CN115629118B - 质谱分析设备及质谱分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了质谱分析设备及质谱分析方法，涉及检测设备领域，质谱分析设备包括：进样装置、测径激光装置、线阵探测装置、电离激光装置、质量分析装置及真空腔；真空腔连接进样装置的输出端，质量分析装置设置于真空腔内；进样装置用于将气溶胶中的颗粒汇聚成颗粒束；测径激光装置用于发射脉冲测径激光，对颗粒束中的颗粒进行照射；线阵探测装置用于根据获取到的颗粒的成像信息，得到颗粒的飞行速度；电离激光装置的电离焦点设置于颗粒束的飞行路线中，电离激光装置用于对颗粒进行电离，得到离子；质量分析装置用于对离子进行检测，得到气溶胶的质谱信息。

Description

质谱分析设备及质谱分析方法

技术领域

本发明涉及检测设备领域，尤其涉及一种质谱分析设备及质谱分析方法。

背景技术

气溶胶检测质谱仪是实时检测单颗粒气溶胶的空气动力学直径及其大气污染成分，确定气溶胶形成的来源的重要设备。通常现有的气溶胶检测质谱仪采用半导体连续激光作为测径激光，测量气溶胶直径，再将气溶胶电离，通过气溶胶检测质谱仪中的质谱分析器检查气溶胶电离形成的离子。

然而，气溶胶的颗粒粒径小于测径激光的波长时，颗粒的散射强度将会服从瑞利散射，即测径激光照射下的颗粒散射光强度与入射光强成正比，与入射光波长的4次方成反比。现有的半导体连续激光由于波长较长且功率较低，当气溶胶的颗粒粒径较小时，测径激光照射颗粒产生的散射光信号很弱。现有的光电探测器难以检测出颗粒的散射光信号，导致气溶胶检测质谱仪得到的单颗粒气溶胶的质谱检测结果可靠性很差。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是为了解决上述问题中的至少一种，提供一种质谱分析设备及质谱分析方法，以解决单颗粒气溶胶的质谱检测结果可靠性差的问题。

第一方面，本申请提供一种质谱分析设备包括：进样装置、测径激光装置、线阵探测装置、电离激光装置、质量分析装置及真空腔；

所述真空腔连接所述进样装置的输出端，所述质量分析装置设置于所述真空腔内；

所述进样装置用于将气溶胶中的颗粒汇聚成所述颗粒束；

所述测径激光装置用于发射脉冲测径激光，对所述颗粒束中的颗粒进行照射；

所述线阵探测装置用于根据获取到的所述颗粒的成像信息，得到所述颗粒的飞行速度；

所述电离激光装置的电离焦点设置于颗粒束的飞行路线中，所述电离激光装置用于对所述颗粒进行电离，得到离子；

所述质量分析装置用于对所述离子进行检测，得到所述气溶胶的质谱信息。

结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，质谱分析设备还包括光电探测装置；

所述光电探测装置用于获取所述颗粒的散射光信号，并根据所述散射光信号，生成探测信号，其中，所述探测信号用于调整所述线阵探测装置的曝光开关状态。

结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，质谱分析设备还包括光收集装置和成像装置；

所述光收集装置设置于所述光电探测装置和所述颗粒束的飞行路线之间，所述成像装置设置于所述线阵探测装置和所述颗粒束的飞行路线之间；

所述光收集装置的收集焦点和所述成像装置的成像焦点依次远离所述进样装置，所述测径激光装置的入射方向与所述颗粒束的飞行路线的夹角呈预设角度，且所述收集焦点和所述成像焦点均处于所述脉冲测径激光的光斑内；

