離子遷移譜儀離子門控制器及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及離子迀移譜儀領域，具體地，涉及一種離子迀移譜儀離子門控制器及其控制方法。
【背景技術】
[0002]離子迀移譜儀是采用離子迀移譜技術檢測物質的裝置，其結構示意圖如圖1所示，通常由進樣部分、電離源、離子門、迀移區、離子收集區、微電流放大器及數據處理控制部分等組成。離子門目前有兩種主要的類型:Bradbury_Nielson離子門和Tyndall型離子門。電離源(如真空紫外燈，即VUV燈)將樣品電離成離子，離子在電場力的作用下沿著軸向向前運動。離子門用來控制離子以脈沖的方式進入后面的迀移區，不同離子由于迀移率不同到達離子收集區的時間不同，便形成了離子迀移譜圖。因此離子門是控制離子進入迀移管的關鍵部件。離子門能夠在開啟時保證離子有效通過離子門，關閉時有效攔截離子通過離子門。
[0003]通常，Bradbury-Nielson離子門采用雙邊對稱控制。例如離子門的電位是3000V，在離子門控制器的控制下，離子門關閉時離子門上相鄰電極的電壓分別為3030V、2970V;在離子門開啟時，通過開關使得離子門的電極短路，這樣離子門上兩個電極的電位變成3000V，電位差為0，離子得以通過。以一定頻率控制離子門開關，便形成脈沖的離子流。這種雙邊對稱控制方式有以下缺點:首先不能非對稱地改變電極絲的相對電位，無法獲得與全系統匹配的最優的電參數設置；其次，控制器需要高壓隔離，可靠性降低，并且與離子門相連的電阻全部處于高壓狀態，無法在線調節；第三，在離子門動作瞬間，離子漂移區的電場會受到影響，進而影響儀器的性能。對于缺點1，在實際應用中，由于離子迀移譜儀需要的離子門脈寬、電離源、迀移管等不同，往往需要離子門兩個電極的電位都可調節以尋找最佳的電參數以及獲得最佳的性能。現有技術中的離子門控制器調節能力差，通用性較差，僅適用于特定的離子迀移譜儀。
[0004]中國專利CN104392889A公開了一種利用交流疊加方法控制離子門的離子迀移譜儀及方法，采用交流疊加方法，增加一組串聯電阻電路，使其連接到離子門一端。在無脈沖信號輸入時，通過調節串聯電阻電路中電位器阻值的大小，改變離子門兩組金屬絲之間的電勢差，使金屬絲之間的電勢差足夠大，使離子門完全關閉，阻止離子從反應區進入到迀移區；當有脈沖信號輸入時，脈沖信號的電勢和極性使離子門兩組金屬絲間的電壓相等，離子門打開，離子可穿過離子門到達迀移區被離子信號檢測器所檢測。該離子迀移譜儀只有一個離子門上的電極的電位能夠調整，其控制器屬于單邊非對稱控制，不具有雙邊對稱或非對稱控制能力，適用的靈活性較差。此外，該離子迀移譜儀離子門的控制需要離子門脈沖電源輸出脈沖的幅度、脈寬、頻率三者同時可調，對離子門脈沖電源的要求如精度、可調節性等大大提高，這將增加該控制器的成本和復雜性。
【發明內容】
[0005]本發明的目的就在于克服上述現有技術的缺點和不足，提供一種可對離子門電極進行對稱控制或非對稱控制的離子迀移譜儀離子門控制器，該離子迀移譜儀離子門控制器可對離子門的兩個電極電位進行任意調節，通用性強；本發明還提供了離子迀移譜儀離子門控制器的控制方法。
[0006]本發明解決上述問題所采用的技術方案是:
離子迀移譜儀離子門控制器，包括高壓電源、給電極環供電的分壓電阻電路、兩路可調電源，分壓電阻電路一端連接高壓電源、另一端接地，所述分壓電阻電路包括多個串聯的分壓電阻，兩路可調電源的輸出端各連接一個離子門電極。本方案中，離子門控制器增設兩路可調電源分別與兩個離子門電極相連，可調電源使兩個離子門電極上的電位可以任意調節，在離子門關閉時離子門控制器能夠工作在對稱或不對稱狀態下即兩個離子門電極上的電位能夠以基準電位呈正負對稱或不對稱狀態，控制更加方便和靈活。本方案中的離子門控制器由于輸出可調，適用于多種不同電壓差的離子迀移譜儀，通用性好。
[0007]作為本發明的進一步改進，所述可調電源為連接在高壓電源和地之間的分壓電阻串，分壓電阻串相鄰兩個電阻的公共端可以作為可調電源的輸出端。
