發(fā)布時間：2022-01-06 15:37

　　四極質(zhì)譜儀具有結(jié)構(gòu)簡單和應(yīng)用靈活等優(yōu)點(diǎn),是目前應(yīng)用范圍最廣泛的質(zhì)譜儀之一。質(zhì)譜信號在產(chǎn)生和傳遞過程中極易受到噪聲干擾,導(dǎo)致原始質(zhì)譜數(shù)據(jù)失真,而儀器數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)能夠減弱噪聲干擾,其性能直接影響了儀器的分析結(jié)果。傳統(tǒng)四極質(zhì)譜儀大多采用軟件處理方法,由CPU運(yùn)行操作系統(tǒng)并同時進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,具有軟件集成度高,便于開發(fā)和調(diào)試等優(yōu)點(diǎn)。但是受到串行指令執(zhí)行方式的影響,傳統(tǒng)方式也存在延時較長和資源消耗大等問題,難以滿足某些實(shí)時、在線分析的要求,并且容易導(dǎo)致系統(tǒng)響應(yīng)緩慢。采用更高性能CPU能緩解運(yùn)算資源緊張的情況,但也會增加系統(tǒng)體積和功耗,不利于儀器未來的小型化發(fā)展。針對提高數(shù)據(jù)處理實(shí)時性和系統(tǒng)資源利用率的需要,本文開發(fā)一種基于FPGA的四極質(zhì)譜儀數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),并在多個四極質(zhì)譜儀器平臺上開展了相關(guān)應(yīng)用。搭建了小型四極質(zhì)譜儀器平臺,根據(jù)儀器原理對離子源、質(zhì)量分析器和真空系統(tǒng)等關(guān)鍵部件進(jìn)行了選型;研究了復(fù)合型跨阻抗電流放大和抗混疊濾波等技術(shù),并設(shè)計(jì)了微弱信號采集電路;改進(jìn)了控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu),使用FPGA芯片運(yùn)行數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。經(jīng)測試,儀器平臺質(zhì)量掃描范圍達(dá)到550 amu,分辨率達(dá)到0.6 amu,均達(dá)到預(yù)期指標(biāo)... 

【文章來源】：吉林大學(xué)吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：77 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

高通量四極質(zhì)譜儀（a）安捷倫5977BHESGC/MSD；（b）島津GCMSTQ-8040NX

第1章緒論4圖1.2ThermoFisherQExactiveHF（a）儀器圖；（b）離子源結(jié)構(gòu)圖除高通量、高分辨率和高靈敏度指標(biāo)外，小型化和便攜化也是四極質(zhì)譜儀的重要發(fā)展趨勢之一。20世紀(jì)90年代，首次開發(fā)了具有適當(dāng)性能的小型質(zhì)量分析器[33,34]。1999年，歐陽證等人對小型四極質(zhì)量分析器離子傳輸效率進(jìn)行了仿真和相關(guān)實(shí)驗(yàn)[35]。自2000年開始，科研人員對四極質(zhì)譜儀器子系統(tǒng)之間的連接有了更好的理解，通過對泵系統(tǒng)的改進(jìn)，研究人員開發(fā)出了重量小于10kg的手持式質(zhì)譜儀[36-38]。在將四極質(zhì)譜儀小型化部件成果轉(zhuǎn)化至小型質(zhì)譜儀的開發(fā)過程中，科研人員認(rèn)識到研發(fā)這些小型設(shè)備所面臨的巨大挑戰(zhàn)[39]。近幾十年來，人們對四極桿、離子阱、飛行時間和偏轉(zhuǎn)磁場等質(zhì)量分析器都進(jìn)行了小型化研究，但是受到工作原理的限制，飛行時間和偏轉(zhuǎn)磁場質(zhì)量分析器的小型化程度有限。因此，目前小型質(zhì)譜儀的主要質(zhì)量分析器仍是四極桿和離子阱質(zhì)量分析器[40]。2013年，美國鉑金埃爾默（PerkinElmer）公司研發(fā)出便攜式質(zhì)譜儀TorionT-9如圖1.3（a）所示，它采用微型環(huán)狀離子阱，可在較低真空環(huán)境下工作，總重僅有14.5kg，是目前重量最輕，續(xù)航能力最強(qiáng)的便攜式質(zhì)譜儀之一。美國Inficon公司研制的HapsiteER便攜式GCMS如圖1.3（b）所示，采用微型四極桿質(zhì)量分析器，重量僅有19kg，同樣是目前有代表性的便攜式質(zhì)譜儀之一。圖1.3便攜式四極質(zhì)譜儀（a）TorionT-9；（b）HapsiteER

第1章緒論4圖1.2ThermoFisherQExactiveHF（a）儀器圖；（b）離子源結(jié)構(gòu)圖除高通量、高分辨率和高靈敏度指標(biāo)外，小型化和便攜化也是四極質(zhì)譜儀的重要發(fā)展趨勢之一。20世紀(jì)90年代，首次開發(fā)了具有適當(dāng)性能的小型質(zhì)量分析器[33,34]。1999年，歐陽證等人對小型四極質(zhì)量分析器離子傳輸效率進(jìn)行了仿真和相關(guān)實(shí)驗(yàn)[35]。自2000年開始，科研人員對四極質(zhì)譜儀器子系統(tǒng)之間的連接有了更好的理解，通過對泵系統(tǒng)的改進(jìn)，研究人員開發(fā)出了重量小于10kg的手持式質(zhì)譜儀[36-38]。在將四極質(zhì)譜儀小型化部件成果轉(zhuǎn)化至小型質(zhì)譜儀的開發(fā)過程中，科研人員認(rèn)識到研發(fā)這些小型設(shè)備所面臨的巨大挑戰(zhàn)[39]。近幾十年來，人們對四極桿、離子阱、飛行時間和偏轉(zhuǎn)磁場等質(zhì)量分析器都進(jìn)行了小型化研究，但是受到工作原理的限制，飛行時間和偏轉(zhuǎn)磁場質(zhì)量分析器的小型化程度有限。因此，目前小型質(zhì)譜儀的主要質(zhì)量分析器仍是四極桿和離子阱質(zhì)量分析器[40]。2013年，美國鉑金埃爾默（PerkinElmer）公司研發(fā)出便攜式質(zhì)譜儀TorionT-9如圖1.3（a）所示，它采用微型環(huán)狀離子阱，可在較低真空環(huán)境下工作，總重僅有14.5kg，是目前重量最輕，續(xù)航能力最強(qiáng)的便攜式質(zhì)譜儀之一。美國Inficon公司研制的HapsiteER便攜式GCMS如圖1.3（b）所示，采用微型四極桿質(zhì)量分析器，重量僅有19kg，同樣是目前有代表性的便攜式質(zhì)譜儀之一。圖1.3便攜式四極質(zhì)譜儀（a）TorionT-9；（b）HapsiteER

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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本文編號：3572718