CN103518249A - 离子检测 - Google Patents

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Abstract

本发明披露一种质量分析器，该质量分析器具有一个离子检测器，在该质量分析器中离子形成以周期进行振荡的包，该离子检测器包括：一个检测安排；以及补偿电路。该检测安排可以包括：多个检测电极，该多个检测电极检测来自该质量分析器中的多个离子的多个镜像电流信号；以及一个前置放大器，该前置放大器基于这些镜像电流信号提供一个输出。该补偿电路基于这些镜像电流信号中的一者或多者来将一个补偿信号提供到该检测安排的一个相应的补偿部分。该检测安排的这些补偿部分中的每一者与该检测安排的一个信号运载部分之间的一个电容影响该前置放大器输出的信噪比。一个产生器可以提供一个俘获场，该俘获场限定了一个离子俘获体积，并且一个屏蔽导体可位于两个检测电极之间，其中一个控制器基于一个检测到的镜像电流而将一个电压施加到该屏蔽导体。

Description

离子检测
本发明的技术领域
本发明涉及用于质量分析器的离子检测以及离子检测方法，在该质量分析器中致使离子形成以周期进行振荡的离子包，该质量分析器包括离子检测器。此种质量分析器可以包括傅立叶变换离子回旋共振（FTICR）质量分析器、静电轨道俘获质量分析器或具有镜像电流检测的任何其他离子阱。
本发明的背景
对于傅立叶变换质谱法（FTMS），质荷（m/z）比分析的检测限已经在马歇尔,A.G.、亨吉克森C.L.发表在国际质谱杂志（Int.J.Mass Spectrom）2002,215,59-75上的“傅立叶变换离子回旋共振检测：原理和实验配置（Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance Detection:Principles andExperimental Configurations）”中限定。在那里，检测限被认为是在信噪比3:1的情况下检测到的电荷q的最小离子数M。此检测限已经被示出为与前置放大器的输入晶体管的电压噪声（Vn）、检测电路的电容（Cdet）成正比，而与检测到的振荡的相对振幅A成反比。换句话说，
M = const C det V n qA
电压噪声是由半导体制造工艺决定，并且此处的改善是有限的。并且，检测到的振荡的相对振幅受到俘获场的质量限制，并且此处的改善也是困难的（例如，在实际的静电轨道俘获分析器中，A接近于60%到70%）。因此，对检测限的改善很可能要通过减小检测电路的电容Cdet来实现。
WO-2008/103970示出了用于FTMS的宽带前置放大器。然而，在这种设计中，提出了在前置放大器中的JFET晶体管的输入电容等于布线电容与检测板的电容的总和时，信噪比会得到优化。这是与上文提出的减小电容不同的方法。
减小质量分析器中的寄生电容典型地经由被动措施来实施，例如通过分离检测电极、减小其大小或使导线尽可能地短且细。所有这些方法都只提供一点点改善。希望使用另一种方法来显著减小电容的多个来源。
发明概述
对照这一背景，提供了一种用于质量分析器的离子检测器，在该质量分析器中致使离子形成以周期进行振荡的离子包。该离子检测器包括：一个检测安排，该检测安排包括：多个检测电极，该多个检测电极被配置成检测来自该质量分析器中的多个离子的多个镜像电流信号；以及一个前置放大器，其中该前置放大器被安排成基于该多个检测到的镜像电流信号而提供一个输出信号，该输出信号具有一个信噪比；以及补偿电路，该补偿电路被安排成提供至少一个补偿信号，每个补偿信号被提供到该检测安排的一个相应补偿部分并且是基于该多个检测到的镜像电流信号中的一者或多者。该检测安排的这些补偿部分中的每一者与该检测安排的一个相应信号运载部分之间存在一个电容，从而影响了该前置放大器输出信号的信噪比。
该补偿电路由此引起该检测安排的每个补偿部分与该检测安排的其相应信号运载部分之间的电容减小。此减小是相对于原本在不存在补偿电路时所具有的值而言。
换句话说，该检测安排的这些补偿部分中的每一者与该检测安排的相应信号运载部分之间的电容是在不施加补偿信号时限定的。然而，当施加每个补偿信号时，它补偿了该检测安排的相应电容，从而影响该前置放大器输出信号的信噪比。与不施加补偿信号时的电容相比，在施加补偿信号时在该检测安排的这些补偿部分中的每一者与该检测安排的相应信号运载部分之间的电容有所减小。事实上，在施加补偿信号时在该检测安排的补偿部分与该检测安排的信号运载部分之间可实际上或基本上为零。
有利地，施加到该检测安排的补偿部分上的补偿信号是基于由该检测安排的相应信号运载部分运载的信号。优选地，与由相应信号运载部分运载的信号的ac部分的信号振幅相比，补偿信号的ac部分与由相应信号运载部分运载的信号的ac部分之间的信号振幅的差相对较小。任选地，ac部分的信号振幅的差不大于10%、5%、2.5%、1%或0.5%。有益的是，补偿信号与由相应信号运载部分运载的信号之间的相位差较小。任选地，该相位差小于90度、45度、30度、15度、10度、5度或1度。
在一个实施例中，该检测安排的信号运载部分包括该多个检测电极中的一个检测电极，并且该检测安排的相应补偿部分包括用于该检测电极的一个屏蔽物。可将该相应补偿信号提供到该屏蔽物，以便在该屏蔽物与该检测电极之间引起实际上为零的电容。在此，该屏蔽物可邻近于该检测电极。优选地，用于该检测电极的屏蔽物包括与该检测电极绝缘的围绕该检测电极的一个传导表面。更优选地，用于该检测电极的屏蔽物是由电介质材料（优选为玻璃）制成，该电介质材料具有金属化的外涂层和内涂层，该金属化的内涂层被配置成检测离子信号，而该金属化的外涂层被配置成接收该补偿信号。此安排对于静电轨道俘获型质量分析器，例如US5,886,346中描述的并且以商标名Orbitrap出售的那种类型，尤其有利。
