[发明专利]用于同步离子屏蔽质量分离器的驱动设备

说明书

技术领域

本发明涉及用于同步离子屏蔽质量分离器的驱动设备，具有参考振荡器、直接数字合成器、低通滤波器和比较器，其中同步离子屏蔽质量分离器具有梳形分离电极，参考振荡器给直接数字合成器提供参考频率，由直接数字合成器产生的输出信号由低通滤波器滤波，并且低通滤波器的输出信号由比较器处理。此外本发明涉及用于驱动同步离子屏蔽质量分离器的方法，其中同步离子屏蔽质量分离器具有梳形分离电极。

背景技术

此类质量分离器在质谱仪中用于根据带电粒子-离子-的质量或者根据其质量/电荷比分开带电粒子，因此所述质量分离器也称为分析器。质量分离器构成质谱仪的整个空间需求的基要部分。因此在质谱仪的最小化的范围内，开发特别小但是此外高效率的质量分离器具有特别的意义，所述质量分离器此外以极端的精度分开不同离子。这样的质量分离器例如在由J.-P.Hauschild等人的论文“Mass spectra measured by a fully integrated MEMS mass spectrometer”(International Journal of Mass Spectrometry，Elservier，2007年3月)中描述，并且在那里称为同步离子屏蔽质量分离器。

同步离子屏蔽质量分离器基本上由梳形分离电极组成。该梳形分离电极具有多个齿，所述齿并排地以与梳脊微小的间隔布置，使得在分离电极的齿和梳脊之间保留小的间隙。梳脊还经常具有小的突起(Vorstülpung)，所述突起分别与齿相对。要分析的离子由电场(根据其电荷)被施加力，并且(根据其质量)被加速。在经历电场后，离子具有相同的运动方向。一方面电场强度和另一方面离子的质量和电荷确定离子在经历电位差后的速度。

从间隙的一端、即质量分离器的输入端，加速的离子平行于梳脊被引入质量分离器中。为了能够使离子沿间隙没有问题地移动，质量分离器通常在最大程度上被抽真空。在小型质量分离器的情况下对于真空的要求不像在非最小化的质量分离器的情况下那样严格，因为离子在最小化的质量分离器中必须经过显著小的路程，并且因此与剩余气体原子或者分子相撞的概率减小。

通过在梳形分离电极的齿和梳脊之间施加电压而引起电场，通过间隙运动的离子从其原始运动方向偏转，使得所述离子与梳形分离电极碰撞并且不到达间隙的另一端、即质量分离器的输出端。根据离子的电荷和电场的方向，偏转的离子要么碰撞分离电极的齿，要么碰撞梳脊。如果质量分离器例如被放入质谱仪中，则这些偏转的离子不再能够供进一步分析使用。

从现有技术已知，在每隔一个的齿和梳脊之间施加电压并且不对位于其间的齿和梳脊施加电压。由此沿齿产生交替地施加电压和不施加电压的简单的模式，下面称为信号序列。这种信号序列的简化的表示在这里用零和一进行，其中一代表存在电位差，而零代表不存在电位差。因此交替地施加电压和不施加电压的前述信号序列相应于交替的零和一的信号序列。在具有10个齿的梳形分离电极的情况下例如在严格交变地存在和不存在电位差的情况下得出：

0101010101。

为获得根据离子质量的离子分离，根据现有技术以确定的时钟频率在分离电极的输出端的方向上使信号序列分别推移一个齿。也就是说在下一时钟步骤中为具有10个齿的前述梳形分离电极得出下面的信号序列：

1010101010。

仅具有确定的、通过时钟频率和分离电极的几何结构确定的速度的离子跟随信号序列的迁移的零，亦即分离电极中的无场的(feldfrei)区域，并且到达质量分离器的输出端。具有过小或者过高速度的离子在分离电极的间隙中移动期间到达以下区域，在所述区域内所述离子由在齿和梳脊之间笼罩着的电场偏转。结果，仅具有确定的质量电荷比的离子由质量分离器允许通过，也即与具有其他质量电荷比的离子分离。通过改变时钟频率可以选择其他的离子速度并且因此可以选择质量分离器的其他的质量电荷比。虽然质量分离器不根据质量而是根据质量电荷比选择，但是通常仍论及质量分离器。

从现有技术已知的质量分离器通常如下方式被驱动：把在开始时所述的质量分离器的比较器的输出信号分成两个信号并且把所述信号之一逆转(invertieren)。由此得到两个以相同的时钟频率转换的互补信号。这两个信号再次被用于驱动分离电极的齿，其中信号中的一个控制分离电极的第一个和每隔一个的另外的齿-亦即奇数齿并且两个电极中的另一个控制分离电极的第二个和每隔一个的另外的齿-亦即偶数齿。