适于飞行时间质谱仪的离子延时引出模块制造技术

本发明专利技术公开了一种适于飞行时间质谱仪的离子延时引出模块，包括用于接收激光器同步信号的信号捕捉电路，信号捕捉电路的输出端与信号展宽电路的信号输入端连接，信号展宽电路的输出端与信号延时电路的信号输入端连接，信号延时电路的输出端由第一触发信号输出端和第二触发信号输出端组成。本发明专利技术优点在于电路设计巧妙，在实时准确捕捉激光器同步信号的同时，将5ns脉宽的同步信号展宽为7us的标准方波脉冲，电路固有延时只有38ns，在50‑1200ns的延时时间范围内可调，满足了高速采集卡和高压脉冲模块的触发信号要求。最大限度地提高了离子传输能力,有效提升了质谱系统的灵敏度和分辨率，且能够更好的降低制作成本。

【技术实现步骤摘要】
适于飞行时间质谱仪的离子延时引出模块
本专利技术涉及飞行时间质谱仪，尤其是涉及适于飞行时间质谱仪的离子延时引出模块。
技术介绍
MALDI-TOFMS（基质辅助激光解析电离飞行时间质谱仪）质谱系统是一种新型的软电离生物质谱，仪器主要由两部分组成：基质辅助激光解析电离离子源（MALDI）和飞行时间质量分析器（TOF）。MALDI的原理是用激光照射样品与基质形成的共结晶薄膜，基质从激光中吸收能量传递给生物分子；生物分子得到能量后形成碎片飞出，它是一种软电离技术，适用于混合物及生物大分子的测定。TOF的原理是离子在电场作用下加速飞过飞行管，根据到达检测器的飞行时间不同而被检测，即测定离子的质荷比（M/Z）与离子的飞行时间成正比。激光解析电离飞行时间质谱仪是让激光解析电离的离子飞出，激光离子源虽然是一类表面电离源，但实际上解析电离有些是在激光短脉冲过程中产生，有些则是在解析后飞行过程中通过碰撞产生，这也造成了离子的空间和能量的进一步分散。此外，激光解析电离的中性粒子或离子在真空中是角分散的，这也是空间分散的一个来源。如果不加入离子延迟引出技术，不同时间形成、不同初速度的离子，距引出电极的距离不同，所受的场强也不同，所以离子没能实现同一起跑时间、同一起跑能量，从而导致质荷比相同的离子以不同时间飞抵检测器而影响分辨率。在质谱仪中引入离子延迟引出技术，让激光解析电离的离子产生于两个加有相同高压的极板之间，经过一段时间延时，再迅速施加电场将离子引出。不同时间形成的离子将被置于同一起跑时间上，将会使距离远的离子以更快的速度飞向引出极，从而达到不同初速度离子同时引出的效果，提高质谱仪分辨率。现有的设计延时方案，是通过微处理器进行激光器同步信号的捕捉，微处理器计数延时后输出给高压脉冲模块和采集卡。由于微处理器是基于晶振频率工作的，而激光器脉冲到来的时间是随机的，所以抓取脉冲的时间误差为一个晶振周期。故若要达到稳定度±200ps以内的误差，理论上晶振频率要达到2.5GHz以上，考虑到晶振自身的误差，晶振频率要求更高，一般处理器难以达到这个频率。不能满足稳定度±200ps的实际需求，严重影响了离子传输和质谱仪灵敏度。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种适于飞行时间质谱仪的离子延时引出模块。为实现上述目的，本专利技术采取下述技术方案：本专利技术所述适于飞行时间质谱仪的离子延时引出模块，包括用于接收激光器同步信号的信号捕捉电路，所述信号捕捉电路的输出端与信号展宽电路的信号输入端连接，所述信号展宽电路的输出端与信号延时电路的信号输入端连接，所述信号延时电路的输出端由第一触发信号输出端和第二触发信号输出端组成；所述信号捕捉电路由三极管Q1和施密特反相器U1组成；所述三极管Q1基极经电阻R1与激光器同步信号输出端连接，三极管Q1发射极接地，三极管Q1集电极一路经电阻R2接电源正极，另一路与所述施密特反相器U1的信号输入端连接；所述信号展宽电路由两个单稳态触发器U2A、U2B和D触发器U3组