另外地或可替代地，该检测安排的一个信号运载部分可以包括在该多个检测电极中的一个检测电极与该前置放大器之间的一个连接，例如导线，并且该检测安排的相应补偿部分可以包括用于该连接的一个屏蔽物。可以将该相应补偿信号提供到该屏蔽物，以便在该屏蔽物与该连接之间引起实际上为零的电容。用于该检测电极的屏蔽物与用于该连接的屏蔽物可以被电连接。因此，可以将单个共同的补偿信号提供到用于该检测电极的屏蔽物与用于该连接的屏蔽物两者。
在该优选实施例中，该前置放大器包括一个第一电压缓冲器，该第一电压缓冲器被安排成接收该多个镜像电流信号中的一个第一镜像电流信号。在这样的一个实施例中，该补偿电路可被安排成提供一个第一补偿信号，该第一补偿信号包括该第一电压缓冲器的一个输出。以此方式，该第一补偿信号是基于该第一镜像电流信号。该第一电压缓冲器可以提供低输出阻抗。优选地，该第一电压缓冲器包括一个晶体管，最优选为具有最低的可能栅极电容以及最高的可能跨导的低噪声JFET。
在一些实施例中，该补偿电路被进一步安排成基于该多个检测到的镜像电流信号中的一个第二镜像电流信号来提供一个第二补偿信号。该第二补偿信号可以被提供到该检测安排的一个第二补偿部分，在该检测安排的该第二补偿部分与该检测安排的一个相应的第二信号运载部分之间存在一个电容，从而影响了该前置放大器输出信号的信噪比。在此，该前置放大器可以进一步包括一个第二电压缓冲器，该第二电压缓冲器被安排成接收该第二镜像电流信号，该第二补偿信号包括该第二电压缓冲器的一个输出。同样地，该第二电压缓冲器可以提供低输出阻抗。优选地，该第二电压缓冲器包括一个晶体管，最优选为具有最低的可能栅极电容以及最高的可能跨导的低噪声JFET。任选地，对于此安排，该检测安排的第一信号运载部分包括一个第一检测电极，该相应补偿部分包括用于该第一检测电极的一个第一屏蔽物。这样减小了该第一检测电极与接地之间的电容。并且，该第二信号运载部分可以包括一个第二检测电极，该相应补偿部分包括用于该第二检测电极的一个第二屏蔽物。这样减小了该第二检测电极与接地之间的电容。
任选地，该第一电压缓冲器可以包括处于共用漏极配置下的一个晶体管。因此，该补偿电路可以被进一步安排成将一个漏极补偿信号提供到该晶体管的漏极。这样可以减小该晶体管的栅极与漏极之间的有效电容。在一些情况中，该补偿电路被安排成将一个第二补偿信号提供到该检测安排的一个第二补偿部分，并且该前置放大器包括一个第二电压缓冲器，该第二电压缓冲器被安排成接收该第二镜像电流信号，该第二补偿信号包括该第二电压缓冲器的一个输出。在此类情况中，该前置放大器可以进一步包括一个差分放大器，该差分放大器被安排成接收该第一电压缓冲器的输出以及该第二电压缓冲器的输出并且提供一个差分输出，该差分放大器优选地被进一步配置成提供该漏极补偿信号。任选地，该漏极补偿信号是基于该第二镜像电流信号，尤其是在对称的差分输入信号的情况下。
任选地，可以用更常规的方式来提供该补偿信号，即，使用输入缓冲器的级联配置。这意味着，输入缓冲器中的一个额外晶体管与输入跟随器的漏极以共用基极（或栅极）配置串联连接，其中共用基极（或栅极）晶体管的基极（或栅极）DC耦合或AC耦合到该输入缓冲器的输出端。因此，这样可以使得不需要使用该第二信号输出来提供补偿信号。
优选地，该差分放大器包括被安排成接收该第一电压缓冲器的输出的一个第一放大器晶体管以及被安排成接收该第二电压缓冲器的输出的一个第二放大器晶体管，该第一放大器晶体管与该第二放大器晶体管被安排成一个差分对。可以从该第二放大器晶体管的漏极处的一个信号提供该漏极补偿信号。任选地，该漏极补偿信号是被提供到该第一电压缓冲器的该晶体管的漏极的一个第一漏极补偿信号，并且该第二电压缓冲器可以包括处于共用漏极配置下的一个晶体管。因此，该至少一个补偿信号可以进一步包括一个第二漏极补偿信号，该第二漏极补偿信号被提供到该第二电压缓冲器的该晶体管的漏极，从该第一放大器晶体管的漏极处的一个信号提供该第二漏极补偿信号。这样可以减小该晶体管的栅极与漏极之间的电容。
在该优选实施例中，该补偿电路被安排成将一个第一屏蔽补偿信号提供到该检测安排的一个第一屏蔽补偿部分并且将一个第二屏蔽补偿信号提供到该检测安排的一个第二屏蔽补偿部分。因此，该第一屏蔽补偿信号与该第二屏蔽补偿信号可以是相同的。任选地，该第一屏蔽补偿部分可以包括用于该多个检测电极中的一个第一检测电极的一个屏蔽物，并且该第二屏蔽补偿部分可以包括用于该第一检测电极与该前置放大器之间的一个连接的一个屏蔽物。可替代地，该第一屏蔽补偿部分可以包括用于该多个检测电极中的一个第二检测电极的一个屏蔽物，并且该第二屏蔽补偿部分可以包括用于该第二检测电极与该前置放大器之间的一个连接的一个屏蔽物。有利地，提供用于以下各者的补偿信号：用于该第一检测电极的屏蔽物、用于该第二检测电极的屏蔽物、用于该第一检测电极与该前置放大器之间的一个连接的屏蔽物以及用于该第二检测电极与该前置放大器之间的一个连接的屏蔽物。
该离子检测器的另外一个有利特征可以是一个屏蔽导体，该屏蔽导体位于该多个检测电极中的一个第一检测电极与一个第二检测电极之间并且被配置成连接到一个电压源，该电压源优选在外部。该电压源任选地提供一个固定电压。这样减小了该第一检测电极与该第二检测电极之间的电容。任选地，该电压源被配置成基于由该多个检测电极中的至少一者检测到的镜像电流来将一个电压提供到该屏蔽导体，以便补偿由空间电荷引起的、被限制于离子俘获体积中的离子的振荡频率改变。
