基于LabVIEW的离子阱质谱仪研发软件

　　1 引言

　　离子阱质谱仪是一种相对复杂的分析仪器，从信号控制角度看，它包含了直流控制系统、射频信号控制系统和检测系统。直流控制系统为离子源、离子阱和检测器提供各种直流电压;射频信号控制系统为离子阱系统提供用于质量分析的射频信号;检测系统则用于对经质量分析器分离后的信号进行检测和放大。

　　在质谱研发的初期要对各种子系统的功能不断完善和改进，甚至要使用一些商品化的部件接入系统中进行调试，这需要有一种能够灵活调整的软件，以提供各种合适的控制信号，加快质谱仪的研发速度。Lab-VIEW 正是这样一种合适的开发语言，它是由美国国家仪器(NI)公司开发的一种基于图形界面的虚拟仪器开发语言，在自动测量系统、工业过程自动化、实时监控、实验室系统仿真等各个领域有着广泛的应用。与其它高级开发语言相比它最大特点是编程效率极高，从而有利于减少编程时间、缩短开发周期、降低开发成本。本文就是以 LabVIEW 为基础开发成功的一种可用于离子阱质谱仪研发的灵活、快速的开发软件。

　　控制系统的核心部件采用NI公司的M系列数据采集产品，它具有多达 32 路模拟输入，4 路模拟输出和48 条数字 I/O 线，通过该多功能卡可完全实现整个质谱系统的控制。

　　2 实现方法

　　质谱仪完成一次检测过程需严格按照时间顺序进行，从电离的离子通过离子门进入离子传输系统，再进入质量分析器，在质量分析器加载射频信号到打开检测系统开始信号检测都需要小于微秒级的控制精度，如图 1 所示。整个质谱仪研发软件的核心部份是应用 M系列数据采集产品数字波形发生功能产生的数字延时信号。

　　M 系列数据采集产品的数字 I/O 线的 Port 0 端口具有数字波型输出功能，不同产品的数字波型采样频率及其 Port 0 端口位数如表 1 所示。

　　在研发过程中主要采用 NI6251 多功能卡。基于数字波型输出功能结合 LabVIEW 编程可以实现灵活的数字延时信号发生功能。本软件中以 100kHz 的板上频率为数字波型发生的时基信号，实现了分辨率高达 10s 的数字延时信号发生功能，满足实验要求。数字延时信号发生程序首先接受用户通过程序界面输入的波形设置，如图 2 所示，然后将其转化成数字波形输出所接受的格式。当点击输出按钮后，程序初始化数字波形输出，包括设置输出通道、采样频率以及写入数字波形等工作，接着开始执行输出，最后在 Port 0的各个输出端子上得到相应的数字延时信号。

　　直流控制系统的电路板是自主研发的，板上可以产生 10 路±200V 的直流低压和两路负高压。直流低压用于离子源、离子传输和离子阱系统;两路负高压分别用于检测系统中电子倍增管的阴极和打拿极。其中两路直流低压需要通过电压切换电路加载到离子门上，用于控制离子进入离子传输系统。一路直流负高压也需经过切换电路加载到电子倍增器阴极上，使只有在检测信号时电子倍增器才工作，以延长电子倍增器的使用寿命。控制软件利用 NI6251 多功能卡上的两路数字 I/O 线通过串行传输设置各路直流电压，利用两路数字延时信号分别控制离子门直流低压和电子倍增器阴极负高压的切换。通过程序电压设置界面，如图 3所示, 实现电压的设置和电压切换功能测试。