專利名稱：具有寬動態(tài)范圍的質(zhì)譜儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種具有寬動態(tài)范圍的質(zhì)譜儀。
背景技術(shù)：
已知在質(zhì)譜儀中，通過測量離子經(jīng)過連接源和檢測器的腔室所花費(fèi)的時間來確定各種要被分析的物質(zhì)的離子的質(zhì)量和電荷之間的M/Z比率。本發(fā)明尤其涉及ー種在由離子產(chǎn)生并由檢測器檢測的信號饋送至控制器以供其使用之前處理該信號的方式。在檢測器檢測的模擬信號饋送至模/數(shù)轉(zhuǎn)換器以將其數(shù)字化之前，將該模擬信號饋送至電子處理電路進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于要被分析的復(fù)雜混合物通常包含濃度差別為幾個數(shù)量級的物質(zhì)種類，這種操作不能總令人滿意。術(shù)語“動態(tài)范圍”意指質(zhì)譜儀能檢測的數(shù)量級的數(shù)量。例如，能檢測混合物中存在的KT1至10_4的濃度的組分的質(zhì)譜儀定義為具有三個數(shù)量級的動態(tài)范圍質(zhì)譜儀。當(dāng)前具有單個檢測器的質(zhì)譜儀不可能具有多于三個或四個數(shù)量級的動態(tài)范圍，這體現(xiàn)出對裝置性能的限制，不能在復(fù)雜混合物中在寬范圍濃度內(nèi)檢測物質(zhì)的存在。US5926124描述了ー種用于測量裝置的信號處理器，其中，通過兩個獨(dú)立的模擬選擇器將源自檢測器的兩個不同地放大的模擬信號饋送至模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。由于每次兩個獨(dú)立的模擬選擇器中僅ー個被微處理器激活，兩個模擬信號中僅ー個到達(dá)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，并且基于模/數(shù)轉(zhuǎn)換器返回的數(shù)字化值和與模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的標(biāo)度終點和標(biāo)度起點值相關(guān)的預(yù)定參考閾值的比較。該方案使得測量裝置(特別地為質(zhì)譜儀)的動態(tài)范圍增大，但是其缺陷在于無法用于以高或超高獲取頻率工作的裝置，在這樣的頻率下模擬選擇器的切換次時間不相符。此外，在數(shù)字化值超出摸/數(shù)轉(zhuǎn)換器的預(yù)定飽和閾值時，該方案造成采樣點損失，為防止飽和微處理器只好切換模擬選擇器以獲取較低的増益，或者，相反地，在數(shù)字化值小于預(yù)定標(biāo)度起點值時，微處理器只能切換模擬選擇器以更大程度地放大信號；在信號接近導(dǎo)致模擬選擇器切換的值時，信號不規(guī)則地遭受頻繁的切換，造成采樣點的高損失，這體現(xiàn)出對測量裝置的嚴(yán)重限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的ー個目的在于提供了ー種質(zhì)譜儀，其動態(tài)范圍大于傳統(tǒng)質(zhì)譜儀的動態(tài)范圍至少ー個數(shù)量級，而沒有上述缺陷。根據(jù)本發(fā)明，通過如權(quán)利要求I所述的寬動態(tài)范圍質(zhì)譜儀，實現(xiàn)了從下文的描述顯而易見的此目的和其他目的。


下文將參考附圖進(jìn)ー步闡述本發(fā)明，附圖I示出了根據(jù)本發(fā)明的質(zhì)譜儀的框圖。
具體實施例方式從圖中可以看出，本發(fā)明的質(zhì)譜儀包括要饋送至分析器4的離子束的源2，分析器4與檢測器6連接，檢測器6能產(chǎn)生模擬信號A。檢測器6的下游設(shè)置信號處理和轉(zhuǎn)換級，總體標(biāo)示為8，其目的是將來自檢測器6的信號A劃分為兩個信號Al = mA和A2 = nA,其中m > η,因而Al = (m/n)A2,并將通過此方式獲得的兩個模擬信號Al和A2轉(zhuǎn)換成兩個數(shù)值Dl和D2。實踐中，處理和轉(zhuǎn)換級8包括兩個運(yùn)算放大器和模/數(shù)轉(zhuǎn)換器10，所述兩個運(yùn)算放大器被適當(dāng)?shù)嘏渲脼榉謩e獲取增益m和n，所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器10具有兩個模擬輸入和ー個 輸出數(shù)字信號總線，所述兩個模擬輸入與所述兩個運(yùn)算放大器產(chǎn)生的兩個信號相連，所述輸出數(shù)字信號總線能夠使轉(zhuǎn)換器中獲得的數(shù)值Dl和D2傳輸?shù)酵獠俊?shù)字總線與數(shù)字控制器12連接，所述數(shù)字控制器的功能是根據(jù)Dl的值在兩個值Dl和D2中進(jìn)行選擇具體為，如果Dl小于轉(zhuǎn)換器10的數(shù)字標(biāo)度終點值，控制器12選擇Dl的值；如果Dl等于轉(zhuǎn)換器10的標(biāo)度終點值，則控制器12選擇D2乘以比率m/n的值。為了通過具體示例更好地描述本發(fā)明，可以描述成通常能提供輸入信號的放大或衰減的處理級8產(chǎn)生等于A的兩倍的信號Al (m = 2)和比信號A衰減8倍以上的信號A2 (η=1/8)。