有益地，该前置放大器可以包括一个差分放大器，该差分放大器包括多个放大器晶体管对。在此，每个放大器晶体管对可以包括：一个相应的第一放大器晶体管，该第一放大器晶体管被安排成接收基于一个第一镜像电流信号的一个信号；以及一个相应的第二放大器晶体管，该第二放大器晶体管被安排成接收基于一个第二镜像电流信号的一个信号。因此，每个放大器晶体管对的该相应的第一放大器晶体管与第二放大器晶体管可以被安排成一个差分对，并且该多个放大器晶体管对可以被并联地安排。与仅使用一个放大器晶体管对的情况相比，这样减小了由该多个放大器晶体管对产生的总的噪声功率谱密度。
本发明还提供一种质谱仪，该质谱仪包括一个质量分析器以及在此描述的离子检测器。
在本发明的一个相关方面中，提供了一种用于质量分析器的离子检测方法，在该质量分析器中致使离子形成以周期进行振荡的离子包。该方法包括：使用多个检测电极来检测多个镜像电流信号，该多个检测电极形成一个检测安排的部分，该检测安排进一步包括一个前置放大器，其中该前置放大器被安排成基于该多个检测到的镜像电流信号提供一个输出信号，该输出信号具有一个信噪比；以及提供至少一个补偿信号，每个补偿信号被提供到该检测安排的一个相应补偿部分并且是基于该多个检测到的镜像电流信号中的一个或多个。该检测安排的这些补偿部分中的每一者与该检测安排的一个相应信号运载部分之间存在一个电容，该电容影响了该前置放大器输出信号的信噪比。
可替代地，可以描述一种用于质量分析器的离子检测方法，在该质量分析器中致使离子形成以周期进行振荡的离子包。该方法包括：使用多个检测电极来检测多个镜像电流信号，该多个检测电极形成一个检测安排的部分，该检测安排进一步包括一个前置放大器，其中该前置放大器被安排成基于该多个检测到的镜像电流信号提供一个输出信号，该输出信号具有一个信噪比；以及提供至少一个补偿信号，每个补偿信号被提供到该检测安排的一个相应补偿部分以补偿该检测安排的一个相应电容，该电容影响了该前置放大器输出信号的信噪比。优选地，每个补偿信号是基于该多个检测到的镜像电流信号中的一个或多个。
优选地，该检测安排的一个信号运载部分包括该多个检测电极中的一个检测电极，并且该检测安排的相应补偿部分包括用于该检测电极的一个屏蔽物。更优选地，用于该检测电极的屏蔽物包括与该检测电极绝缘的围绕该检测电极的一个传导表面。
另外地或可替代地，该检测安排的一个信号运载部分包括在该多个检测电极中的一个检测电极与该前置放大器之间的一个连接，并且该检测安排的相应补偿部分包括用于该连接的一个屏蔽物。
在一些实施例中，该前置放大器包括一个第一晶体管电压缓冲器，该第一晶体管电压缓冲器被安排成接收该多个镜像电流信号中的一个第一镜像电流信号，并且该至少一个补偿信号包括一个第一补偿信号，该第一补偿信号包括该第一晶体管电压缓冲器的一个输出。以此方式，该第一补偿信号是基于该第一镜像电流信号。任选地，该至少一个补偿信号进一步包括基于该多个检测到的镜像电流信号中的一个第二镜像电流信号的一个第二补偿信号，该第二补偿信号被提供到该检测安排的一个第二补偿部分，在该检测安排的该第二补偿部分与该检测安排的一个相应的第二信号运载部分之间存在一个电容，该电容影响了该前置放大器输出信号的信噪比。因此，该前置放大器可以进一步包括一个第二晶体管电压缓冲器，该第二晶体管电压缓冲器被安排成接收该第二镜像电流信号，该第二补偿信号包括该第二晶体管电压缓冲器的一个输出。在一个实施例中，该检测安排的一个第一信号运载部分包括一个第一检测电极，该相应补偿部分包括用于该第一检测电极的一个第一屏蔽物，并且该第二信号运载部分包括一个第二检测电极，该相应补偿部分包括用于该第二检测电极的一个第二屏蔽物。
在一些实施例中，该第一电压缓冲器包括处于共用漏极配置下的一个晶体管，并且其中该至少一个补偿信号进一步包括被提供到该晶体管的漏极的一个漏极补偿信号。
因此，该方法任选地进一步包括：在该前置放大器中的一个差分放大器处接收该第一晶体管电压缓冲器的输出以及该第二晶体管电压缓冲器的输出；以及从该差分放大器提供一个差分输出。因此，该提供至少一个补偿信号的步骤可以包括从该差分放大器提供该漏极补偿信号。在此，该漏极补偿信号可以是基于该第二镜像电流信号。
优选地，该差分放大器包括被安排成接收该第一晶体管电压缓冲器的输出的一个第一放大器晶体管以及被安排成接收该第二晶体管电压缓冲器的输出的一个第二放大器晶体管，该第一放大器晶体管与该第二放大器晶体管被安排成一个差分对。优选地，该漏极补偿信号是从该第二放大器晶体管的漏极处的一个信号提供。任选地，该漏极补偿信号是一个第一漏极补偿信号，该第二电压缓冲器包括处于共用漏极配置下的一个晶体管，并且该至少一个补偿信号进一步包括一个第二漏极补偿信号，该第二漏极补偿信号被提供到该第二电压缓冲器的该晶体管的漏极。因此，该第二漏极补偿信号可以从该第一放大器晶体管的漏极处的一个信号提供。这样可以减小该晶体管的栅极与漏极之间的电容。
在一些实施例中，该至少一个补偿信号包括：被提供到该检测安排的一个第一屏蔽补偿部分的一个第一屏蔽补偿信号；以及被提供到该检测安排的一个第二屏蔽补偿部分的一个第二屏蔽补偿信号。因此，该第一屏蔽补偿信号与该第二屏蔽补偿信号优选为相同的。该第一屏蔽补偿部分可以包括用于该多个检测电极中的一个第一检测电极的一个屏蔽物，并且该第二屏蔽补偿部分可以包括用于该第一检测电极与该前置放大器之间的一个连接的一个屏蔽物。
在该优选实施例中，该方法进一步包括提供耦合到一个电压的一个屏蔽导体，该屏蔽导体位于该多个检测电极中的一个第一检测电极与一个第二检测电极之间。
同样在该优选实施例中，该前置放大器可以包括一个差分放大器，该差分放大器包括多个放大器晶体管对，每个放大器晶体管对包括：一个相应的第一放大器晶体管，该第一放大器晶体管被安排成接收基于一个第一镜像电流信号的一个信号；以及一个相应的第二放大器晶体管，该第二放大器晶体管被安排成接收基于一个第二镜像电流信号的一个信号，每个放大器晶体管对的该相应的第一放大器晶体管与第二放大器晶体管被安排成一个差分对，并且其中该多个放大器晶体管对被并联地安排。
