一款2 G/s采样率20 GHz带宽主从式跟踪保持电路设计研究

设计了一款全差分、20 GHz带宽主从式跟踪保持芯片(MS-THA)。该芯片采样率为2 G/s,工作带宽大于20 GHz,采用0.13μm SiGe BiCMOS工艺实现。该芯片采用传统的开关发射极跟随器(SEF)作为跟踪保持核心电路,Cherryhooper电路作为输入缓冲和输出缓冲的带宽增强核心电路,并利用交叉反馈电容抑制馈通。为了验证上述电路的有效性,设计了一个单级THA电路,测试结果为MS-THA电路提供了足够的支持。在单电源+3.3 V供电、输入直流电平为0 V,2 G/s采样率以及-3 dBm输入信号功率条件下,获得的单端输出无杂散动态范围小于-23.5 dB,总功耗约为300 mW。     

紫外光离子源-高场不对称波形离子迁移谱检测环境中挥发性有机物

本研究采用紫外光离子源-高场不对称波形离子迁移谱(UV-FAIMS)快速检测环境中挥发性有机物.选取苯和对二甲苯为研究对象,并分析了分离电压、流速等因素对其分离识别的影响.实验结果表明:当分离电压值为0～1200 V时,苯和对二甲苯信号强度逐渐降低,而特征补偿电压值却逐渐增加.实验选取分离电压值为900 V,当载气流速为0～240 L/h时,苯和对二甲苯的特征离子峰信号强度逐渐增加,当载气流速为0～120 L/h时,苯和对二甲苯团簇峰信号强度增加,当载气流速为120～240 L/h时,苯的团簇峰信号强度增加,而对二甲苯的团簇峰信号强度降低.此外,对样品浓度、信号强度与噪声的比值进行探讨,获得UV-FAIMS检测苯的检测限为0.011mg/m3.     

利用紫外光离子源高场不对称波形离子迁移谱快速、现场检测水中氨的含量

氨是水体主要的污染物之一,其含量是水质评估的重要参数。本研究采用真空紫外光离子源-高场不对称波形离子迁移谱(Ultraviolet photoionization high field asymmetric waveform ion mobility spectrometry, UVFAIMS)技术,发展一种的水中氨含量的现场快速检测方法。通过对比标准氨样品和水中微量氨UV-FAIMS 谱图峰的特征补偿电压(Compensation voltage, CV)值,确定了水中HN+4的特征离子峰位置;研究了不同分离电压(Dispersion voltages, DV)下HN+4谱图峰位置的关系,获得了HN+4的特征识别系数α2和α4分别为2.21×10-5 Td-2和-1.45323×10-9 Td-4;通过不同浓度样品的信号响应,研究了UV-FAIMS 对水中氨的检出限,在信噪比为3的情况下达到了9.2 μg/ L。本研究为水中氨现场检测提供了一种快速、无需前处理的技术手段。     

高场不对称波形离子迁移谱非线性函数系数误差分析

离子迁移率非线性函数系数α₂和α₄是高场不对称波形离子迁移谱(FAIMS)实现物质识别的基础。现有的α₂和α₄缺少先验值和误差分析方法,因此有必要建立关于α₂和α₄求解结果误差的评估标准,进而在此基础上提高α₂和α₄的求解精度。通过自制FAIMS分别对丙酮、异丙醇和1,2二氯苯三种物质在不同分离电压下的检测实验,获取样本在不同分离电压下的谱图和谱图特征值,运用组合的方法从多组分离电压值和相应补偿电压值的数据中选取指定组数,计算出大量的α₂和α₄数据。通过对α₂和α₄的数值分析,探究了α₂和α₄的分布特点和二者之间的相关性,研究了分离电压取点数量和取点方式对其求解结果误差的影响。在拟合α₂和α₄数据不同范围的频数后,发现α₂和α₄符合正态分布,其拟合度均在0.96以上,可以利用α₂和α₄分布的标准差来评估其求解结果的误差。通过对(α₂, α₄)散点进行拟合,发现α₂和α₄之间具有很强的负相关性,三样本的相关度分别为-0.977,-0.968,-0.992。随着分离电压选取点数的增加,其相应的求解结果误差在不断减少。通过不同分离电压取点方式的对比,发现当分离电压取V_Dmax和0.7 V_Dmax时求解结果最优。在保证α₂和α₄求解的准确性的前提下有效降低了检测次数,为FAIMS实现快速现场检测和精确的谱图解析创造了有利的条件。     

