一种基于工作条件监测的智能自适应质谱仪的制作方法

本发明涉及质谱仪器分析技术领域，特别涉及一种基于工作条件监测的智能自适应质谱仪。

背景技术：

质谱仪具有高灵敏度、高选择性与高精确度等特征，在医疗等很多领域被认为是行业的“金标准”。但商业质谱仪多为大型实验室仪器，其工作需要较大空间且需要专业人员操作，不适合现场原位分析，而小型质谱仪在保有质谱仪在分析方面本身优势的同时，大幅减少了仪器的体积，且操作流程得到了简化。

但与工作于实验室条件下的大型商用质谱仪不同，小型质谱仪针对的工作环境多为待测物现场，环境条件较为复杂，而质谱仪作为一种精密仪器，任何环境参数的变化都可能对其工作产生影响，从而使得最终输出的谱图受到影响。同时小型质谱仪的操作人员多为没有足够分析化学基础知识的人员，其并不具备分析现场复杂样品的能力，得到小型质谱仪输出的谱图后不能及时准确地得到所需的信息。

在过去的使用过程中，已经采用了一些方法来解决上述的问题，例如为解决环境改变带来的影响，在小型质谱仪中选用的电子元件为低温漂的器件；为满足操作人员的分析需求，设定常见的疾病标志物、毒品毒物特征峰等作为检测目标。但这些解决方式的作用有限，使用低温漂的电子元件只能对电信号随温度变化的稳定性有帮助，但对气压、湿度等其他环境参数变化无能为力；设定一些标志峰能够为现场快速分析提供很多有效的帮助，但不可能覆盖所有的待测物，且原本设定的特征峰在不同条件下峰强可能不同，会为分析带来很多困扰。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种基于工作条件监测的智能自适应质谱仪，该质谱仪与现有小型质谱仪相比，能够使得小型质谱仪对环境的适应性更强，同时更便于现场操作人员得到准确分析结果。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种基于工作条件监测的智能自适应质谱仪，包括：常规部件、工作环境监测模块和上位机；

所述常规部件，用于对带电粒子质荷比进行分析生成质谱图数据，并将所述质谱图数据发送到所述上位机；

工作环境监测模块，用于获取质谱仪所在工作环境的多环境参数，并将所述多环境参数发送至所述上位机；

所述上位机，用于对所述质谱图数据和所述多环境参数进行分析生成目标质谱图。

本发明实施例的一种基于工作条件监测的智能自适应质谱仪，通过添加温度、湿度、气压等传感器实时监测小型质谱仪工作环境参数的变化，并反馈到上位机从而能修正质谱仪工作状态；另一方面借助网络云平台，实现标准谱库比对、远程指导等功能，从而能够快速得到分析结果。

另外，根据本发明上述实施例的一种基于工作条件监测的智能自适应质谱仪还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的实施例中，还包括，移动终端和云平台；

