本发明专利技术涉及光谱化学领域，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。
【技术实现步骤摘要】
一种研究大分子离子光电子谱的装置
本专利技术涉及光谱化学领域，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术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。本专利技术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，过滤本文档来自技高网...
【技术保护点】
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。...
【技术特征摘要】
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...
【专利技术属性】
技术研发人员：张向平，郑仕华，赵永建，
申请(专利权)人：金华职业技术学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33
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