所述光收集装置用于将所述脉冲测径激光照射所述颗粒时生成的散射光信号，汇聚至所述光电探测装置；

所述成像装置用于所述脉冲测径激光照射所述颗粒时，将所述颗粒的位置信息成像至所述线阵探测装置。

结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，质谱分析设备还包括控制装置；

所述控制装置分别连接光电探测装置和所述线阵探测装置；

所述控制装置用于根据接收到的所述探测信号，调整所述线阵探测装置的曝光开关状态。

结合第一方面的第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述控制装置还连接所述电离激光装置；

所述控制装置还用于根据所述颗粒的飞行速度，触发所述电离激光装置发射激光脉冲。

结合第一方面的第三种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，所述控制装置还用于根据所述颗粒的飞行速度，得到所述颗粒的空气动力学粒径。

结合第一方面，在第六种可能的实现方式中，所述测径激光装置还用于发射预设重复频率的脉冲测径激光，对所述颗粒束中的颗粒进行照射，其中，所述预设重复频率取值范围为1kHz至10MHz。

第二方面，本申请提供一种质谱分析方法，应用于如第一方面所述的质谱分析设备，所述方法包括：

将气溶胶中的颗粒汇聚成颗粒束，控制所述测径激光装置发射脉冲测径激光，并将所述线阵探测装置调整为曝光开启状态；

根据曝光时间内所述线阵探测装置获取到的成像信息，得到所述颗粒的飞行速度；

基于所述飞行速度，触发所述电离激光装置对所述颗粒进行电离，得到离子；

检测进入所述质量分析装置的离子，得到所述气溶胶的质谱信息。

结合第二方面，在第一种可能的实现方式中，所述根据曝光时间内所述线阵探测装置获取到的成像信息，得到所述颗粒的飞行速度，包括：

根据曝光时间内所述线阵探测装置获取到的成像信息、所述脉冲测径激光的脉冲间隔，得到所述颗粒的飞行速度。

结合第二方面，在第二种可能的实现方式中，所述基于所述飞行速度，触发所述电离激光装置对所述颗粒进行电离，得到离子，包括：

根据所述电离焦点的位置和所述飞行速度，得到所述颗粒到达所述电离激光装置的电离焦点的时间；

基于所述时间，触发所述电离激光装置对所述颗粒进行电离，得到离子。

本申请提供一种质谱分析设备，包括：进样装置、测径激光装置、线阵探测装置、电离激光装置、质量分析装置及真空腔；所述真空腔连接所述进样装置的输出端，所述质量分析装置设置于所述真空腔内；所述进样装置用于将气溶胶中的颗粒汇聚成所述颗粒束；所述测径激光装置用于发射脉冲测径激光，对所述颗粒束中的颗粒进行照射；所述线阵探测装置用于根据获取到的所述颗粒的成像信息，得到所述颗粒的飞行速度；所述电离激光装置的电离焦点设置于颗粒束的飞行路线中，所述电离激光装置用于对所述颗粒进行电离，得到离子；所述质量分析装置用于对所述离子进行检测，得到所述气溶胶的质谱信息。相对于现有的半导体连续激光，测径激光装置发射的脉冲测径激光波长更短且峰值功率更高，进而得到了更强的气溶胶的颗粒散射光信号，提高了气溶胶质谱检测结果的可靠性。同时，线阵探测装置实现了对颗粒飞行速度的准确测量以及电离位置的准确定位。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明保护范围的限定。在各个附图中，类似的构成部分采用类似的编号。

图1示出了本申请实施例提供的质谱分析设备的第一种结构示意图；

图2示出了本申请实施例提供的质谱分析设备的第二种结构示意图；

图3示出了本申请实施例提供的线阵探测装置的第一种应用场景示意图；

图4示出了本申请实施例提供的线阵探测装置的第二种应用场景示意图；

图5示出了本申请实施例提供的质谱分析设备的第三种结构示意图；

图6示出了本发明实施例提供的质谱分析方法的流程图。

主要元件符号说明：

100-质谱分析设备；110-进样装置、120-测径激光装置、130-线阵探测装置、140-电离激光装置、150-质量分析装置、160-光电探测装置、170-光收集装置、180-成像装置、190-控制装置；151-真空腔、152-第一质量分析装置、153-第二质量分析装置；210-脉冲测径激光、220-颗粒。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。