基于紫外光离子源高场不对称波形离子迁移谱的化学战剂模拟剂检测

通过扩散法制得低浓度的对甲基膦酸二甲酯(DMMP)、磷酸三丁酯(TBP)、二甲基亚砜(DMSO)3种化学战剂模拟剂蒸气,并用自制紫外光离子源高场不对称波形离子迁移谱仪(Ultraviolet photoionization high field asymmetric ion mobility spectrometry,UV-FAIMS)对其进行检测,得到不同样品在不同分离电压下特征谱图,并通过对多组分离电压(Dispersion voltage,DV)和补偿电压(Compensation voltage,CV)求解,建立了α2和α4二维谱图,提高了FAIMS的分辨识别能力。此外,对UV-FAIMS的检测灵敏度进行了测定。实验表明,此系统对甲基膦酸二甲酯(DMMP)的检测灵敏度优于0.55μg/L。     

化学毒剂探测技术发展现状

化学毒剂(CWAs)作为一种大规模杀伤性武器,具有杀伤力强、影响范围广、防护困难、易于制作施放等特征,从诞生之初即常被用于战争冲突,在现代非对称战争、恐怖袭击中也造成了巨大威胁。因此如何及时地探测化学毒剂成为世界各国国土安全的重点研究方向。该文聚焦于化学毒剂现有主流及具有潜力的各类探测技术,对各种检测技术的基本原理及其军事、商用的具体应用情况以及最新的研究进展进行了分析,对世界各国的主要相关计划进行了介绍,并对化学毒剂探测技术所面临的困难和未来的发展进行了展望。     

混合载气高场不对称波形离子迁移谱中He‐N2 比例对挥发性有机物混叠峰分离的影响研究

载气混合是提高高场不对称波形离子迁移谱（FAIMS）离子分离能力的一个重要方法,在生物大分子质谱研究领域已得到广泛应用,但缺乏在环境小分子领域的研究。选取挥发性有机物（VOCs）中芳香烃、醇、烷烃、酸、酮类中的五种物质（邻二甲苯、异丁醇、正己烷、乙酸、丙酮）为研究对象,研究了混合气体中He-N₂比例对VOCs中单体-二聚体离子混叠峰峰位置、分离度及总离子通过率的影响。实验结果表明,随着FAIMS载气中He比例的增加,5种VOCs中单体及二聚体离子峰峰位置发生偏移,且单体峰与二聚体峰偏移程度不同,单体峰偏移量先增加后减少,而二聚体峰峰位置偏移量逐渐增加;随着FAIMS载气中He比例的增加,五种VOCs离子混叠峰的分离度逐渐增加并趋于饱和,邻二甲苯、异丁醇、正己烷、乙酸、丙酮5种样品的混叠峰分离度达到饱和时对应He比例分别是：20%,30%,10%,40%和20%;随着FAIMS载气中He比例的增加,邻二甲苯、异丁醇、正己烷、丙酮的离子信号强度无明显变化,乙酸的离子信号强度下降明显。该研究为提高FAIMS对环境小分子的分离能力提供了一种可行的方法。同时,也验证了高电场下布朗定律在小分子离子应用上的有效性。     

加工误差对马氏理论关于超微孔微穿孔板吸声结构适用性的影响

从理论和实验上探讨了加工误差对马氏理论关于超微孔微穿孔板(micro-perforated panel,MPP)吸声结构适用性的影响。建立了计及加工误差的MPP理论分析模型,并应用MEMS工艺制作了超微孔MPP,由于工艺本身存在一定的加工误差,造成实际孔径与设计孔径10%-20%的偏差,在阻抗管中测量得到其垂直入射吸声系数。将实验结果和计及加工误差的理论预测值与马氏理论预测值进行对比发现,差别均较小,最大误差仍在6%以内,说明马氏理论在计及加工误差的情况下仍然适用。此外,对马氏理论关于加工误差的适用极限进行了仿真计算,结果表明,适用极限的大小具体依赖于超微孔MPP的孔径大小。      

基于UV-FAIMS的挥发性氯代苯检测方法

挥发性氯代苯是一类典型的环境有机污染物,离子迁移谱(IMS)是一种大气压下基于离子迁移率的快速现场检测技术。采用自制的真空紫外离子源-高场不对称波形离子迁移谱(UV-FAIMS),对空气中氯苯、对二氯苯、邻二氯苯、间二氯苯进行了检测。获取了不同分离电压条件下的CV-I谱图,并以此得到了四种物质的CV-DV指纹谱图。在指纹谱图支持下,设计了对二氯苯、邻二氯苯、间二氯苯三种同分异构体最优化分离检测参数,结果表明在800和1 000 V的分离电压下,通过特征峰的选取,在补偿电压(CV)为20.4 V(DV=800 V),3.2 V (DV=800 V)和11.9 V (DV=1 000 V)处三种物质的混合物可以得到有效的分离识别。研究了流速对谱图峰位置和峰形的影响,得到不同流速下灵敏度和识别精度关系,为优化流量的选取提供了依据。在特征识别前提下考察了DV=450 V条件下,CV=4.3 V的对二氯苯特征峰的UV-FAIMS检测限,结果高达0.05 mg·m-3。该研究为卤代苯等多同分异构体苯类环境污染物的快速高精度检测提供了一种方法参考。