[0008]進一步，所述分壓電阻串由至少兩個電阻串聯形成，其中至少一個電阻的阻值可調，使得可調電源的輸出端電壓可以調整，從而根據不同離子迀移譜儀的電壓差需求調整可調電源的輸出端電壓，從而使本方案中的離子門控制器適配能力好、通用性更強。
[0009]進一步，上述離子迀移譜儀離子門控制器還包括脈沖信號發生器，每個分壓電阻串上還連接有開關，所述開關與分壓電阻串的I?N-1個電阻并聯或與其中一個電阻的一部分并聯，所述開關還連接脈沖信號發生器的輸出端。本方案中，脈沖信號發生器用于發出脈沖信號，控制開關的閉合和斷開狀態，從而實現分壓電阻串上電阻的接入狀態控制，最終改變分壓電阻串的輸出電壓和離子門電極的電位。采用脈沖信號發生器通過開關控制離子門電極電位更加方便，自動化、智能化程度更高。
[0010]進一步，阻值可調的電阻為電位器。
[0011]進一步，每個分壓電阻串上接地的電阻為電位器，與該分壓電阻串相連的開關并聯在該接地的電位器的兩個固定端之間或者并聯在地與該接地的電位器的活動接觸點之間；離子門電極連接在分壓電阻串的與高壓電源相連的電阻和接地的電位器之間。
[0012]進一步，所述開關的數量為2個，分別為開關S1、開關S2; —路可調電源由固定電阻IV固定電阻‘、電位器Rvl依次串聯形成，固定電阻RC11連接高壓電源，電位器Rvl接地；另一路可調電源由電位器Rv2和固定電阻R η串聯形成，固定電阻R 11連接高壓電源，電位器Rv2接地；離子門的一個電極連接在電位器Rv2和固定電阻R η之間，另一個電極連接在固定電阻Rtll與固定電阻R。2之間；開關S工與電位器Rvl并聯，開關S 2并聯在電位器Rv2接地的一端與活動接觸點之間。本方案中，采用了較少的器件實現了兩路可調電源，離子門控制器的成本更低、電路的制作更加簡單方便。
[0013]進一步，所述開關為三極管或光電耦合器或固態開關。
[0014]離子迀移譜儀離子門控制器的控制方法，包括以下步驟:
51、調節電位器Rvl的阻值，調節電位器Rv2的活動接觸點位置；
52、脈沖信號發生器發出脈沖信號，該脈沖信號由開啟信號和關閉信號構成，開啟信號和關閉信號的電平相反且交替出現； 53、脈沖信號發生器發出的脈沖信號為開啟信號時，與電位器Rvl相連的離子門電極電位Utl等于與電位器Rv2相連的離子門電極電位^，離子門打開；脈沖信號發生器發出的脈沖信號由開啟信號跳轉為關閉信號時，開關S1和開關S 2切換狀態，電位器Rv2和電位器Rvl的接入方式同時改變，跳轉到步驟S4 ;
54、脈沖信號發生器發出的脈沖信號為關閉信號時，連接在電位器Rvl上的離子門電極的電位Utl與連接在電位器Rv2上的離子門電極的電位U if相等，離子門關閉；脈沖信號發生器發出的脈沖信號由關閉信號跳轉為開啟信號時，開關S1和開關S 2切換狀態，電位器Rv2和電位器Rvl的接入方式同時改變，跳轉到步驟S3。
[0015]進一步，步驟SI中，調節電位器Rvl的阻值，調節電位器Rv2的活動接觸點位置，使得 Rv2/(Rn+Rv2) igR02/(R01+R02)的值相等、(RQ2+Rvl) / (RQ1+R02)與 R’V2/(Rn+R’V2)不相等，R’V2為電位器Rv2的與離子門電極相連的一端與活動接觸點之間的電阻值；步驟S2中，所述脈沖信號發生器能夠發出A、B兩路重頻脈沖信號，兩路重頻脈沖信號的電平相反，一路送給開
，另一路送給開關S2，開關S1和開關S2被打開時所需的脈沖信號電平相同；開啟信號為A路信號為高電平且B路信號為低電平；關閉信號為A路信號為低電平且B路信號為高電平；步驟S3中，兩路重頻脈沖信號構成開啟信號時，開關S1閉合，電位器R vl短路，與電位器Rvl相連的離子門電極電位U C1的值為U H^Rtl2/(‘+RJ，Uhv為高壓電源的電壓；開關S2斷開，電位器Rv2全部接入電路，與電位器R v2相連的離子門電極電位U i的值為U hv*Rv2/(R1 !+Rv2)；U0= U i，離子門打開；步驟S4中，兩路重頻脈沖信號構成關閉信號時，開關S1斷開，電位器Rvl未被短路，與