实施例1

请参阅图1，图1示出了本申请实施例提供的质谱分析设备的第一种结构示意图。示范性地，图1中的质谱分析设备100包括：进样装置110、测径激光装置120、线阵探测装置130、电离激光装置140、质量分析装置150及真空腔151；

所述真空腔151连接所述进样装置110的输出端，所述质量分析装置150设置于所述真空腔151内；

所述进样装置110用于将气溶胶中的颗粒220汇聚成颗粒束；

所述测径激光装置120用于发射脉冲测径激光210，对所述颗粒束中的颗粒220进行照射；

所述线阵探测装置130用于根据获取到的所述颗粒220的成像信息，得到所述颗粒220的飞行速度；

所述电离激光装置140的电离焦点设置于所述颗粒束的飞行路线中，所述电离激光装置140用于对所述颗粒220进行电离，得到离子；

所述质量分析装置150用于对所述离子进行检测，得到所述气溶胶的质谱信息。

图1中虚线表示颗粒束的飞行路线，实线表示光的传播路线。当需要生成待检测的气溶胶的质谱信息时，待测的气溶胶进入进样装置110，进样装置110对待测的气溶胶进行加速，将气溶胶汇聚成颗粒束。具体地，进样装置110可以是空气动力学透镜、或者是喷嘴、也或者是毛细管等结构，在此不做赘述。为便于理解，本申请的进样装置110为空气动力学透镜，空气动力学透镜具有进样压差大，颗粒束宽小等优点。测径激光装置120用于发射脉冲测径激光210，对颗粒束中的颗粒220进行激光照射。测径激光装置120均可采用脉冲激光器实现，通常可采用固体激光器。

真空腔151连接进样装置110的输出端，进样装置110将气溶胶转换为颗粒束之后，小粒径的颗粒220进入真空腔151内进行匀速飞行。颗粒的散射光信号成像至线阵探测装置130中，由于脉冲测径激光210的多个脉冲依次作用于颗粒220，线阵探测装置130获取到的具有多个信号峰包的成像信息。线阵探测装置130根据获取到的颗粒220的成像信息，得到颗粒220的飞行速度，进而根据颗粒220的飞行速度，确定颗粒220到达电离激光装置140的电离焦点的时间。具体地，线阵探测装置130为任意的一维的光电探测器阵列，可以是线阵的CCD(Charge-coupled Device，电荷耦合元件)等器件设备，在此不做限定。通过光电探测器阵列中的光电探测器进行曝光触发响应，并通过调节曝光时间，减少持续曝光的电流噪声，提高探测的信噪比。需要理解的是，曝光时间的时长可以略大于颗粒220飞行过线阵探测装置130的成像范围的时间。当颗粒束的颗粒220到达电离激光装置140的电离焦点时，电离激光装置140发射脉冲打击激光，对颗粒220进行热解吸电离，得到颗粒220的离子。离子进入质量分析装置150之后，质量分析装置150根据离子的质荷比分离离子，对离子进行分析检测，得到待检测的气溶胶的质谱信息。

相对于现有的半导体连续激光，测径激光装置120发射的脉冲测径激光210波长更短且峰值功率更高，进而得到了更强的气溶胶的颗粒220散射光信号，提高了气溶胶质谱检测结果的可靠性。

质谱分析设备100还包括光电探测装置160；

所述光电探测装置160用于获取所述颗粒220的散射光信号，并根据所述颗粒220的散射光信号，生成探测信号，其中，所述探测信号用于调整所述线阵探测装置130的曝光开关状态。