在另一方面中，本发明提供一种静电离子俘获装置，包括：一个俘获场产生器，该俘获场产生器被配置成提供一个俘获场，该俘获场限定一个离子俘获体积，离子被限制在该离子俘获体积中；一个检测安排，该检测安排被配置成使用多个检测电极来检测来自被俘获在该离子俘获体积中的多个离子的一个镜像电流；一个屏蔽导体，该屏蔽导体位于该多个检测电极中的一个第一检测电极与一个第二检测电极之间；以及一个控制器，该控制器被配置成基于由该多个检测电极中的至少一者检测到的一个镜像电流来将一个电压施加到该屏蔽导体。
这种静电离子俘获装置（任选地，静电轨道俘获型装置）有利地包括位于一个第一检测电极与一个第二检测电极之间的一个屏蔽导体，该屏蔽导体减小了这两个电极之间的电容。优选地，该离子俘获装置限定一条轴线，并且该屏蔽导体是沿着此轴线位于该第一检测电极与该第二检测电极之间。更优选地，该俘获场产生器被配置成对离子进行限制以便使离子沿着该轴线进行振荡。该轴线任选地是纵向的。有益地，该控制器被配置成将一个AC电压施加到该屏蔽导体。
此外，该屏蔽导体提供与上述补偿电路不同的益处。在离子数目很大时，离子的振荡频率会发生偏移，主要是归因于在所有电极中通过移动离子而引致的图像电荷。通过将电极引致的电压调制成与检测到的镜像电流信号同相或异相，可以消除此效应，从而改进质量准确度以及分析的动态范围。
有利地，该控制器被配置成基于由该多个检测电极中的至少一者检测到的镜像电流来将电压施加到该屏蔽导体，以便补偿由空间电荷引起的、被限制于离子俘获体积中的离子的振荡频率的改变。可以理解，该离子俘获体积限定了该轴线，并且该振荡频率与轴向振荡有关。
任选地，该俘获场产生器包括沿着该轴线安排的一个内电极，并且该静电离子俘获装置进一步包括第一和第二外电极，这些第一和第二外电极沿着该轴线与该内电极同心地定位，从而围住该内电极并且在该内电极与这些外电极之间限定一个空间，所述空间限定了该离子俘获体积。在多个实施例中，该多个检测电极包括以下各者中的一者或多者：内电极；第一外电极；以及第二外电极。
优选地，该第一检测电极是该第一外电极，并且该第二检测电极是该第二外电极。可替代地，这些检测电极之一可以包括该内电极。并且，可以任选地提供一个以上内电极。在一些此类情况中，该第一检测电极可以为一个第一内电极。任选地，该第二检测电极可以为一个第二内电极。
在一些实施例中，该屏蔽导体包括与该内电极同心的一个环。另外地或可替代地，该屏蔽导体可以包括形成于该内电极的中央部分（沿着该轴线）处的一个区段。
优选地，该屏蔽导体经定位以避免AC信号与检测电极的显著耦合。这样避免了朝向该屏蔽导体的吸引力过大。
在另外一个方面中，提供一种静电离子俘获方法，该方法包括：致使离子被俘获在一个离子俘获体积中；以及使用多个检测电极来检测来自被俘获在该离子俘获体积中的多个离子的一个镜像电流；提供一个屏蔽导体，该屏蔽导体位于该多个检测电极中的一个第一检测电极与一个第二检测电极之间；以及基于由该多个检测电极中的至少一者检测到的一个镜像电流来将一个电压施加到该屏蔽导体。这种方法可以任选地进一步包括与关于在此限定的对应静电离子俘获装置而限定的特征成镜像的额外特征。
还将理解，本发明不限于明确披露的各特征的特定组合，而是还具有独立地描述并且技术人员可以一起实施的特征的任何组合。
附图简要说明
可以用各种方式将本发明付诸实践，现在将仅通过实例且参考附图来描述其中之一，在附图中：
图1示出了包括静电阱质量分析器和外部存储装置的现有质谱仪的示意安排；
图2更详细地示出了图1的现有静电阱质量分析器以及现有检测电路；
图3图解说明根据本发明的离子检测安排的第一实施例；
图4以额外细节示出了图3所示的离子检测安排实施例的示意图；
图5图解说明与图4的离子检测安排一起使用的根据本发明的前置放大器的第二实施例；
图6描绘了根据本发明的第三实施例的静电阱质量分析器；
图7示出了与图4的离子检测安排一起使用的根据本发明的前置放大器的第三实施例；
图8图解说明合并了图6的静电阱质量分析器与图7的前置放大器的第三实施例的离子检测安排；
图9图解说明用于图7和图8的差分输入级的设计解决方案的变体。
优选实施例的详细描述
首先参考图1，示出了包括静电阱和外部存储装置的现有质谱仪的示意安排。图1的安排详细地描述于共同受让的WO-A-02/078046和WO-A-2006/129109中，且此处将不作详细描述。关于此安排的更多细节可以在这两个文档中找到，其中的内容通过引用结合在此。
包括图1是为了更好地理解静电阱质量分析器的使用和目的。虽然关于此种静电阱质量分析器描述了本发明，但是应了解，本发明也可以应用于采用镜像电流检测或静电场使离子形成以周期进行振荡的离子包的其他种类的静电阱质量分析器，例如傅立叶变换离子回旋共振（FTICR）质量分析器。
如图1中所见，质谱仪10包括：连续或脉冲式离子源20；离子源块30；用于冷却离子的RF发射装置40；线性离子阱滤质器50；传送八极装置55；用于存储离子的弯曲线性阱60；偏转透镜安排70；静电阱75，它是包括分离型外电极（包括第一电极80和第二电极85）和内电极90的静电轨道俘获型质量分析器（这由赛默菲舍科技公司（Thermo FisherScientific）以商标名Orbitrap出售）。在离子束的光轴上，还可以存在任选的辅助电子倍增器（未示出）。
现在参考图2，更详细地示出了图1的现有静电阱质量分析器以及现有检测电路。使用如图2所示的阱的第一外电极80和第二外电极85上的差分放大器来检测镜像电流。第一外电极80和第二外电极85被称作检测电极。第一导体81和第二导体86分别将第一镜像电流信号和第二镜像电流信号运载到前置放大器200。
