数据采集仪器在质谱分析检测中的应用

发布日期：2024-04-28 浏览次数：124

据相关数据显示，近年来全球质谱仪市场规模呈高速增长趋势。2022年全球质谱仪行业市场规模达到107.22亿美元，同比增长7.67%；国内质谱仪行业市场规模达到137.75亿元，同比增长12.64%，增速快于全球。市场供需方面，国内质谱仪需求缺口持续存在，同年质谱仪产量和需求量分别为1.07和2.31万台，供不应求。为打破质谱仪器长期依赖于国外进口严峻局势，质谱仪器国产化势在必行。

▲中国质谱仪市场供需现状（数据来源：智研咨询）

▲质谱仪市场规模（数据来源：智研咨询）

质谱仪主要由离子源、质量分析器和离子检测器组成。离子源在高真空条件下对样品分子进行电离，产生的离子加速后进入无场漂移管，并以恒定速度飞向离子检测器。离子质量越大，到达检测器所用时间越长，离子质量越小，到达检测所用时间越短，根据这一原理，可以把不同质量的离子按m/z值大小进行分离。随后，分离的离子依次进入离子检测器，它们的信号被放大并收集。最后，这些信号被计算机处理并生成质谱图。

▲时间飞行质谱（图片来源于网络）

在应用场景方面，我国质谱仪目前主要以四极杆质谱仪为主，其次是飞行时间质谱。相比四极杆质谱仪的定性能力不足、质量分辨率低，存在同位素干扰、分析速度慢、质量上限低等问题，飞行时间质谱仪具备分析速度最快、分辨能力好、定型能力好、质量上限高等优势，其应用范围极为广泛，如：生物医药领域、公共事业领域(含环境监测)、科学应用领域，工业过程分析领域等。

飞行时间质谱仪通过利用动能相同的离子(E)，飞行相同的距离(L)，所用时间的不同(T)将它们区分开,通过测量离子的飞行时间T，来推算离子的质荷比(m/z)，其对质量分辨、质量精度、质量范围、灵敏度等关键性能指标要求极其严苛。

▲质谱仪的基本组成（图片来源于网络）

中科采象聚焦质谱仪中的离子检测器板块，针对飞行时间质谱场景应用，基于模块化仪器技术研制出高速采集卡（PCle/PXle-X1074/1022/1012），适应于超快响应探测器输出信号的快速捕获及测量。采样率最高可支持10.4GSPS，垂直分辨为12bit/14bit/16bit，模拟带宽最高可达3GHz，支持单次、连续、自动的采集模式，以及灵活触发机制和数字触发算法，PCIe传输数据率大于6GB/s，数据流盘速度大于5GB/s，支持波形显示、处理和存储，整机性能领先国际同类设施。

▲中科采象高速采集卡产品展示

然而数据采集仪器在质谱分析中需要对质谱峰识别同位素、加合物、多聚物、碎片离子等分析样品的化学成分来检测痕量浓度样品中的质谱信号，如何检测和区分离子脉冲特征和正确区分脉冲信号和背景噪声成为数字采集仪器当下面临的重要挑战。

与时间数字转换器TDC采集方案存在死区时间长、动态范围窄、高离子强度信号饱和等问题不同，中科采象高速采集卡中的模拟数字转换器ADC采集方案可以实现波形数字化，能够精确记录采集到脉冲的幅度和时间信息，对最不明显的离子特征产生可重复的检测结果，高精度能够解决正确区分脉冲信号和背景噪声问题，助力数据精确采集。