脉冲测径激光210对颗粒束中的颗粒220进行激光照射，颗粒220与脉冲测径激光210的一个脉冲发生作用，产生散射光信号或荧光信号。光电探测装置160检测到颗粒220的光信号时，将光信号转化为电信号，即调整线阵探测装置130的曝光开关状态的探测信号，以通过探测信号将线阵探测装置130调整为曝光开启状态，进而触发线阵探测装置130检测颗粒220的飞行速度。需要理解的是，光电探测装置160可以是任意的单探测点的光电探测器，可以是增益大且灵敏度高的PMT(photomultiplier tube，光电倍增管)，在此不做限定。

在一个可选的示例中，质谱分析设备100还包括光收集装置170和成像装置180；

所述光收集装置170设置于所述光电探测装置160和所述颗粒束的飞行路线之间，所述成像装置180设置于所述线阵探测装置130和所述颗粒束的飞行路线之间；

所述光收集装置170的收集焦点和所述成像装置180的成像焦点依次远离所述进样装置110，所述测径激光装置120的入射方向与所述颗粒束的飞行路线的夹角呈预设角度，且所述收集焦点和所述成像焦点均处于所述脉冲测径激光210的光斑内；

所述光收集装置170用于将所述脉冲测径激光210照射所述颗粒220时生成的散射光信号，汇聚至所述光电探测装置160；

所述成像装置180用于所述脉冲测径激光照射所述颗粒220时，将所述颗粒220的位置信息成像至所述线阵探测装置130。

请一并参阅图2，图2示出了本申请实施例提供的质谱分析设备的第二种结构示意图。示范性地，为便于理解本申请，图中省略了本申请的质谱分析设备100的部分器件装置。图2中虚线表示颗粒束的飞行路线，实线表示光的传播路线。

测径激光装置120的脉冲测径激光210的入射方向与颗粒束的飞行路线的夹角呈预设角度，其中，预设角度是根据实际需求的，入射方向可以与飞行路线垂直，入射方向也可以与飞行路线垂直，在此不做限定。为便于理解，本申请的实施例中，测径激光装置120的脉冲测径激光210的入射方向与颗粒束的飞行路线的夹角为5度。为了避免颗粒束在测径激光装置120的镜片上的沉积，防止测径激光装置120长时间使用后镜片的透过率衰减，导致发射的激光能量下降，不采用脉冲测径激光210的入射方向与颗粒束的飞行路线共轴的方式。

光收集装置170的收集焦点和成像装置180的成像焦点均处于脉冲测径激光210的光斑内。光收集装置170用于将脉冲测径激光210照射颗粒220时产生的散射光信号，汇聚至光电探测装置160的感光面。光收集装置170可以是透镜或者透镜组，也可以是椭球反射镜、球反射镜、抛物面反射镜，在此不做限定。

成像装置180可以是成像透镜或者成像透镜组，在此不做限定。当脉冲测径激光照射颗粒220时，成像装置180将颗粒的位置信息成像至线阵探测装置130。根据透镜放大原理，成像装置180得到的成像信息具有固定的放大比例，颗粒220被脉冲测径激光210曝光的位置与成像信息成像至线阵探测装置130的位置具有对应关系。具体地，以成像装置180为成像透镜为例，根据线阵探测装置130的位置和成像透镜的放大倍率，计算颗粒220的飞行距离。根据颗粒220的飞行距离与时间、速度的关系，得到颗粒220的飞行速度。

需要理解的是，本实施例中质量分析装置150包括第一质量分析装置152和第二质量分析装置153；

所述第一质量分析装置152设置于所述颗粒束的飞行路线的一侧，所述第二质量分析装置153设置于所述颗粒束的飞行路线的另一侧，且所述第一质量分析装置152和第二质量分析装置153根据所述电离焦点对称设置。

颗粒220进行激光热解吸电离，得到颗粒220的离子之后，离子可通过加速电极进入到第一质量分析装置152和第二质量分析装置153中。质量分析装置150根据离子的质荷比分离离子，对离子进行分析检测，得到待检测的气溶胶的质谱信息。