前置放大器200包括：第一放大器晶体管T2；和第二放大器晶体管T1；第一电阻器R1；第二电阻器R2；以及任选的放大器OP1。第一放大器晶体管T2和第二放大器晶体管T1被连接成差分对，与第一电阻器R1和第二电阻器R2以及恒定电流源一起形成了差分放大器。
图2还示意性地描绘了各种部分、寄生电容，这些电容的相互作用形成了检测电路的总电容。为了完整起见，还示出了一些寄生电阻。检测电路的总电容Cdet是以下部分电容的组合（在括号中呈现了标准静电轨道俘获分析器的典型值）：
1.第一外电极80与第二外电极85之间的电容（C1=5pF，估计值）；
2.每一检测电极与接地之间的电容（C2=20pF）；
3.从每一检测电极引到前置放大器的导体（导线）与接地之间的电容（C3=5pF）；
4.每一检测电极与中央电极90之间的电容（C4=3pF）；
5.每一检测电极与其他电极（例如，偏转透镜安排70）之间的电容（C5=3pF）；以及
6.前置放大器的第一输入晶体管T2的栅极-漏极电容与前置放大器的第二输入晶体管T1的栅极-漏极电容（C6=10pF）。
对于上文例示的电容值，检测安排（包括检测器电极和前置放大器）的总电容由下式给出
Cdet=C1+0.5*(C2+C3+C4+C5+C6)。
基于上文给出的典型的估计值，Cdet=25.5pF。
第一放大器晶体管T2和第二放大器晶体管T1典型地为JFET晶体管。单个JFET晶体管具有频谱噪声密度N（通常以nV/√Hz为单位进行测量），并且典型的值为0.85nV/√Hz。差分输入级的总噪声密度由√2*N给出。因此，图2中所示的安排的信噪比（S/N）与下式成正比
S/N∝1/(Cdet*√2*N)
应了解，通过减小Cdet来增加信噪比也会导致上文识别的检测限制M的改善。如果通过减小Cdet来增加信噪比，那么相反地，实现相同信噪比所需的离子数目会减少。
接下来参考图3，示出了根据本发明的离子检测安排的第一实施例。图3中所示的实施例是基于图2中的实施例，但具有很多显著改变。此实施例例示了检测镜像电流信号的方式。与图1或图2中所示的特征相同的特征由相同参考数字识别。
在这种情况下，外电极80和85优选地由具有低的温度膨胀系数的透明或高欧姆玻璃制成。以一种方式对该玻璃进行金属化（即，涂布有金属），使得外涂层不连接到形成电极80和85的内涂层而是形成第一传导表面100和第二传导表面105，这些传导表面各自围绕电极80和85，对应地且由此充当屏蔽物。这些表面100、105在其间可以具有间隙，或者，任选地，此间隙可以由高欧姆电阻层110（总电阻优选地高于1百万欧姆且更优选地高于10百万欧姆）覆盖。优选地，这些表面还具有到玻璃的内表面的连接（未示出）并且在电极80与85之间形成了阻挡层。
来自第一检测电极80和第二检测电极85的第一导体（导线）81和第二导体（导线）86将这些电极连接到分别由FET晶体管82和87形成的第一缓冲或放大级。这些导线由第一传导屏蔽物101和第二传导屏蔽物106围绕，这些传导屏蔽物还分别电连接到传导表面100和105。然而，在传导表面100和105具有其自己的到补偿信号的连接的情况下，用于连接的传导屏蔽物101和106不需要电连接到传导表面100和105。
在来自电极80和85的信号被FET晶体管82和87放大时，它们与传入信号去耦并且可以用来被放大器120进行差分放大，但是还可以用于主动补偿。对于后一种情况，第一中继器（缓冲器或放大器）83和第二中继器（缓冲器或放大器）88将信号馈送回到屏蔽物101和106以及传导表面100和105。以此方式，传入信号的总衰减正好为（或接近于）一。
因此，电极80、85与对应的传导表面（充当屏蔽物）100和105之间不形成电压差。这是因为第一电极80与第一传导表面100之间的电位差被降至最小，使得它们之间的电容实际上等于零。相同情况适用于第二电极85和第二传导表面105。通过扩展，这也适用于第一导体81和第一屏蔽物101以及第二导体86和第二屏蔽物106。这种方法允许C2、C3、C5减小到基本为零。另外，如果如上文所述在第一电极80与第二电极85之间提供了阻挡层，那么C1可以减小。WO-03/048789提供了关于以与此处使用的补偿类似的一些方式进行的一般电容补偿方法的一些信息，如应用于医疗应用的电动力传感器。
实际上，第一FET82、第二FET87、第一中继器83和第二中继器88的有限响应时间导致电极检测到的镜像电流信号与主动补偿信号之间出现了小的相移。然而，对于典型地受关注的频率范围（200kHz到2000kHz），此相移将只是几度。这将不会阻止C2、C3、C5减小至少5到10倍。
接下来参考图4，以额外细节示出了图3所示的实施例的示意图。图2中所示的寄生电容和电阻也示出于此图中。在每个检测电极与接地之间的电容以及在导体（导线）与接地之间的电容（C2+C3）以及前置放大器的输入与接地之间的电容（C6）现在向Cdet提供最大的贡献。除了屏蔽物100、105和101、106之外，通过使用第一缓冲晶体管T4作为第一电压跟随器130的部分以及使用第二缓冲晶体管T3作为第二电压跟随器135的部分（第一缓冲晶体管T4和第二缓冲晶体管T3具有相同的噪声频谱密度N）来提供额外的缓冲放大器，而实施进一步的有效屏蔽。第一电压跟随器130驱动第一屏蔽物101和第一传导表面100，并且第二电压跟随器135驱动第二屏蔽物106和第二传导表面105。
此方法实际上使总噪声频谱密度增加√2倍，但是检测电路的有效电容值Cdet急剧减小。通过对电容C2和C3进行补偿并且使电容C6减小到原值的约1/5，有效的典型总电容变成