在模/數(shù)轉(zhuǎn)換器10中，信號Al和Α2以規(guī)定頻率(例如600Hz)采樣，并變換為具有8位分辨率的數(shù)值，也就是，0-255之間的值，每個單位變化表示為轉(zhuǎn)換器10的標(biāo)度終點值的1/256。如上所述，位于轉(zhuǎn)換器10下游的控制器12的功能是根據(jù)Dl和D2的大小在兩個值Dl和D2中選擇ー個。具體地，如果Dl小于255，則控制器12選擇該值并丟棄D2。作為代替，如果Dl = 255，表示轉(zhuǎn)換器10的數(shù)字標(biāo)度終點值，這意味著信號Al使轉(zhuǎn)換器飽和，并且因此所獲得的數(shù)值Dl不再表示原始信號Al。在此情況下，控制器將其丟棄，選擇D2，并將其乘以數(shù)值16，即比率m/n，從而使其能與對原始模擬信號使用了大于16的乘法因子的值Dl進(jìn)行比較。本質(zhì)上，利用該優(yōu)點，可檢測值的范圍在使用具有8位分辨率的摸/數(shù)轉(zhuǎn)換器的傳統(tǒng)質(zhì)譜儀中是0-255，而現(xiàn)在變?yōu)?-255 X 16，即0-4080，同時仍能使用8位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。在O至255的值范圍中，標(biāo)度終點的分辨率是I除4096 (也就是12位)，而在256至4080值的范圍中，其是16除4096(也就是8位)。實際上，根據(jù)本發(fā)明的質(zhì)譜儀提高了針對低模擬信號值范圍的分辨率，此范圍以等于轉(zhuǎn)換器標(biāo)度終點值的n/m的信號值為上限。與模/數(shù)轉(zhuǎn)換器10的分辨率(以位表示)相比，分辨率(以位表示)的提高等于Iog2 (m/n)，也就是所考慮的應(yīng)用中的4位。 提高模/數(shù)轉(zhuǎn)換器分辨率的能力在需要高獲取頻率的分析器(涉及使用低分辨模/數(shù)轉(zhuǎn)換器)中實現(xiàn)了有利的應(yīng)用。并且，具體的，由于TOF(飛行時間)分析器需要高模擬信號采樣頻率，因而涉及低分辨摸/數(shù)轉(zhuǎn)換器的使用，本發(fā)明在使用TOF分析器的質(zhì)譜儀中實現(xiàn)了有利的應(yīng)用。提高分辨率意味著，與最多能得到四個數(shù)量級的動態(tài)范圍的傳統(tǒng)質(zhì)譜儀相比，本發(fā)明的質(zhì)譜儀給出了 5個數(shù)量級的動態(tài)范圍
權(quán)利要求
1.ー種具有寬動態(tài)范圍的質(zhì)譜儀，其具有 離子束的源⑵； 用于由所述源(2)產(chǎn)生的離子束的分析器(4)； 用于由所述分析器(4)所分離的離子的檢測器(6)； 用于由所述檢測器產(chǎn)生的模擬信號A的處理級(8)，用以獲得兩個分離的信號Al =mA和 A2 = nA,其中 m > η, 其特征在于，所述質(zhì)譜儀包括 模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(10)，用于將所述模擬信號Al和Α2轉(zhuǎn)換為兩個數(shù)值Dl和D2 ； 控制器(12)，將數(shù)值Dl和D2作為輸入接收，如果Dl小于所述轉(zhuǎn)換器(10)的標(biāo)度終點值，控制器則提供等于Dl的單個值作為輸出，或者如果Dl等于所述轉(zhuǎn)換器的標(biāo)度終點值，控制器則提供等于(m/n)D2的值作為輸出。
2.如權(quán)利要求I所述的質(zhì)譜儀，其特征在于，所述摸/數(shù)轉(zhuǎn)換器(10)為具有毎秒109次采樣量級的采樣頻率和小于12位的分辨率的類型。
3.如前述一個或多個權(quán)利要求所述的質(zhì)譜儀，其特征在于，所述處理級(8)使用的m/n比率為16。
4.如前述一個或多個權(quán)利要求所述的質(zhì)譜儀，其特征在于，所述離子束分析器(4)是TOF型的。
全文摘要
一種具有寬動態(tài)范圍的質(zhì)譜儀，其具有離子束的源(2)；用于由所述源(2)產(chǎn)生的離子束的分析器(4)；用于由所述分析器(4)所分離的離子的檢測器(6)；用于由所述檢測器產(chǎn)生的模擬信號A的處理級(8)，用以獲得兩個分離的信號A1＝mA和A2＝nA，其中m＞n，其特征在于，所述質(zhì)譜儀包括模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(10)，用于將所述模擬信號A1和A2轉(zhuǎn)換為兩個數(shù)值D1和D2；控制器(12)，將數(shù)值D1和D2作為輸入接收，如果D1小于轉(zhuǎn)換器(10)的標(biāo)度終點值，控制器則提供等于D1的單個值作為輸出，或者如果D1等于轉(zhuǎn)換器的標(biāo)度線點值，控制器則提供等于(m/n)D2的值作為輸出。
文檔編號H01J49/02GK102648510SQ201080048647
公開日2012年8月22日 申請日期2010年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月16日
發(fā)明者A·T·卡羅蒂, A·卡西里, A·霍夫曼, M·伯格納 申請人:戴尼儀器股份公司