所述移动终端，用于与所述上位机建立连接，并将所述目标质谱图发送到所述云平台；

所述云平台，用于接收并存储所述目标质谱图，将所述目标质谱图与标准谱图库进行对比分析，并结合远程指导知识对所述目标质谱图进行分析。

进一步地，在本发明的实施例中，还包括：决策端，

所述决策端，用于为所述云平台提供所述远程指导知识，以及生成任务指令并通过所述云平台将所述任务指令发送到所述质谱仪。

进一步地，在本发明的实施例中，所述常规部件，包括：进样系统、离子源、质量分析器、离子检测器和数据采集与控制系统。

进一步地，在本发明的实施例中，所述工作环境监测模块，包括：多个传感器和微型控制器；

所述多个传感器分别与所述微型控制器连接，通过所述微型控制器对所述多个传感器进行实时控制；

所述多个传感器用于对所述质谱仪所在的工作环境进行监测生成所述多环境参数，并将所述多环境参数发送到所述微型控制器；

所述微型控制器用于将接收到的所述多环境参数发送至所述上位机。

进一步地，在本发明的实施例中，所述多个传感器包含：温度传感器、湿度传感器、大气压传感器、真空度测量传感器、姿态传感器和gps中的一种或多种。

进一步地，在本发明的实施例中，在所述质谱仪的射频线圈板、射频放大板、数控系统、分子泵控制器位置设置所述温度传感器，用于监测温度变化；

在所述质谱仪的进样系统位置设置所述温度传感器和所述湿度传感器，用于监测进样系统在进行离子化分析时的温湿度条件；

在所述质谱仪的真空腔设置真空度测量传感器，仪器底部设置所述大气压传感器，用于监测真空腔内和所述质谱仪所处环境的气压变化情况；

在所述质谱仪的仪器底部设置所述姿态传感器，用于监测所述质谱仪的振动、加速度及倾角大小情况。

进一步地，在本发明的实施例中，所述上位机，用于接收所述决策端生成的所述任务指令。

进一步地，在本发明的实施例中，所述上位机，用于根据所述多环境参数控制所述多个传感器。

进一步地，在本发明的实施例中，所述上位机，用于根据所述多环境参数修正所述质谱仪的工作状态。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明一个实施例的一种基于工作条件监测的智能自适应质谱仪的结构示意图；

图2为根据本发明一个实施例的多个传感器在便携式质谱仪中的分布图；

图3为根据本发明一个实施例的网络云平台的工作流程示意图；

图4为根据本发明一个实施例的质谱仪峰强与气压的关系图；

图5为根据本发明一个实施例的质谱仪开机后射频系统温度的变化图；

图6为根据本发明一个实施例的质谱仪进样口湿度变化图；

图7为根据本发明一个实施例的质谱仪所处环境气压变化图；

图8为根据本发明一个实施例的质谱仪三个方向加速度变化图；

图9为根据本发明一个实施例的质谱仪三轴角度变化图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的一种基于工作条件监测的智能自适应质谱仪。

图1为根据本发明一个实施例的一种基于工作条件监测的智能自适应质谱仪的结构示意图。

如图1所示，该小型质谱仪包括：常规部件、工作环境监测模块和上位机。

常规部件，用于对带电粒子质荷比进行分析生成质谱图数据，并将质谱图数据发送到上位机；

工作环境监测模块，用于获取质谱仪所在工作环境的多环境参数，并将多环境参数发送至上位机；

上位机，用于对质谱图数据和多环境参数进行分析生成目标质谱图。

其中，上位机对质谱图数据和环境参数进行采集与分析后，生成的目标质谱图是基于环境参数校正的质谱图数据。

进一步地，上位机用于综合质谱仪所得的质谱图数据与微型控制器传输的多环境参数，从而能够得到更准确的分析结果。

具体地，质谱仪常规部件包括进样系统、离子源、质量分析器、离子检测器和数据采集与控制系统，用于完成对带电粒子质荷比分析等基本操作，其中，基本操作包括对目标前体离子进行质荷比分析、对碰撞后得到的子离子进行二级谱分析等多级谱图分析，及其他各项常规离子操作过程。

其中，进样系统包含但不限于非连续进样结构，离子源包含但不限于纸喷雾电离，质量分析器包含但不限于线性离子阱。

可以理解的是，本发明的质谱仪保留了已有质谱仪的进样系统、离子源、质量分析器、离子检测器等常规构成部分保证其在对离子分析方面的基本功能，使得其能够完成对带电离子的基本操作以及谱图输出等功能。

进一步地，在本发明的一个实施例中，工作环境监测模块，包括：多个传感器和微型控制器；多个传感器分别与微型控制器连接，通过微型控制器对多个传感器进行实时控制；

多个传感器用于对质谱仪所在的工作环境进行监测生成多环境参数，并将多环境参数发送到微型控制器；

微型控制器用于将接收到的多环境参数发送至上位机，上位机可以根据多环境参数控制多个传感器，上位机还可以根据多环境参数修正质谱仪的工作状态。

进一步地，多个传感器包含：温度传感器、湿度传感器、气压传感器、真空度测量传感器、姿态传感器和gps中的一种或多种，在实际使用中，传感器的数量和种类可以根据实际需求进行更新。

多个传感器在质谱仪中的设置位置如图2所示，附图标记为：射频线圈板温度传感器1、射频系统放大板处温度传感器2、数控系统内温度传感器3、分子泵数控盒处温度传感器4、离子源处温、湿度传感器5、真空腔气压传感器真空度测量传感器6、测量外界气压的大气压传感器7和测量小型质谱仪倾角、振动、加速度情况的姿态传感器8。