C'det=C1+0.5*(C2+C3+C4+C5+C6)
     =5+0.5*(0+0+3+0+2)=7.5pF。
如上文指出，前置放大器120的噪声频谱密度恶化√2倍，变成等于2NnV/√Hz。不过，此电路的S/N变成
S/N'～1/(7.5*2*N)。
对比于上文针对图2的实施例给出的1/(Cdet*√2*N)，S/N的改善G大致为
G=(25.5*√2)/(7.5*2)=2.4。
因此，电容减小导致了S/N的改善，该改善明显大于因前置放大器的噪声功率谱密度的增加所致的S/N减小。然而，进一步的改善也是可能的，特别是在前置放大器内。
现在参考图5，示出了与图4的离子检测安排一起使用的根据本发明的前置放大器的第二实施例。前置放大器300类似于图4中所示的前置放大器120。然而，它还包括用于补偿前置放大器的输入电容的额外特征。
来自第一检测电极80的具有与前置放大器的输入信号相同的振幅和相位的信号连接到FET晶体管T4的漏极，FET晶体管T4为第一电压跟随器130的部分。类似地，来自第二检测电极85的具有与前置放大器的输入信号相同的振幅和相位的信号连接到FET晶体管T3的漏极，FET晶体管T3为第二电压跟随器135的部分。这表示用于每个电压跟随器的晶体管的所有三个端子都具有相同的AC电压，并且这些端子之间实际上没有输入电容。
这是通过使用额外电阻器R4从第二放大器晶体管T1的漏极获取施加于第一电压跟随器130的FET晶体管T4的漏极的信号来实现。类似地，使用额外电阻器R3从第一放大器晶体管T2的漏极获取施加于第二电压跟随器135的FET晶体管T3的漏极的信号。R3和R4的电阻值应选自等式
R=2/Yfs，
其中Yfs是JFET晶体管的正向转移导纳。Cdet的典型值现在从7.5pF减小到6.5pF，因为C6实际上减小到约零。接着，总S/N改善G在这种情况下变成
G=(25.5*√2)/(6.5*2)=2.77
R3和R4的电阻值也可以被选择为不同于上述等式。例如，它们可以被选择成过度补偿C6。然而，检测电路的整个总电容的过度补偿不是所希望的，因为它可能会导致前置放大器的不稳定。
电容的进一步减小可以通过补偿之外的手段来实现。接下来参考图6，示出了根据本发明的第三实施例的静电阱质量分析器。这示出了图1到图4中所示的静电轨道俘获型的质量分析器，但具有额外特征。一个导体，在此形成为金属环140，被安装于第一检测器电极80与第二检测器电极85之间。金属环140与每个电极之间的间隙是相同的，并且金属环140连接到电压源145。电压源145优选在外部。
典型地，将数百伏特施加到金属环140，以便校正质量分析器内部的场。此电压在检测期间如所希望地是静态的，但是在其他时间可以是可切换的。优选地，此电压具有低于几（1、2或3）毫伏并且优选地在低于100kHz到200kHz的频率范围内的脉动。对金属环140上的电压进行调整以提供仪器的最佳性能，例如所分析的所有m/z的最小瞬态衰减。
此导体将寄生电容C1分成具有相同值的两个部分并且允许该电容减小一半。可以使用施加到此导体上的电压（优选是来自外部源）来调整离子频率，如US-7,399,962的图11或US-7,714,283的图5中所描述。此金属环电极140用于装置性能的细优化，该细优化优选是在针对具有不同m/z比的不同离子强度的校准过程期间来实施。优化的准则是对于给定m/z的所有强度的离子瞬变提供均一的衰减常数，以及提供此衰减常数对m/z（优选为(m/z)-1/2）的单调相依性。
在这种情况下，Cdet的典型值减小到4pF，S/N现在与下式成正比
S/N''∝1/(4*2*N)。
因此，S/N的总改善变成
G=(25.5*√2)/(4*2)=4.5。
接下来参考图7，示出了与图4的离子检测安排一起使用的根据本发明的前置放大器的第三实施例。此前置放大器310包括图5的前置放大器300中所示的所有特征。然而，它现在包括用于进一步改善S/N比的额外特征。第一放大器晶体管T2和第二放大器晶体管T1由一组并联连接的晶体管（通常基本上相同）形成。在提供K个这样的晶体管（K是大于1的整数）的情况下，存在多个第一放大器晶体管T2_1到T2_K以及多个第二放大器晶体管T1_1到T1_K。
这种方法使前置放大器的总频谱噪声密度减小2N倍至√2N倍。对于K对这样的并联晶体管，具有缓冲级的前置放大器的总噪声频谱密度变成等于N·[2(1+1/K)]1/2。
实际上，通过由单个JFET形成的单个电压缓冲器驱动3或4个以上的并联晶体管可能存在困难，因为并联晶体管的输入电容变得过高。下表提供了关于图2中所示的设计的在差分级的每一侧中具有高达四个晶体管的电路中的S/N改善的估计。图3到图6中所示的改善也被考虑在内。
晶体管个数K 1 2 3 4
总噪声频谱密度 2N 1.73N 1.63N 1.58N
总S/N改善 4.5 5.2 5.5 5.7
表中所示的用于总S/N改善的所有数字可以被视为用于镜像电流检测系统的简化分析的绝对上限。实际上，S/N改善可较低、并且取决于输入晶体管的类型以及由放大器的输入缓冲级处的补偿信号产生的电容性反馈的深度。
现在参考图8，示出合并了图6的静电阱质量分析器与图7的前置放大器的第三实施例的离子检测安排。还示出了用于与图2中所示的寄生电容和电阻进行比较的任何剩余寄生电容和电阻。
寄生电容C4由静电轨道俘获型质量分析器的物理设计决定。大体上，可以按照与图6中所示的实施例所采取的方法类似的方式，通过将中央电极90一分为二并且经由去耦的高电压电容向每一半馈送主动补偿，来减小寄生电容C4。这可以独立于所采取的其他措施来进行。然而，来自此措施的增益不大可能是显著的，并且因此不会使复杂性和成本的大幅增加显得合理。此外，C4表示能影响信号强度的最小寄生电容以及因为施加到中央电极90上的高电压（其典型地达到5kV）而最难补偿。
