一种离子迁移谱快速扫描及谱图修正方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种离子迁移谱快速扫描及谱图修正方法和装置。该方法包括：S1、系统标定：获取扫描谱图并进行参数拟合，确定系统参数；S2、快扫谱图获取：实时获取谱图，利用正向扫描电压获取正向扫描谱图，利用负向扫描电压获取负向扫描谱图；S3、谱图修正：根据系统参数、正向扫描谱图和负向扫描谱图，确定系统的原始高斯峰，进行谱图修正。本发明专利技术能够解决现有技术中的不足，大大提高FAIMS设备的扫描速度，提升设备整体的响应时间。设备整体的响应时间。设备整体的响应时间。

【技术实现步骤摘要】
一种离子迁移谱快速扫描及谱图修正方法和装置


[0001]本专利技术涉及谱类检测设备的分析算法
，具体涉及一种离子迁移谱快速扫描及谱图修正方法和装置。

技术介绍

[0002]高场不对称离子迁移谱(FAIMS)是一种利用离子迁移率在高场和低场的差别，在常压环境下实现离子的分离和检测的装置。如图1所示，FAIMS分析器分为电离区、分析区和检测区。
[0003]在FAIMS的电离区中，样品分子随着气流进入电离源附近，被电离源电离后形成离子，继续在气流的带动下进入分析区。在分析区中，由不对称电压(分离电压)构建的随时间交替出现的高场和低场实现离子的分离。离子在高场和低场区域中的迁移率存在差异，使得在电场数千个周期时间内，不同离子在竖直方向上的运动存在差异；水平方向上，所有离子无差别的随着气流持续向检测区移动，不同迁移率差的离子表现出不同的运动路径。因垂直方向偏移量的差异，部分离子可以直接通过分析区而进入检测区被收集电极收集和检测，并被后续电路放大处理；而部分离子在分析区内直接打到电极上被中和。分析区内仅有分离电压的存在时，大部分离子将在分析区被中和，若此时施加一个特定的补偿电压(CV)，可以对特定迁移率差的离子实现补偿。不同补偿电压值可以使不同迁移率差别的离子离开分析区进入检测区。因此，补偿电压可以作为区分不同离子的标度。如果施加一个随时间线性变化的补偿电压值，不同迁移率差别的离子可以随补偿电压的变化依次进入检测区被收集检测。将补偿电压作为横坐标，检测到的离子强度作为纵坐标，就得到了FAIMS的谱图。
[0004]FAIMS的响应时间由补偿电压扫描速度决定，为了提升FAIMS的响应时间，通常通过提升补偿电压的扫描速度完成。但是简单加快补偿电压的速度会使得谱图产生严重的畸变。一幅快速扫描的谱图与慢速得到的谱图在峰高，峰位置等方向存在严重偏差，如图2所示。在80s扫描时间下，FAIMS峰呈现对称的峰形，较窄的峰宽和较高的峰高。当扫描时间降低到4s时，FAIMS峰呈现出展宽的峰宽，降低的峰高与偏移的峰位置。简单提升补偿电压扫描速度使得FAIMS谱图在定性和定量方面产生严重误差。这是因为FAIMS的横坐标为补偿电压，表征不同离子，被用作物质种类(定性)，纵坐标为离子强度，表征收集到的离子数量，用于确定物质含量(定量)。当峰高和峰位置出现偏差后，将无法进行正确的定性定量。
[0005]传统的FAIMS受限于设备自身结构及放大电路特性，无法实现快速分析。FAIMS分析设备中有大量成对出现的分析电极，构成了数量众多的等效电容；并且，为了能有效探测到样品的离子流，FAIMS通常使用跨阻放大电路对微弱的电信号进行放大。这些在FAIMS中大量存在的等效电阻，等效电容使得当FAIMS离子流产生的速度过快时，离子流的形状发生变化，最终使得谱图上呈现的FAIMS峰产生畸变。这种畸变的FAIMS峰无法提取到有效的定性定量信息。所以为了产生正常的峰，一般FAIMS设备的扫描速度无法设置的过快。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种离子迁移谱快速扫描及谱图修正方法和装置，该方法和装置能够解决现有技术中的不足，大大提高FAIMS设备的扫描速度，提升设备整体的响应时间。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：
[0008]在本专利技术的第一方面，公开了一种离子迁移谱快速扫描及谱图修正方法，该方法包括：
[0009]S1、系统标定：获取扫描谱图并进行参数拟合，确定系统参数；
[0010]S2、快扫谱图获取：实时获取谱图，利用正向扫描电压获取正向扫描谱图，利用负向扫描电压获取负向扫描谱图；
[0011]S3、谱图修正：根据系统参数、正向扫描谱图和负向扫描谱图，确定系统的原始高斯峰，进行谱图修正。
[0012]进一步的，所述确定系统参数和确定系统的原始高斯峰，均采用FAIMS畸变峰的描述公式实现；
[0013]所述FAIMS畸变峰的描述公式为：
[0014][0015]其中，I
o
是输出电流，A是峰高，σ是标准偏差，p是峰位，x等于CV，c是系统的等效电容，r是系统的等效电阻，k是扫描速度，e是自然底数，Erfc为残差函数。