成；所述D触发器U3的时钟输入端CLK与所述施密特反相器U1的信号输出端连接；D触发器U3的反向输出端、数据输入端D相互连接；D触发器U3正向输出端Q与所述单稳态触发器U2A的正触发输入端B连接；两个单稳态触发器U2A、U2B构成双单稳态触发器；两个单稳态触发器U2A、U2B为同一片双单稳态触发器DM74HC221N内部的两个单稳态触发器；单稳态触发器U2A的清除端接高电平VCC，负触发输入端A接低电平GND，外接电容端Cext通过电容C1、电阻R3接高电平VCC，外接电阻/电容端Rext/Cext与所述电阻R3的低电位端连接，正脉冲输出端Q与单稳态触发器U2B的负触发输入端A连接；单稳态触发器U2B的正触发输入端B和清除端均接高电平VCC，负脉冲输出端与D触发器U3的复位端CLR相连；单稳态触发器U2B的外接电容端Cext通过电容C2、电阻R4接高电平VCC，外接电阻/电容端Rext/Cext与所述电阻R4的低电位端连接；所述信号延时电路由可编程时间芯片和两个与门U5A、U5B组成；所述可编程时间芯片的串行编程选择端接高电平，选择串行模式，输出模式选择端MS接低电平，即：输出信号与输入信号极性相同；可编程时间芯片的信号输入端IN与所述信号展宽电路中单稳态触发器U2A的正触发输入端B连接；可编程时间芯片的信号输出端OUT分别与两个所述与门U5A、U5B的第一输入端连接，两个与门U5A、U5B的第二输入端均接高电平VCC。本专利技术优点在于电路设计巧妙，在实时准确捕捉激光器同步信号的同时，将5ns脉宽的同步信号展宽为7us的标准方波脉冲，电路固有延时只有38ns，在50-1200ns的延时时间范围内可调，且稳定度控制在±200ps以内，满足了高速采集卡和高压脉冲模块的触发信号要求。最大限度地提高了离子传输能力,有效提升了质谱系统的灵敏度和分辨率，且能够更好的降低制作成本。附图说明图1是本专利技术的电路结构框图。图2是本专利技术的电路原理图。图3是本专利技术应用于飞行时间质谱仪的原理示意图。具体实施方式如图1-3所示，本专利技术所述适于飞行时间质谱仪的离子延时引出模块，包括用于接收激光器同步信号的信号捕捉电路，所述信号捕捉电路的输出端与信号展宽电路的信号输入端连接，所述信号展宽电路的输出端与信号延时电路的信号输入端连接，所述信号延时电路的输出端由第一触发信号输出端和第二触发信号输出端组成；所述信号捕捉电路由三极管Q1和施密特反相器U1组成；所述三极管Q1(型号：S9013)基极经电阻R1与激光器同步信号输出端连接，三极管Q1发射极接地，三极管Q1集电极一路经电阻R2接电源正极，另一路与所述施密特反相器U1的信号输入端连接。激光器同步信号波形为5ns脉宽的不规则波形，且尾部带有振荡，故信号捕捉电路要求能实时准确捕捉波形，且不受后续振荡信号干扰。如图2所示，当同步信号从连接器J1输入，经三极管Q1进行电平翻转，翻转后的电平再经施密特反相器U1（型号：SN74LS14）再次翻转。同步信号经三极管Q1的结电压门限、施密特反相器U1（型号：SN74LS14）的滞回翻转，即将同步信号中的噪声和振荡信号滤除，准确抓取上升沿。电阻R1起限流功能，电阻R2具有上拉和限流两个功能。激光器同步信号经过两次电平翻转，输出信号Signal_IN的电平方向依然与输入信号保持一致。由于施密特反相器U1供电电压为+5V，所以输出信号Signal_IN的电平幅值为+5V。