请一并参阅图3，图3示出了本申请实施例提供的线阵探测装置的第一种应用场景示意图。

脉冲测径激光210聚焦的光斑需要覆盖颗粒束中的颗粒220和成像信息的成像区间。示范性地，若测径激光装置120的入射方向与颗粒束的飞行路线的夹角呈90度，即脉冲测径激光210与颗粒束方向垂直，脉冲测径激光210需形成预设长宽比的光斑，光斑的宽度方向覆盖整个颗粒束，光斑的长度覆盖成像信息的成像区间。

请一并参阅图4，图4示出了本申请实施例提供的线阵探测装置的第二种应用场景示意图。

示范性地，若测径激光装置120的入射方向与颗粒束的飞行路线的夹角呈0度，即脉冲测径激光210与颗粒束方向共轴。脉冲测径激光210的激光焦深覆盖成像信息的成像区间，只需确定脉冲测径激光210的光斑大于颗粒束宽。同样地，本实施例中，测径激光装置120的入射方向与颗粒束的飞行路线的夹角呈5度，也只需确定脉冲测径激光210的光斑大于颗粒束宽。测径激光装置120的入射方向与颗粒束的飞行路线的夹角不为0度，可以避免颗粒束在测径激光装置120的镜片上的沉积，防止测径激光装置120长时间使用后镜片的透过率衰减，导致发射的激光能量下降。需要理解的是，光收集装置170的收集焦点和成像装置180的成像焦点依次远离进样装置110，使得光电探测装置160相对于线阵探测装置130先检测到的测径激光照射颗粒220时产生的散射光信号，进而触发线阵探测装置130调整为曝光开启状态。

请参阅图5，图5示出了本申请实施例提供的质谱分析设备的第三种结构示意图。

在一个可选的示例中，质谱分析设备100还包括控制装置190；

所述控制装置190分别连接光电探测装置160和所述线阵探测装置130；

所述控制装置190用于根据接收到的所述探测信号，调整所述线阵探测装置130的曝光开关状态。

图5中虚线表示颗粒束的飞行路线。颗粒220与脉冲测径激光210的一个脉冲发生作用时，产生的散射光信号汇聚至光电探测装置160的感光面。光电探测装置160将光信号形式的散射光信号转换为电信号形式的探测信号，并将探测信号传输至控制装置190。控制装置190根据接收到的探测信号，发送触发信号至线阵探测装置130，调整线阵探测装置130的曝光开关状态，触发线阵探测装置130进行曝光，以获取颗粒220的飞行速度。

在一个可选的示例中，所述控制装置190还连接所述电离激光装置140；

所述控制装置190还用于根据所述颗粒220的飞行速度，触发所述电离激光装置140发射激光脉冲。

线阵探测装置130得到颗粒220的飞行速度之后，由于电离激光装置140的电离焦点的位置是已知的，控制装置190根据电离焦点的位置和颗粒220的飞行速度，得到颗粒220到达电离激光装置140的电离焦点的时间。当颗粒220到达电离焦点时，控制装置190发送触发信号至电离激光装置140，触发电离激光装置140发射脉冲打击激光，对颗粒220进行热解吸电离，得到颗粒220的离子。

在一个可选的示例中，所述控制装置190还用于根据所述颗粒220的飞行速度，得到所述颗粒220的空气动力学粒径。

基于颗粒220的飞行速度与空气动力学的对应关系，可以得到颗粒220的空气动力学粒径。颗粒220的与空气动力学的对应关系根据进样装置110的机械结构及真空压差设计发生变化。在进样装置110机械结构确定且气压稳定的情况下，颗粒220的空气动力学粒径与飞行速度存在固定的对应关系，可基于不同粒径的标准颗粒物进行标定，并用多次多项式进行拟合。通常采用三次多项式即可以满足拟合要求，进而基于颗粒220的飞行速度与空气动力学的对应关系，得到颗粒220的空气动力学粒径。

