隨著各種暴恐活動(dòng)的日益猖獗，在機(jī)場(chǎng)、火車(chē)站、地鐵口、海關(guān)口岸等場(chǎng)所的安檢部門(mén)中也大量投入了離子遷移譜儀，以輔助安檢人員完成各種痕量毒害危險(xiǎn)品的快速檢測(cè)。

HADAMARD變換技術(shù)是一種多路復(fù)用技術(shù)，該技術(shù)主要是為了提高傳統(tǒng)分離技術(shù)的占空比，使得單位時(shí)間內(nèi)的離子通量顯著提升，最終有效地提高了離子遷移譜的信噪比，HADAMARD技術(shù)首先被應(yīng)用到光譜儀中，并隨之應(yīng)用到了毛細(xì)管電泳、氣相色譜、核磁共振、質(zhì)譜檢測(cè)以及離子遷移譜檢測(cè)中。然而，除了顯著提升的信噪比，HADAMARD技術(shù)也給這些脈沖分離技術(shù)引入了新的問(wèn)題——假峰現(xiàn)象。在毛細(xì)管電泳、氣相色譜等技術(shù)領(lǐng)域，這些假峰大多呈現(xiàn)出反向峰特性，因而易于識(shí)別；然而，對(duì)于HADAMARD離子遷移譜來(lái)說(shuō)，這些假峰現(xiàn)象大多呈現(xiàn)出與信號(hào)峰相似的特性，在不借助其他分離儀器的條件下，我們很難快速地將這些可疑的峰定性為假峰，因?yàn)橐灿锌赡苁且驗(yàn)樾旁氡忍岣吆?，原先在信?hào)平均法中無(wú)法檢測(cè)出的峰被HADAMARD方法檢測(cè)出來(lái)的。這些假峰的出現(xiàn)嚴(yán)重影響了多路復(fù)用離子遷移譜的定性分析質(zhì)量。為此尋找一種快速甄別這些假峰的方法是非常必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明技術(shù)解決問(wèn)題：針對(duì)常規(guī)HADAMARD變換離子遷移譜中存在諸多假峰，而且此類(lèi)假峰大多呈現(xiàn)出與信號(hào)峰相似的特征，難以進(jìn)行快速識(shí)別的問(wèn)題，提出利用將反向脈沖技術(shù)引入到HADAMARD多路復(fù)用技術(shù)中，構(gòu)建了一種反向脈沖HADAMARD變換離子遷移譜。該發(fā)明能夠在不改變多路復(fù)用離子遷移譜的信噪比的前提下，利用假峰與信號(hào)峰的反向特性實(shí)現(xiàn)了假峰的快速識(shí)別，提高了HADAMARD離子遷移譜的定性分析質(zhì)量。