所述信号展宽电路由两个单稳态触发器U2A、U2B和D触发器U3组成；所述D触发器U3的时钟输入端CLK与所述施密特反相器U1的信号输出端连接；D触发器U3的反向输出端、数据输入端D相互连接；D触发器U3正向输出端Q与所述单稳态触发器U2A的正触发输入端B连接；两个单稳态触发器U2A、U2B为同一片双单稳态触发器DM74HC221N内部的两个单稳态触发器；单稳态触发器U2A的清除端接高电平VCC，负触发输入端A接低电平GND，外接电容端Cext通过电容C1、电阻R3接高电平VCC，外接电阻/电容端Rext/Cext与所述电阻R3的低电位端连接，正脉冲输出端Q与单稳态触发器U2B的负触发输入端A连接；单稳态触发器U2B的正触发输入端B和清除端均接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适于飞行时间质谱仪的离子延时引出模块，包括用于接收激光器同步信号的信号捕捉电路，所述信号捕捉电路的输出端与信号展宽电路的信号输入端连接，所述信号展宽电路的输出端与信号延时电路的信号输入端连接，所述信号延时电路的输出端由第一触发信号输出端和第二触发信号输出端组成；其特征在于：所述信号捕捉电路由三极管Q1和施密特反相器组成；所述三极管Q1基极经电阻R1与激光器同步信号输出端连接，三极管Q1发射极接地，三极管Q1集电极一路经电阻R2接电源正极，另一路与所述施密特反相器的信号输入端连接；所述信号展宽电路由两个单稳态触发器U2A、U2B和D触发器U3组成；所述D触发器U3的时钟输入端CLK与所述施密特反相器的信号输出端连接；D触发器U3的反向输出端、数据输入端D相互连接；D触发器U3正向输出端Q与所述单稳态触发器U2A的正触发输入端B连接；单稳态触发器U2A的清除端接高电平VCC，负触发输入端A接低电平GND，外接电容端Cext通过电容C1、电阻R3 接高电平VCC，外接电阻/电容端Rext/Cext与所述电阻R3的低电位端连接，正脉冲输出端Q与单稳态触发器U2B的负触发输入端A连接；单稳态触发器U2B的正触发输入端B和清除端均接高电平VCC，负脉冲输出端与D触发器U3的复位端CLR相连；单稳态触发器U2B的外接电容端Cext通过电容C2、电阻R4 接高电平VCC，外接电阻/电容端Rext/Cext与所述电阻R4的低电位端连接；所述信号延时电路由可编程时间芯片和两个与门U5A、U5B组成；所述可编程时间芯片的串行编程选择端接高电平，选择串行模式，输出模式选择端MS接低电平，即：输出信号与输入信号极性相同；可编程时间芯片的信号输入端IN与所述信号展宽电路中单稳态触发器U2A的正触发输入端B连接；可编程时间芯片的信号输出端OUT分别与两个所述与门U5A、U5B的第一输入端连接，两个与门U5A、U5B的第二输入端均接高电平VCC。...

【技术特征摘要】
1.一种适于飞行时间质谱仪的离子延时引出模块，包括用于接收激光器同步信号的信号捕捉电路，所述信号捕捉电路的输出端与信号展宽电路的信号输入端连接，所述信号展宽电路的输出端与信号延时电路的信号输入端连接，所述信号延时电路的输出端由第一触发信号输出端和第二触发信号输出端组成；其特征在于：所述信号捕捉电路由三极管Q1和施密特反相器组成；所述三极管Q1基极经电阻R1与激光器同步信号输出端连接，三极管Q1发射极接地，三极管Q1集电极一路经电阻R2接电源正极，另一路与所述施密特反相器的信号输入端连接；所述信号展宽电路由两个单稳态触发器U2A、U2B和D触发器U3组成；所述D触发器U3的时钟输入端CLK与所述施密特反相器的信号输出端连接；D触发器U3的反向输出端、数据输入端D相互连接；D触发器U3正向输出端Q与所述单稳态触发器U2A的正触发输入端B连接；单稳态触发器U2A的清除端接高电平VCC，负触发输入端A接低电平GND，外...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭光辉，蔡克亚，王晓锦，王家杰，李康康，肖永东，易玲，张瑞峰，刘伟伟，刘晓莉，王超，刘聪，吴学炜，
申请(专利权)人：安图实验仪器郑州有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41