示范性地，测径激光装置120还用于发射预设重复频率的脉冲测径激光，对所述颗粒束中的颗粒220进行照射，其中，所述预设重复频率取值范围为1kHz至10MHz。

以测径激光装置120为脉冲激光器举例，脉冲激光器的频率越高，颗粒220的打击概率越高，测量得到的飞行速度的时间分辨率越精确。但是脉冲激光器的激光频率过高时，将导致探测的信号峰重叠，导致信号无法分辨。为了提高了气溶胶质谱检测结果的可靠性，实现对颗粒飞行速度的准确测量以及电离位置的准确定位。测径激光装置120发射预设重复频率的脉冲测径激光，且预设重复频率取值范围为1kHz至10MHz。

此外，脉冲测径激光的波长范围可以为200nm至1500nm。根据瑞利散射理论，激光波长越短，散射光强度越强，小颗粒测量结果越可靠。测径激光装置120采用脉冲激光器，相对于连续激光脉冲激光在同等的平均能量下，峰值能量更高且散射光强度也更强。另外，脉冲激光器的脉冲宽度窄还有助于非线性效应产生更短波长的激光，也可以减少线阵探测装置130单次曝光的成像信号峰的峰宽。通常脉冲激光器的脉宽应小于100ns。

本申请提供一种质谱分析设备，包括：进样装置、测径激光装置、线阵探测装置、电离激光装置、质量分析装置及真空腔；所述真空腔连接所述进样装置的输出端，所述质量分析装置设置于所述真空腔内；所述进样装置用于将气溶胶中的颗粒汇聚成所述颗粒束；所述测径激光装置用于发射脉冲测径激光，对所述颗粒束中的颗粒进行照射；所述线阵探测装置用于根据获取到的所述颗粒的成像信息，得到所述颗粒的飞行速度；所述电离激光装置的电离焦点设置于颗粒束的飞行路线中，所述电离激光装置用于对所述颗粒进行电离，得到离子；所述质量分析装置用于对所述离子进行检测，得到所述气溶胶的质谱信息。相对于现有的半导体连续激光，测径激光装置发射的脉冲测径激光波长更短且峰值功率更高，进而得到了更强的气溶胶的颗粒散射光信号，提高了气溶胶质谱检测结果的可靠性。同时，线阵探测装置实现了对颗粒飞行速度的准确测量以及电离位置的准确定位。

实施例2

请参阅图6，图6示出了本发明实施例提供的质谱分析方法的流程图。图6中的质谱分析方法应用于如实施例1所述的质谱分析设备100，包括以下步骤：

S310，将气溶胶中的颗粒220汇聚成颗粒束，触发所述测径激光装置120发射脉冲测径激光210，并将所述线阵探测装置130调整为曝光开启状态。

空气中待检测的气溶胶进入进样装置110，进样装置110将气溶胶转换为颗粒束。示范性地，本申请实施例中，脉冲测径激光210与颗粒220的飞行方向夹角为5度，避免颗粒束的沉积。同时，脉冲测径激光210的光斑处于光收集装置170的收集焦点位置和成像装置180的成像焦点位置，光斑设置为300um以覆盖颗粒束的束宽，并使得光斑的能量密度较高。同时，脉冲测径激光210焦长为1mm以覆盖成像信息的成像区间。

得到的颗粒束进入真空腔151内，真空腔151内的颗粒220会进行匀速飞行。颗粒220首先飞行至光收集装置170的收集焦点，颗粒220与脉冲测径激光210的一个脉冲发生作用，产生散射光信号。散射光信号经过光收集装置170汇聚至光电探测装置160。光电探测装置160将光信号形式的散射光信号的光信号转换为电信号形式的探测信号，并将探测信号传输至控制装置190。控制装置190根据接收到的探测信号，发送触发信号至线阵探测装置130，调整线阵探测装置130的曝光开关状态，触发线阵探测装置130进行曝光。

