基于ZYNQ的ICP-MS數據采集處理系統設計與實現

蘇偉童，韓文念，王 康，田 霖，趙珍陽，張 勇，田中朝，汪 曣

(1.天津大學，天津 300072；2.天津智譜儀器有限公司，天津 300134；3.山東東儀光電儀器有限公司，山東 煙臺 264000)

電感耦合等離子體質譜儀(ICP-MS)自20世紀80年代問世以來，憑借高靈敏度、超痕量檢測限、多元素分析等特點，使其在醫學、環境、半導體等領域具有舉足輕重的地位[1]。ICP-MS基本結構一般包括進樣系統、ICP離子源、接口、離子光學系統、四極桿質量分析器、離子檢測器以及數據采集系統等[2]。其中，數據采集系統對檢測器輸出的數據進行采集、處理和傳輸，采集速度、采集穩定性、數據信噪比等均會影響儀器的掃描速度、靈敏度、分辨率等關鍵性能指標[3]。因此，一套實時、高效、穩定的數據采集系統是優質ICP-MS的必要條件。

ICP-MS的檢測器可以在脈沖模式和模擬模式下工作。脈沖模式負責測量樣品中低濃度元素，檢測器輸出高頻脈沖信號，脈沖頻率反映元素濃度；模擬模式負責測量樣品中高濃度元素，檢測器輸出微弱電流信號，電流大小反映元素濃度。通常情況下，在分析樣品之前需要選擇合適濃度的調諧溶液對2種模式下的輸出信號做交叉校準[3]，將信號量統一為每秒脈沖計數(cps)。當計數率在104～106cps時，檢測器可同時輸出脈沖和模擬2種檢測信號[4]。因此，數據采集系統需要同時采集2種模式下的輸出信號。

ICP-MS的理想譜峰形狀為矩形，由于離子的能量分散、空間電荷影響、加速電壓的不穩定、四極桿的加工誤差以及長度限制等原因，譜峰呈現為高斯峰[5-6]，并且由于電源波動、電子元件噪聲、等離子體噪聲、樣品引入的不穩定[7]以及四極桿射頻電源[8]和ICP射頻源的不完全屏蔽等，使得采集到的信號存在大量噪聲?！?br>