本發(fā)明技術(shù)解決方案：一種反向脈沖HADAMARD離子遷移譜，包括電離源區(qū)、反應(yīng)區(qū)、 離子門(mén)、反向脈沖HADAMARD多路復(fù)用離子門(mén)控單元、遷移區(qū)、信號(hào)預(yù)處理單元、信號(hào)逆HADAMARD變換處理單元。所述電離源區(qū)內(nèi)有電離源，所述反應(yīng)區(qū)與所述遷移區(qū)間設(shè)置有一對(duì)稱(chēng)型BN離子門(mén)，特征在于，所述離子門(mén)與所述反向脈沖HADAMARD多路復(fù)用離子門(mén)控單元相連，所述離子門(mén)控單元將反向脈沖技術(shù)應(yīng)用與HADAMARD多路復(fù)用技術(shù)相結(jié)合，將常規(guī)的門(mén)控序列轉(zhuǎn)換為反向HADAMARD多路復(fù)用離子門(mén)控序列，完成離子門(mén)的快速開(kāi)關(guān)控制，所述信號(hào)預(yù)處理單元首先利用電荷探測(cè)板探測(cè)離子電荷信號(hào)，利用信號(hào)放大模塊完成離子電流到電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換，所述信號(hào)逆HADAMARD變換處理單元與所述信號(hào)預(yù)處理模塊相連，所述信號(hào)逆變換處理主要完成多路復(fù)用疊加譜數(shù)據(jù)的采集、模數(shù)轉(zhuǎn)換、逆HADAMARD變換處理、還原譜顯示、假峰快速識(shí)別。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述電離源區(qū)采用負(fù)高壓針對(duì)板式放電模式，電離源是一高壓模塊，其輸出的高壓是-11300V，通過(guò)放電針對(duì)空氣或高純氮?dú)夥烹姷玫椒磻?yīng)物離子或電子。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述電離區(qū)與所述反應(yīng)區(qū)之間設(shè)置有簾氣區(qū)，所述簾氣區(qū)中通入的簾氣能阻隔樣品氣體進(jìn)入所述電離區(qū)。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述反應(yīng)區(qū)與遷移區(qū)通過(guò)對(duì)稱(chēng)型B-N型離子門(mén)阻隔，所述離子門(mén)與所述反向脈沖HADAMARD多路復(fù)用離子門(mén)控單元相連；在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述反向脈沖HADAMARD多路復(fù)用離子門(mén)控單元由最長(zhǎng)線性反饋移位寄存器、反向脈沖生成器(21)和門(mén)控驅(qū)動(dòng)電路(22)組成，首先由8階最長(zhǎng)線性反饋移位寄存器輸出255位偽隨機(jī)序列碼；所述反向脈沖生成器將該偽隨機(jī)二進(jìn)制脈沖序列做反向處理，得到反向的準(zhǔn)偽隨機(jī)二進(jìn)制脈沖序列；所述門(mén)控驅(qū)動(dòng)電路將輸出門(mén)控?cái)?shù)字序列轉(zhuǎn)換成0～220V的門(mén)控電壓信號(hào)，并接入離子門(mén)兩端。所述離子門(mén)的門(mén)脈沖寬度為200μs。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述遷移區(qū)由一組等阻值電阻均勻串聯(lián)組成，利用一個(gè)負(fù)高壓模塊持續(xù)輸出高壓，得到的均勻遷移電場(chǎng)為300～500V/cm。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述信號(hào)預(yù)處理單元包括法拉第板(17)和信號(hào)放大模塊，通過(guò)法拉第板探測(cè)到離子電荷信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為離子電流信號(hào)，利用所述信號(hào)放大模塊將離子電流轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)接入所述信號(hào)逆HADAMARD變換處理單元。

進(jìn)一步，所述信號(hào)逆HADAMARD變換處理單元(7)將接收到的電壓信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換、疊加譜數(shù)據(jù)的顯示、逆HADAMARD變換處理、原始譜的顯示、假峰的快速識(shí)別處理。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述離子遷移譜是在常溫、常壓下工作，無(wú)需調(diào)節(jié)離子遷移區(qū)的溫度和濕度。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明一種反向脈沖HADAMARD變換離子遷移譜，不僅能保障多路復(fù)用離子遷移譜的高占空比、高信噪比特性，而且能有效改變HADAMARD 離子遷移譜中的假峰和信號(hào)峰的相對(duì)朝向，從而實(shí)現(xiàn)了HADAMARD多路復(fù)用離子遷移譜的假峰的快速識(shí)別。本發(fā)明不必對(duì)現(xiàn)有HADAMARD離子遷移譜進(jìn)行硬件改動(dòng)，無(wú)需額外增加假峰判識(shí)算法，在沒(méi)有額外增加時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)的前提下，提高了HADAMARD多路復(fù)用離子遷移譜的定性分析質(zhì)量。本發(fā)明技術(shù)成果還可用于其它類(lèi)似的脈沖分離技術(shù)中，具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一種反向脈沖HADAMARD離子遷移譜原理圖；

圖2為本發(fā)明一種反向脈沖HADAMARD離子遷移譜裝置結(jié)構(gòu)圖

圖3為常規(guī)HADAMARD變換離子遷移譜與本發(fā)明反向脈沖HADAMARD變換離子遷移譜對(duì)單產(chǎn)物離子檢測(cè)結(jié)果對(duì)比圖

