一种具有宽动态范围的质谱仪，其具有：离子束的源(2)；用于由所述源(2)产生的离子束的分析器(4)；用于由所述分析器(4)所分离的离子的检测器(6)；用于由所述检测器产生的模拟信号A的处理级(8)，用以获得两个分离的信号A1＝mA和A2＝nA，其中m＞n，其特征在于，所述质谱仪包括：模/数转换器(10)，用于将所述模拟信号A1和A2转换为两个数值D1和D2；控制器(12)，将数值D1和D2作为输入接收，如果D1小于转换器(10)的标度终点值，控制器则提供等于D1的单个值作为输出，或者如果D1等于转换器的标度线点值，控制器则提供等于(m/n)D2的值作为输出。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及ー种具有宽动态范围的质谱仪。
技术介绍
已知在质谱仪中，通过测量离子经过连接源和检测器的腔室所花费的时间来确定各种要被分析的物质的离子的质量和电荷之间的M/Z比率。本专利技术尤其涉及ー种在由离子产生并由检测器检测的信号馈送至控制器以供其使用之前处理该信号的方式。在检测器检测的模拟信号馈送至模/数转换器以将其数字化之前，将该模拟信号馈送至电子处理电路进行调节。由于要被分析的复杂混合物通常包含浓度差别为几个数量级的物质种类，这种操作不能总令人满意。术语“动态范围”意指质谱仪能检测的数量级的数量。例如，能检测混合物中存在的KT1至10_4的浓度的组分的质谱仪定义为具有三个数量级的动态范围质谱仪。当前具有单个检测器的质谱仪不可能具有多于三个或四个数量级的动态范围，这体现出对装置性能的限制，不能在复杂混合物中在宽范围浓度内检测物质的存在。US5926124描述了ー种用于測量装置的信号处理器，其中，通过两个独立的模拟选择器将源自检测器的两个不同地放大的模拟信号馈送至模/数转换器。由于每次两个独立的模拟选择器中仅ー个被微处理器激活，两个模拟信号中仅ー个到达模/数转换器，并且基于模/数转换器返回的数字化值和与模/数转换器的标度终点和标度起点值相关的预定參考阈值的比较。该方案使得測量装置(特别地为质谱仪)的动态范围增大，但是其缺陷在于无法用于以高或超高获取频率工作的装置，在这样的频率下模拟选择器的切換次时间不相符。此外，在数字化值超出摸/数转换器的预定饱和阈值时，该方案造成采样点损失，为防止饱和微处理器只好切換模拟选择器以获取较低的増益，或者，相反地，在数字化值小于预定标度起点值时，微处理器只能切换模拟选择器以更大程度地放大信号；在信号接近导致模拟选择器切換的值时，信号不规则地遭受频繁的切換，造成采样点的高损失，这体现出对测量装置的严重限制。
技术实现思路
本专利技术的ー个目的在于提供了ー种质谱仪，其动态范围大于传统质谱仪的动态范围至少ー个数量级，而没有上述缺陷。根据本专利技术，通过如权利要求I所述的宽动态范围质谱仪，实现了从下文的描述显而易见的此目的和其他目的。附图说明下文将參考附图进ー步阐述本专利技术，附图I示出了根据本专利技术的质谱仪的框图。具体实施例方式从图中可以看出，本专利技术的质谱仪包括要馈送至分析器4的离子束的源2，分析器4与检测器6连接，检测器6能产生模拟信号A。检测器6的下游设置信号处理和转换级，总体标示为8，其目的是将来自检测器6的信号A划分为两个信号Al = mA和A2 = nA,其中m > η,因而Al = (m/n)A2,并将通过此方式获得的两个模拟信号Al和A2转换成两个数值Dl和D2。实践中，处理和转换级8包括两个运算放大器和模/数转换器10，所述两个运算放大器被适当地配置为分别获取增益m和n，所述模/数转换器10具有两个模拟输入和ー个 输出数字信号总线，所述两个模拟输入与所述两个运算放大器产生的两个信号相连，所述输出数字信号总线能够使转换器中获得的数值Dl和D2传输到外部。数字总线与数字控制器12连接，所述数字控制器的功能是根据Dl的值在两个值Dl和D2中进行选择具体为，如果Dl小于转换器10的数字标度终点值，控制器12选择Dl的值；如果Dl等于转换器10的标度终点值，则控制器12选择D2乘以比率m/n的值。为了通过具体示例更好地描述本专利技术，可以描述成通常能提供输入信号的放大或衰减的处理级8产生等于A的两倍的信号Al (m = 2)和比信号A衰减8倍以上的信号A2 (η=1/8)。在模/数转换器10中，信号Al和Α2以规定频率(例如600Hz)采样，并变换为具有8位分辨率的数值，也就是，0-255之间的值，每个单位变化表示为转换器10的标度终点值的1/256。如上所述，位于转换器10下游的控制器12的功能是根据Dl和D2的大小在两个值Dl和D2中选择ー个。具体地，如果Dl小于255，则控制器12选择该值并丢弃D2。作为代替，如果Dl = 255，表示转换器10的数字标度终点值，这意味着信号Al使转换器饱和，并且因此所获得的数值Dl不再表示原始信号Al。在此情况下，控制器将其丢弃，选择D2，并将其乘以数值16，即比率m/n，从而使其能与对原始模拟信号使用了大于16的乘法因子的值Dl进行比较。本质上，利用该优点，可检测值的范围在使用具有8位分辨率的摸/数转换器的传统质谱仪中是0-255，而现在变为0-255 X 16，即0-4080，同时仍能使用8位模/数转换器。在O至255的值范围中，标度终点的分辨率是I除4096 (也就是12位)，而在256至4080值的范围中，其是16除4096(也就是8位)。实际上，根据本专利技术的质谱仪提高了针对低模拟信号值范围的分辨率，此范围以等于转换器标度终点值的n/m的信号值为上限。与模/数转换器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)，也就是所考虑的应用中的4位。 提高模/数转换器分辨率的能力在需要高获取频率的分析器(涉及使用低分辨模/数转换器)中实现了有利的应用。并且，具体的，由于TOF(飞行时间)分析器需要高模拟信号采样频率，因而涉及低分辨摸/数转换器的使用，本专利技术在使用TOF分析器的质谱仪中实现了有利的应用。提高分辨率意味着，与最多能得到四个数量级的动态范围的传统质谱仪相比，本专利技术的质谱仪给出了 5个数量级的动态范围本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.09.16 IT 2009A0000501.ー种具有宽动态范围的质谱仪，其具有 离子束的源⑵； 用于由所述源(2)产生的离子束的分析器(4)； 用于由所述分析器(4)所分离的离子的检测器(6)； 用于由所述检测器产生的模拟信号A的处理级(8)，用以获得两个分离的信号Al =mA和 A2 = nA,其中 m > η, 其特征在于，所述质谱仪包括 模/数转换器(10)，用于将所述模拟信号Al和Α2转换为两个数值Dl和D2 ； 控制器(...
【专利技术属性】
技术研发人员：A·霍夫曼，M·伯格纳，A·卡西里，A·T·卡罗蒂，
申请(专利权)人：戴尼仪器股份公司，
类型：发明
国别省市：
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