一种四极杆质谱仪真空测量及控制系统的研制

　　本文介绍了一种基于ARM 微控制器的真空测量及控制系统。系统由ARM 微控制器、ADC 采集电路、CAN 通讯接口、HM-TRP 无线收发模块、上位机和真空规组成。将其应用于四极杆质谱仪，能同时测量接口、离子传输和四极杆三个部分的真空度，并据此实现了仪器单元的级联控制和仪器的流程控制；同时，将各个部分的真空度上传至上位机显示以及通过无线模块传送至显示终端进行显示和控制。

　　将该系统应用于钢研纳克检测技术有限公司的PlasmaMS 300 仪器，实验表明，该系统能准确且稳定地实时监测仪器的真空度，确保了仪器的正常工作及关键部件的安全;同时，部件间的级联控制和整机流程控制进一步提高了仪器的自动化程度和可靠性。

　　质谱仪是当今科学仪器中应用最广、发展前景最好的科学仪器之一。可快速同时检测周期表上几乎所有元素，成为公认的最有力的元素分析手段，其应用领域非常广泛，主要有原子能、生命科学、临床和医药科学、化学、环境监测、食品安全、检验检疫、法医学、刑侦科学、化工、石油化工、电子和地质学等。四极杆质谱仪是质谱仪中最常见的一种，是采用四极电场进行质量分离的动态质谱仪。

　　四极杆质谱仪的结构如图1 所示，主要由进样系统、真空系统、离子检测系统和计算机控制系统组成，其中真空系统主要由接口部分、离子传输部分、质量分析器部分和真空泵组成。离子化的样品首先被引入接口部分（腔室1），在此处离子形成超声射流，通过截取锥而进入低真空的离子传输系统（腔室2），经电压加速和聚焦，传输至高真空的四极杆质量分析器（腔室3），离子通过四极场的分离，按照质量数由低到高的顺序，到达离子检测系统(腔室3)，最后经过电信号的处理形成谱图。

　　为了保证，1、四极杆质量分析器和倍增器在施加高压的过程中不致放电；2、离子束在与真空状态下存在的气体分子碰撞过程中不致过于严重损失，必须要确保质谱仪在工作时，各腔室的真空度达到并稳定的控制在预定范围内。另外，根据各腔室的真空度来实现离子源、离子透镜单元和气路单元等部件的级联控制以及整机的流程控制，可以进一步提高仪器的自动化和智能化程度。

图1 四极杆质谱仪结构图

　　1、系统组成

　　http://www.chvacuum.com/vacuum-measure/mass-spectrum/067126.html

　　2、系统硬件电路设计

　　http://www.chvacuum.com/vacuum-measure/mass-spectrum/067127.html

　　3、软件设计

　　http://www.chvacuum.com/vacuum-measure/mass-spectrum/067128.html

　　4、测试结果

　　http://www.chvacuum.com/vacuum-measure/mass-spectrum/067129.html

　　5、总结

　　本文介绍了一种用于四极杆质谱仪的真空测量与控制系统，详细阐述了系统结构、系统硬件电路及软件设计等，在钢研纳克检测技术有限公司的PlasmaMS 300 仪器上，实现了仪器真空系统真空度的测量和仪器其他单元的级联控制和仪器的流程控制，其测试结果符合要求，确保了仪器的正常工作，提高了仪器的自动化程度和可靠性。