圖4為常規(guī)HADAMARD變換離子遷移譜與本發(fā)明反向脈沖HADAMARD變換離子遷移譜對(duì)多產(chǎn)物離子檢測(cè)結(jié)果對(duì)比圖

其中，1-電離源區(qū)，2-簾氣區(qū)，3-反應(yīng)區(qū)，4-反向脈沖技術(shù)HADAMARD多路復(fù)用離子門(mén)控單元，5-遷移區(qū)，6-信號(hào)與處理模塊電荷探測(cè)區(qū)，7-信號(hào)逆HADAMARD變換處理單元，8-負(fù)高壓模塊1，9-氣體出口1，10-載氣1進(jìn)口，11-簾氣，12-氣體出口2，13-載氣2進(jìn)樣口，14-離子門(mén)，15-均勻遷移電場(chǎng)，16-遷移氣進(jìn)口，17-法拉第板，18-信號(hào)放大模塊，19-最長(zhǎng)線性反饋移位寄存器，20-反向脈沖生成器，21-離子門(mén)控驅(qū)動(dòng)模塊，22-負(fù)高壓模塊2。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)闡述。

如圖1所示，一種反向脈沖HADAMARD離子遷移譜原理圖，可以看出，利用反向脈沖技術(shù)對(duì)HADAMARD多路復(fù)用脈沖序列進(jìn)行處理，將處理后的脈沖序列用于離子門(mén)的快速開(kāi)關(guān)控制。其得到的還原譜表明，采用常規(guī)的HADAMARD變換離子遷移譜得到的假峰(*)與信號(hào)峰的特征相似，難以被快速鑒別；利用反向脈沖技術(shù)HADAMARD變換離子遷移譜進(jìn)行檢測(cè)，得到的假峰(Δ)與信號(hào)峰朝向相反，易于快速識(shí)別。

如圖2所示，一種反向脈沖HADAMARD離子遷移譜裝置圖。該離子遷移譜裝置包括電離源區(qū)(1)、簾氣區(qū)(2)、反應(yīng)區(qū)(3)、離子門(mén)(4)、反向脈沖技術(shù)HADAMARD多路復(fù)用離子門(mén)控單元(5)、遷移區(qū)(6)、信號(hào)預(yù)處理單元(7)、信號(hào)逆HADAMARD變換處理單元(8)。所述電離源區(qū)采用負(fù)電暈針對(duì)板式放電模式，利用負(fù)高壓模塊(9)輸出-11000V高壓給放電針，電離源區(qū)有出氣口1(11)；所述簾氣區(qū)利用通入的簾氣(12)隔離樣品氣體進(jìn)入電離源區(qū)；所述反應(yīng)區(qū)設(shè)置有進(jìn)氣口(13)和出氣口2(14)；所述反應(yīng)區(qū)與遷移區(qū)之間設(shè) 置有對(duì)稱(chēng)型B-N型離子門(mén)(4)，所述離子門(mén)與反向脈沖技術(shù)HADAMARD多路復(fù)用離子門(mén)控單元(5)連接，由門(mén)控單元驅(qū)動(dòng)離子門(mén)的開(kāi)關(guān)；所述遷移區(qū)由一系列交替放置的金屬環(huán)和聚四氟乙烯環(huán)組成，通過(guò)一組等值電阻將各個(gè)金屬環(huán)連接，利用負(fù)高壓模塊(10)持續(xù)輸出-5400V左右的高壓，在所述遷移區(qū)形成均勻弱電場(chǎng)，所述遷移區(qū)末端有遷移氣進(jìn)氣口(15)，用于反吹中性氣體分子或攜帶樣品氣體進(jìn)入到遷移區(qū)；所述信號(hào)預(yù)處理單元(7)通過(guò)法拉第板(16)探測(cè)離子電荷信號(hào)，并將信號(hào)接入信號(hào)放大模塊(17)，完成離子電流信號(hào)到電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換處理；所述信號(hào)逆HADAMARD變換處理單元(8)完成多路信號(hào)疊加譜的采集、模數(shù)轉(zhuǎn)換、逆HADAMARD變換、原始譜信號(hào)還原、假峰的快速識(shí)別等。