S320，根据曝光时间内所述线阵探测装置130获取到的成像信息，得到所述颗粒220的飞行速度。

颗粒220飞行至成像装置180的成像焦点，成像装置180将散射光信号成像至线阵探测装置130中，由于脉冲测径激光210的多个脉冲依次作用于颗粒220，线阵探测装置130获取到颗粒220的具有多个信号峰包的成像信息。线阵探测装置130根据颗粒220的成像信息，得到颗粒220的飞行速度。

作为一个示例，所述根据曝光时间内所述线阵探测装置130获取到的成像信息，得到所述颗粒220的飞行速度，包括：

根据所述线阵探测装置130获取到的成像信息、所述脉冲测径激光210的脉冲间隔，得到所述颗粒220的飞行速度；

根据线阵探测装置130获取到的成像信息和成像装置180的成像放大比例关系，得到颗粒220在不同的激光脉冲曝光下的飞行距离。由于脉冲测径激光210的不同脉冲之间的脉冲间隔恒定。根据颗粒220的飞行距离和脉冲间隔，得到颗粒220的飞行速度。

S330，基于所述飞行速度，触发所述电离激光装置140对所述颗粒220进行电离，得到离子；

根据颗粒220的飞行速度，确定电离激光装置140发射脉冲打击激光的时间。当颗粒束的颗粒220到达电离激光装置140的电离焦点的时，电离激光装置140发射脉冲打击激光，对颗粒220进行热解吸电离，得到颗粒220的离子。

作为一个示例，所述基于所述飞行速度，触发所述电离激光装置140对所述颗粒220进行电离，得到离子，包括：

根据所述电离焦点的位置和所述飞行速度，得到所述颗粒220到达所述电离激光装置140的电离焦点的时间；

基于所述时间，触发所述电离激光装置140对所述颗粒220进行电离，得到离子。

由于电离激光装置140的电离焦点的位置是已知的，控制装置190根据电离焦点的位置和颗粒220的飞行速度，得到颗粒220到达电离激光装置140的电离焦点的时间。

示范性地，测径激光装置120为紫外皮秒激光器，且测径激光装置120发射激光功率为400mW，波长为355nm，重复频率为2MHz的脉冲测径激光210。在线阵探测装置130的曝光时间内，颗粒220持续飞行，而脉冲测径激光210以500ns时间间隔对颗粒220进行曝光，线阵探测装置130持续获取散射光信号的成像并进行叠加积分，使得线阵探测装置130获取的成像信息包括了多个等间隔的信号峰包。具体地，若颗粒220飞行速度为200m/s，则颗粒220每飞行100um，将会被脉冲测径激光210曝光一次，进而叠加成多个等间隔的信号峰包。示范性地，信号峰包之间的为1mm，成像装置180的放大倍率为10X，则得到颗粒220的飞行距离为0.1mm。根据颗粒220的飞行距离和脉冲间隔，得到颗粒220的飞行速度为0.1mm/500ns＝200m/s。假设已知的电离焦点的位置为50nm，则得到颗粒220到达电离激光装置140的电离焦点的时间为250us后，即250us后电离激光装置140发射脉冲打击激光，对颗粒220进行电离，得到颗粒220的离子。

S340，检测进入所述质量分析装置150的离子，得到所述气溶胶的质谱信息。

离子进入质量分析装置150之后，质量分析装置150根据离子的质荷比分离离子，对离子进行分析检测，得到待检测的气溶胶的质谱信息。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和结构图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，结构图和/或流程图中的每个方框、以及结构图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的***来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块或单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或更多个模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是智能手机、个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种质谱分析设备，其特征在于，包括：进样装置、测径激光装置、线阵探测装置、电离激光装置、质量分析装置及真空腔；