在质谱仪的射频线圈板、射频放大板、数控系统、分子泵控制器位置设置温度传感器1-4，用于监测温度变化；

在质谱仪的进样系统位置设置温、湿度传感器5，用于监测进样系统在进行离子化分析时的温湿度条件；

在质谱仪的真空腔设置真空度测量传感器6，仪器底部设置大气压传感器7，用于监测真空腔内和仪器所处环境的气压变化情况；

在质谱仪的仪器底部设置姿态传感器8，用于监测质谱仪的振动、加速度及倾角大小情况。

可以理解的是，通过上述传感器采集的数据，即可对小型质谱仪的工作环境有准确的评估，便于后续对小型质谱仪分析结果的校准。

如图3所示，本发明的小型质谱仪还包括：移动终端、云平台和决策端。

其中，移动终端用于与上位机建立连接，并将目标质谱图发送到云平台；

云平台用于接收并存储目标质谱图，将目标质谱图与标准谱图库进行对比分析，并结合远程指导知识对目标质谱图进行分析，其中，所使用的标准谱库具备实时更新与存储的功能。

决策端用于为云平台提供远程指导知识，以及生成任务指令并通过云平台将任务指令发送到质谱仪，其中，接收决策端任务指令的为质谱仪中的上位机。

其中，移动终端和远程决策端均开发有相应的应用软件来进行操控。

具体地，上位机的数据可以通过移动终端发送到网络云平台，与网络云平台的实时通讯，便于实现谱库比对与远程技术支持，实现目标物的快速定性分析。

决策端与网络云平台之间建立连接，在决策端收到仪器操作人员的请求或发现异常情况，决策端可以为网络云平台提供指导知识。同时网络云平台也可以将决策端发出的任务指令传输到质谱仪的上位机。

需要说明的是，上位机接受的任务指令除决策端发出的之外，还包括现场操作人员的指令。

进一步地，通过添加网络云平台，能够实现实时谱库对比分析、谱图存储、远程指导等功能。通过借助针对智能手机端开发的应用软件，一方面可实现对质谱仪上位机的操作，从而得到经过环境拟合、校准后的质谱图；另一方面可实现与网络云平台进行实时通信，从而能够上传数据，与标准谱库比对的同时也能够借助远程技术人员的指导得到更准确的分析结果。

如图3所示，网络云平台的工作过程主要包含三个部分：现场分析、网络云平台以及决策端。现场分析，包含的流程为警务人员、医务人员等先利用智能手机(移动终端)确认待测人员的身份信息，然后通过取样装置将待测物放入试剂盒中，再放入小型质谱仪中进行分析，并将最终的输出谱图等数据传输到智能手机上。网络云平台，一方面接收智能手机上传的检测数据，并与标准谱库进行比对提交比对结果；另一方面在需要远程指导时能够将检测结果与仪器工作状态传达至决策端，同时将决策端的指令与分析结果下达至各个现场。决策端，能够借助网络云平台实现对各个检测现场的远程状态监控，从而能够给出准确指导。

如图4所示，其横坐标为通过非连续进样系统进样后的延时时间，纵坐标为目标离子的峰强，因为进样后泵的持续工作，延时时间越长显然气压越低。而在质谱仪的工作过程中，真空度的大小对离子检测过程有很大的影响，在真空腔内的气压较高时，中性分子会对带电粒子的运动产生较大的影响，在与无规则运动的中性分子大量碰撞过程中目标离子逐渐从质量分析器中消失，从而使得最终的峰强较低；在真空腔内气压较为合适时，带电离子在质量分析器中的保有量较高，且在被从质量分析器中扫出时受到的影响较小，从而能够有较高的峰强；在真空腔内气压较低时，带电离子的平均分子自由程较大，无法通过与足够的空气中的中性分子发生碰撞来降低自身的动能，从而使得很多带电离子从线性离子阱质量分析器中直接飞出，不能被很好地分析，所以气压传感器对于校正仪器的工作状态有很大意义。

参考图5-图9，在仪器工作过程中各项环境参数均有一定程度的变化，尤其是在仪器的开机阶段，小型质谱仪的很多部位的升温幅度较大，会对仪器最终的工作状态产生影响。而在进样阶段的湿度也会有较大变化，且变化情况一致性不高。同时，仪器所处环境的气压、仪器的倾斜角度，以及仪器的加速度均有一定程度的波动。

根据本发明实施例提出的一种基于工作条件监测的智能自适应质谱仪，可以适用于户外工作环境，通过添加温度、湿度、气压等传感器实时监测小型质谱仪工作环境参数的变化，并反馈到上位机从而能修正质谱仪工作状态；另一方面借助网络云平台，实现标准谱库比对、远程指导等功能，从而能够快速得到分析结果。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。