反向脈沖技術(shù)HADAMARD多路復(fù)用離子門(mén)控單元(5)是本發(fā)明的關(guān)鍵創(chuàng)新之處。在21世紀(jì)初，國(guó)外學(xué)者已經(jīng)著手研究多路復(fù)用離子遷移譜，HADAMARD多路復(fù)用技術(shù)被應(yīng)用到離子遷移譜(IMS)技術(shù)中形成了HADAMARD變換離子遷移譜。相對(duì)于常規(guī)的信號(hào)平均法，HADAMARD變換離子遷移譜能夠顯著提升離子遷移譜的信噪比。然而，在HADAMARD多路復(fù)用IMS中卻出現(xiàn)了假峰現(xiàn)象，與其他分離技術(shù)不同，這些假峰常常表現(xiàn)出與信號(hào)峰相似的特征，而且隨著偽隨機(jī)序列的改變，這些假峰的位置也跟著改變，這一問(wèn)題嚴(yán)重影響了離子遷移譜的快速定性分析質(zhì)量。為此，本發(fā)明利用反向脈沖技術(shù)，改變了HADAMARD多路復(fù)用離子遷移譜中信號(hào)峰的朝向，但并未改變假峰的方向，在保障了HADAMARD離子遷移譜高信噪比的同時(shí)，解決了假峰的快速判識(shí)問(wèn)題。這對(duì)于多路復(fù)用離子遷移譜來(lái)說(shuō)，是非常實(shí)用的。本實(shí)施例中反向脈沖技術(shù)HADAMARD多路復(fù)用離子門(mén)控單元(5)首先利用8階最長(zhǎng)線性反饋移位寄存器(18)，生成255位偽隨機(jī)二進(jìn)制脈沖序列，利用反向脈沖編碼技術(shù)(19)將該偽隨機(jī)二進(jìn)制序列碼變?yōu)榉聪虻亩M(jìn)制脈沖序列，最終接入離子門(mén)驅(qū)動(dòng)電路(20)，由其輸出門(mén)控電壓信號(hào)控制離子門(mén)的快速開(kāi)關(guān)。

本發(fā)明中離子門(mén)(4)的脈沖寬度(調(diào)制分辨率)設(shè)置為200μs，離子門(mén)的關(guān)門(mén)電壓設(shè)置為165V，開(kāi)門(mén)電壓為0V。

本發(fā)明中，利用該方法進(jìn)行了單產(chǎn)物離子的檢測(cè)和多產(chǎn)物離子的檢測(cè)，并將檢測(cè)結(jié)果與常規(guī)的HADAMARD變換離子遷移譜譜圖進(jìn)行了對(duì)比，如圖3所示，常規(guī)的HADAMARD變換離子遷移譜和本發(fā)明反向脈沖技術(shù)HADAMARD變換離子遷移譜單產(chǎn)物檢測(cè)對(duì)比，如圖4所示，常規(guī)的HADAMARD變換離子遷移譜和本發(fā)明反向脈沖技術(shù)HADAMARD變換離子遷移譜多產(chǎn)物檢測(cè)對(duì)比。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用反向脈沖技術(shù)的HADAMARD變換離子遷移譜能有效改變假峰與信號(hào)峰的相對(duì)特性，在沒(méi)有額外增加計(jì)算開(kāi)銷(xiāo)的條件下，快速解決假峰地鑒別，顯著提升了HADAMARD多路復(fù)用技術(shù)的定性分析質(zhì)量。

提供以上實(shí)施例僅僅是為了描述本發(fā)明的目的，而并非要限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的 范圍由所附權(quán)利要求限定。不脫離本發(fā)明的精神和原理而做出的各種等同替換和修改，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。