总言之，主动补偿允许大体上将典型的有效电容（Cdet）从大约24pF减小到大约5或6pF，如上文所阐释。另外，预期所采取的补偿方法允许额外的设计自由。例如：质谱仪腔室的壁现在可以更接近于质量分析器组件；以及到前置放大器的导线可以变得更长（如果有必要的话）。最重要地，用于主动补偿的屏蔽物101和106以及传导表面100和105还屏蔽了检测电极80和85使之免遭其他噪声源、尤其是接地回路的影响。上文提出的改善之外的进一步S/N改善因此是可能的。
接下来参考图9，示出了用于图7和图8的差分输入级的设计解决方案的变体。所示的输入差分级可以是包括晶体管的一些共源共栅组合或者提供如图9中所示的相同效果的任何其他已知电路解决方案的任何已知电路。
该级上的晶体管可以是任何低噪声类型的，如JFET、MOSFET或BJTnpn/pnp。Vbias电压可以为恒定电位或者跟随输入共模信号的电压。图7和图8的输入缓冲晶体管T3和T4允许通过使用具有极低频谱噪声密度的晶体管来减小总噪声密度。通常，这样的超低噪声晶体管具有相当大的输入电容，例如IF3601（由InterFet公司制造）具有0.3nV/√Hz的噪声频谱密度以及300pF的输入电容，而对于IF9030，这些数值是0.5nV/√Hz和60pF。
具有图7和图8中所示的共用漏极（集极）拓扑的输入缓冲器消除了其输入电容，并且因此有可能驱动具有大的输入电容的并联晶体管。相比于在不具有输入缓冲器的差分级中采用常规低电容JFET（例如BF862（由恩智浦半导体公司（NXP Semiconductor）制造，噪声频谱密度为0.8nV/√Hz且输入电容为10pF））的前置放大器，这种技术可以提供对前置放大器噪声频谱密度的良好改善（高达2倍）。
虽然在此描述了特定实施例，但是技术人员可以想到各种修改和替代。
例如，本发明可以应用于所有类型的FT-ICR仪器、RF离子阱和静电阱，包括具有多个检测电极（奇数和偶数个这样的电极）的仪器。
本发明还可以用于与空间电荷有关的效应的主动补偿。例如，在离子数目很大时，离子的振荡频率在任何阱中都会发生移位。这很大程度上是由在所有电极中通过移动离子而诱发的图像电荷引起的。如果将一些电极上诱发的电压调制成与信号同相或异相，那么可以消除此效应，并且可以使阱更能容忍高空间电荷。这又改善了质量准确度以及分析的动态范围。
实现此情形的方式之一是不仅要对金属环140施加补偿DC电压而且还要施加AC信号。优选地，AC电压是得自两个检测到的信号，例如它们的以某一系数按比例缩放的差。DC电压还可以依赖于该信号进行校正，以便补偿由空间电荷引起的频率改变。这样可以改善质量准确度。可以使用其他电极来达到相同的效果，包括检测电极自身。
作为一个实例，可以通过一个电压对所有外电极上的DC电压进行偏置，该电压补偿了由空间电荷引起的轴向频率的下降。所预期的空间电荷可以从被请求注入到分析器中的离子数估计出或者直接从瞬态信号的前几毫秒估计出。补偿电压随后可以缓慢地爬升到所要求的电平，使得整个瞬态内的频率移位等于零。
在另一实例中，可以在中央电极的中央部分附近形成额外区段，使得离子在这些额外区段附近经过，但是使得这些区段离检测电极非常远以免造成AC信号到检测电极中的显著耦合。如果AC信号是由检测到的信号形成并且它随后被同相地施加到这些区段，那么这样将会导致离子被吸引向这些区段。通过使用额外放大器来调整AC信号的振幅，将有可能引起完全补偿来自检测电极中形成的镜像电荷的吸引的吸引力。结果是，振荡频率将不取决于空间电荷，在整体上对于整个射束以及在局部上对于特定m/z或有限的m/z范围都是如此。
技术人员将了解，不同类型的晶体管可以与本发明结合使用。一些晶体管可以具有比其他晶体管低的噪声电平但具有较高的电容。在此类情况下，当这些晶体管与本发明一起使用时，前置放大器的输出端处的总噪声仍将会减小。这是鉴于Cdet因为其他原因而减小，如上文所阐释。

Claims (36)

1.一种用于一个质量分析器的离子检测器，在该质量分析器中致使离子形成以周期进行振荡的离子包，该离子检测器包括：
一个检测安排，该检测安排包括：多个检测电极，该多个检测电极被配置成检测来自该质量分析器中的多个离子的多个镜像电流信号；以及一个前置放大器，其中该前置放大器被安排成基于该多个检测到的镜像电流信号提供一个输出信号，该输出信号具有一个信噪比；以及
补偿电路，该补偿电路被安排成提供至少一个补偿信号，每个补偿信号被提供到该检测安排的一个相应的补偿部分并且是基于该多个检测到的镜像电流信号中的一者或多者；并且
其中该检测安排的这些补偿部分中的每一者与该检测安排的一个相应的信号运载部分之间存在一个电容，从而影响了该前置放大器输出信号的该信噪比。
2.如权利要求1所述的离子检测器，其中该检测安排的一个信号运载部分包括该多个检测电极中的一个检测电极，并且该检测安排的该相应的补偿部分包括用于该检测电极的一个屏蔽物。
3.如权利要求2所述的离子检测器，其中用于该检测电极的该屏蔽物包括与该检测电极绝缘的、围绕该检测电极的一个传导表面。
4.如权利要求3所述的离子检测器，其中用于该检测电极的该屏蔽物是由具有一个金属化外涂层的一种电介质材料制成，该金属化外涂层被配置成接收该补偿信号。
5.如以上任何一项权利要求所述的离子检测器，其中该检测安排的一个信号运载部分包括在该多个检测电极中的一个检测电极与该前置放大器之间的一个连接，并且该检测安排的该相应的补偿部分包括用于该连接的一个屏蔽物。
6.如以上任何一项权利要求所述的离子检测器，
其中该前置放大器包括一个第一电压缓冲器，该第一电压缓冲器被安排成接收该多个镜像电流信号中的一个第一镜像电流信号；并且