[0016]进一步的，所述系统标定，包括：
[0017]获取扫描速度为k1、扫描时间长度为T1的扫描谱图，根据系统硬件条件，k1的典型取值数值应该小于1V/s，对应的扫描时间的长度T1>60s；
[0018]根据所述扫描谱图进行参数拟合，采用FAIMS畸变峰的描述公式确定后续修正所需的系统参数；
[0019]利用所述后续修正所需的系统参数进行标定。
[0020]进一步的，所述根据所述扫描谱图进行参数拟合，采用FAIMS畸变峰的描述公式确定后续修正所需的系统参数，包括：
[0021]采用莱文伯格
‑
马夸特方法对所述FAIMS畸变峰的描述公式进行拟合，随机初始化系统待求解参数，确定随机参数，所述随机参数系统的等效电容c，系统的等效电阻r，扫描速度k，峰高A，峰位p，标准偏差σ；计算该随机参数条件下FAIMS畸变峰描述的函数图像与实际谱图之间的差异，根据差异调整待求解参数的数值；重复上述步骤，获取计算差异，调整参数，直到找到一组参数，使得在该组参数下对应的FAIMS畸变峰与实际谱图之间的误差在设定误差范围内，至此通过拟合过程求得所有的系统参数，从系统参数中提取后续修正所需的参数，完成标定步骤。所述后续修正所需的系统参数包括描述系统等效电阻和等效电容乘积的参数cr和系统高斯峰的标准偏差σ。
[0022]系统标定步骤为设备组装调试阶段，对整个系统的等效cr和高斯峰的σ进行拟合。一般设备硬件不改变的情况下，只需要完成一次系统标定。系统标定过程分为两个步骤：获取长时间扫描谱图和参数拟合过程。通过长时间扫描的谱图，尽可能准确地反应系统硬件
参数，记录扫描速度k1。使用FAIMS畸变峰的描述公式对获取到的长时间扫描图谱进行拟合，得到FAIMS畸变峰的描述公式中的cr和σ。此步骤一般在设备出厂时完成，为了更为准确的获取系统的cr和σ参数，应当使用较长的扫描时间，以获得更为标准的FAIMS谱图，使用接近标准的FAIMS谱图有助于获取准确的cr和σ数值。
[0023]进一步的，所述快扫谱图获取，包括：
[0024]采用扫描速度k2实时获取谱图，利用正向扫描电压获取正向扫描谱图，利用负向扫描电压获取负向扫描谱图；
[0025]所述扫描速度k2的取值范围为k2>5V/s。
[0026]此步骤为现场实时快速扫描谱图的步骤。使用较快的速度实时获取谱图，一般此步骤获取到的谱图存在明显的变形，需要正向扫描CV和负向扫描CV获取正负两幅谱图。并记录扫描速度k2。
[0027]进一步的，所述谱图修正，包括：
[0028]根据所述正向扫描谱图和所述负向扫描谱图，确定系统原始高斯峰的峰位置p；
[0029]根据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种离子迁移谱快速扫描及谱图修正方法，其特征在于，该方法包括：S1、系统标定：获取扫描谱图并进行参数拟合，确定系统参数；S2、快扫谱图获取：实时获取谱图，利用正向扫描电压获取正向扫描谱图，利用负向扫描电压获取负向扫描谱图；S3、谱图修正：根据系统参数、正向扫描谱图和负向扫描谱图，确定系统的原始高斯峰，进行谱图修正。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定系统参数和确定系统的原始高斯峰，均采用FAIMS畸变峰的描述公式实现；所述FAIMS畸变峰的描述公式为：其中，I
o
是输出电流，A是峰高，σ是标准偏差，p是峰位，x等于CV，c是系统的等效电容，r是系统的等效电阻，k是扫描速度，e是自然底数，Erfc为残差函数。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述系统标定，包括：获取扫描速度为k1、扫描时间长度为T1的扫描谱图；根据系统硬件条件，k1的取值数值小于1V/s，对应的扫描时间T1的长度T1>60s；根据所述扫描谱图进行参数拟合，采用FAIMS畸变峰的描述公式确定后续修正所需的系统参数；利用所述后续修正所需的系统参数进行标定。4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述快扫谱图获取，包括：采用扫描速度k2实时获取谱图，利用正向扫描电压获取正向扫描谱图，利用负向扫描电压获取负向扫描谱图。5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述谱图修正，包括：根据所述正向扫描谱图和所述负向扫描谱图，确定系统原始高斯峰的峰位置p；根据所述系统参数，利用所述FAIMS畸变峰的描述公式，确定系统原始高斯峰的峰高参数A；根据所述系统参数、...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈池来，胡俊，刘友江，李山，张瑞，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：