所述真空腔连接所述进样装置的输出端，所述质量分析装置设置于所述真空腔内；

所述进样装置用于将气溶胶中的颗粒汇聚成颗粒束；

所述测径激光装置用于发射脉冲测径激光，对所述颗粒束中的颗粒进行照射；

所述线阵探测装置用于根据获取到的所述颗粒的成像信息，得到所述颗粒的飞行速度；

所述电离激光装置的电离焦点设置于颗粒束的飞行路线中，所述电离激光装置用于对所述颗粒进行电离，得到离子；

所述质量分析装置用于对所述离子进行检测，得到所述气溶胶的质谱信息；

所述质谱分析设备还包括：光电探测装置、光收集装置和成像装置；

所述光电探测装置用于获取所述颗粒的散射光信号，并根据所述散射光信号，生成探测信号，其中，所述探测信号用于调整所述线阵探测装置的曝光开关状态；

所述光收集装置设置于所述光电探测装置和所述颗粒束的飞行路线之间，所述成像装置设置于所述线阵探测装置和所述颗粒束的飞行路线之间；

所述光收集装置的收集焦点和所述成像装置的成像焦点依次远离所述进样装置，所述测径激光装置的入射方向与所述颗粒束的飞行路线的夹角呈预设角度，且所述收集焦点和所述成像焦点均处于所述脉冲测径激光的光斑内；

所述光收集装置用于将所述脉冲测径激光照射所述颗粒时生成的散射光信号，汇聚至所述光电探测装置；

所述成像装置用于所述脉冲测径激光照射所述颗粒时，将所述颗粒的位置信息成像至所述线阵探测装置。

2.根据权利要求1所述的质谱分析设备，其特征在于，还包括控制装置；

所述控制装置分别连接光电探测装置和所述线阵探测装置；

所述控制装置用于根据接收到的所述探测信号，调整所述线阵探测装置的曝光开关状态。

3.根据权利要求2所述的质谱分析设备，其特征在于，所述控制装置还连接所述电离激光装置；

所述控制装置还用于根据所述颗粒的飞行速度，触发所述电离激光装置发射激光脉冲。

4.根据权利要求2所述的质谱分析设备，其特征在于，所述控制装置还用于根据所述颗粒的飞行速度，得到所述颗粒的空气动力学粒径。

5.根据权利要求1所述的质谱分析设备，其特征在于，所述测径激光装置还用于发射预设重复频率的脉冲测径激光，对所述颗粒束中的颗粒进行照射，其中，所述预设重复频率取值范围为1kHz至10MHz。

6.一种质谱分析方法，其特征在于，应用于如权利要求1至5中任一项所述的质谱分析设备，所述方法包括：

将气溶胶中的颗粒汇聚成颗粒束，控制所述测径激光装置发射脉冲测径激光，并将所述线阵探测装置调整为曝光开启状态；

根据曝光时间内所述线阵探测装置获取到的成像信息，得到所述颗粒的飞行速度；

基于所述飞行速度，触发所述电离激光装置对所述颗粒进行电离，得到离子；

检测进入所述质量分析装置的离子，得到所述气溶胶的质谱信息。

7.根据权利要求6所述的质谱分析方法，其特征在于，所述根据曝光时间内所述线阵探测装置获取到的成像信息，得到所述颗粒的飞行速度，包括：

根据曝光时间内所述线阵探测装置获取到的成像信息、所述脉冲测径激光的脉冲间隔，得到所述颗粒的飞行速度。

8.根据权利要求6所述的质谱分析方法，其特征在于，所述基于所述飞行速度，触发所述电离激光装置对所述颗粒进行电离，得到离子，包括：

根据所述电离焦点的位置和所述飞行速度，得到所述颗粒到达所述电离激光装置的电离焦点的时间；

基于所述时间，触发所述电离激光装置对所述颗粒进行电离，得到离子。