[发明专利]具有宽动态范围的质谱仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有宽动态范围的质谱仪。

背景技术

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。

本发明尤其涉及一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10^-1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描述了一种用于测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一个被微处理器激活，两个模拟信号中仅一个到达模/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参考阈值的比较。

该方案使得测量装置(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换次时间不相符。此外，在数字化值超出模/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换模拟选择器以获取较低的增益，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换的值时，信号不规则地遭受频繁的切换，造成采样点的高损失，这体现出对测量装置的严重限制。

发明内容

本发明的一个目的在于提供了一种质谱仪，其动态范围大于传统质谱仪的动态范围至少一个数量级，而没有上述缺陷。

根据本发明，通过如权利要求1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

下文将参考附图进一步阐述本发明，附图1示出了根据本发明的质谱仪的框图。

具体实施方式

从图中可以看出，本发明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A1＝mA和A2＝nA，其中m＞n，因而A1＝(m/n)A2，并将通过此方式获得的两个模拟信号A1和A2转换成两个数值D1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一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D1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D1的值在两个值D1和D2中进行选择：具体为，如果D1小于转换器10的数字标度终点值，控制器12选择D1的值；如果D1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发明，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A1(m＝2)和比信号A衰减8倍以上的信号A2(n＝1/8)。

在模/数转换器10中，信号A1和A2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D1和D2的大小在两个值D1和D2中选择一个。具体地，如果D1小于255，则控制器12选择该值并丢弃D2。作为代替，如果D1＝255，表示转换器10的数字标度终点值，这意味着信号A1使转换器饱和，并且因此所获得的数值D1不再表示原始信号A1。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D1进行比较。