其中该补偿电路被安排成提供一个第一补偿信号，该第一补偿信号包括该第一电压缓冲器的一个输出，该第一补偿信号由此是基于该第一镜像电流信号。
7.如权利要求6所述的离子检测器，
其中该补偿电路被进一步安排成基于该多个检测到的镜像电流信号中的一个第二镜像电流信号来提供一个第二补偿信号，该第二补偿信号被提供到该检测安排的一个第二补偿部分，在该检测安排的该第二补偿部分与该检测安排的一个相应的第二信号运载部分之间存在一个电容，从而影响了该前置放大器输出信号的该信噪比；并且
其中该前置放大器进一步包括一个第二电压缓冲器，该第二电压缓冲器被安排成接收该第二镜像电流信号，该第二补偿信号包括该第二电压缓冲器的一个输出。
8.如权利要求7所述的离子检测器，其中该检测安排的该第一信号运载部分包括一个第一检测电极，相应的补偿部分包括用于该第一检测电极的一个第一屏蔽物，并且其中该第二信号运载部分包括一个第二检测电极，相应的补偿部分包括用于该第二检测电极的一个第二屏蔽物。
9.如权利要求6到8中任何一项所述的离子检测器，其中该第一电压缓冲器包括处于一个共用的漏极配置中的一个晶体管，并且其中该补偿电路被进一步安排成将一个漏极补偿信号提供到该晶体管的漏极。
10.如在从属于权利要求7时的权利要求9所述的离子检测器，其中该前置放大器进一步包括一个差分放大器，该差分放大器被安排成接收该第一电压缓冲器的该输出以及该第二电压缓冲器的该输出并且提供一个差分输出，该差分放大器被进一步配置成提供该漏极补偿信号。
11.如在从属于权利要求7时的权利要求10或权利要求9所述的离子检测器，其中该漏极补偿信号是基于该第二镜像电流信号。
12.如权利要求10所述的离子检测器，其中该差分放大器包括被安排成接收该第一电压缓冲器的该输出的一个第一放大器晶体管以及被安排成接收该第二电压缓冲器的该输出的一个第二放大器晶体管，该第一放大器晶体管与该第二放大器晶体管被安排成一个差分对，并且其中从在该第二放大器晶体管的漏极处的一个信号来提供该漏极补偿信号。
13.如权利要求12所述的离子检测器，其中该漏极补偿信号是一个第一漏极补偿信号，其中该第二电压缓冲器包括处于一个共用的漏极配置中的一个晶体管，并且其中该至少一个补偿信号进一步包括一个第二漏极补偿信号，该第二漏极补偿信号被提供到该第二电压缓冲器的该晶体管的漏极，从在该第一放大器晶体管的漏极处的一个信号来提供该第二漏极补偿信号。
14.如以上任何一项权利要求所述的离子检测器，其中该补偿电路被安排成将一个第一屏蔽补偿信号提供到该检测安排的一个第一屏蔽补偿部分并且将一个第二屏蔽补偿信号提供到该检测安排的一个第二屏蔽补偿部分，该第一屏蔽补偿信号与该第二屏蔽补偿信号是相同的。
15.如权利要求14所述的离子检测器，其中该第一屏蔽补偿部分包括用于该多个检测电极中的一个第一检测电极的一个屏蔽物，并且其中该第二屏蔽补偿部分包括用于该第一检测电极与该前置放大器之间的一个连接的一个屏蔽物。
16.如以上任何一项权利要求所述的离子检测器，进一步包括：
一个屏蔽导体，该屏蔽导体位于该多个检测电极中的一个第一检测电极与一个第二检测电极之间并且被配置成连接到一个电压源。
17.如以上任何一项权利要求所述的离子检测器，其中该前置放大器包括一个差分放大器，该差分放大器包括多个放大器晶体管对，每个放大器晶体管对包括：一个相应的第一放大器晶体管，该第一放大器晶体管被安排成接收基于一个第一镜像电流信号的一个信号；以及一个相应的第二放大器晶体管，该第二放大器晶体管被安排成接收基于一个第二镜像电流信号的一个信号，每个放大器晶体管对的该相应的第一放大器晶体管与第二放大器晶体管被安排成一个差分对，并且其中该多个放大器晶体管对被并联地安排。
18.一种质谱仪，该质谱仪包括一个质量分析器以及以上任何一项权利要求所述的离子检测器。
19.一种静电离子俘获装置，该静电离子俘获装置包括：
一个俘获场产生器，该俘获场产生器被配置成提供一个俘获场，该俘获场限定一个离子俘获体积，离子被限制在该离子俘获体积中；
一个检测安排，该检测安排被配置成使用多个检测电极来检测来自被俘获在该离子俘获体积中的多个离子的一个镜像电流；
一个屏蔽导体，该屏蔽导体位于该多个检测电极中的一个第一检测电极与一个第二检测电极之间；以及
一个控制器，该控制器被配置成基于由该多个检测电极中的至少一者检测到的一个镜像电流来将一个电压施加到该屏蔽导体。
20.一种用于质量分析器的离子检测方法，在该质量分析器中致使离子形成以周期进行振荡的离子包，该方法包括：
使用多个检测电极来检测多个镜像电流信号，该多个检测电极形成一个检测安排的一部分，该检测安排进一步包括一个前置放大器，其中该前置放大器被安排成基于该多个检测到的镜像电流信号提供一个输出信号，该输出信号具有一个信噪比；
提供至少一个补偿信号，每个补偿信号被提供到该检测安排的一个相应的补偿部分并且是基于该多个检测到的镜像电流信号中的一者或多者；并且
其中该检测安排的这些补偿部分中的每一者与该检测安排的一个相应的信号运载部分之间存在一个电容，从而影响了该前置放大器输出信号的该信噪比。
21.如权利要求20所述的方法，其中该检测安排的一个信号运载部分包括该多个检测电极中的一个检测电极，并且该检测安排的该相应的补偿部分包括用于该检测电极的一个屏蔽物。
22.如权利要求21所述的方法，其中用于该检测电极的该屏蔽物包括与该检测电极绝缘的、围绕该检测电极的一个传导表面。
23.如权利要求20到22中任何一项所述的方法，其中该检测安排的一个信号运载部分包括在该多个检测电极中的一个检测电极与该前置放大器之间的一个连接，并且该检测安排的该相应的补偿部分包括用于该连接的一个屏蔽物。
24.如权利要求20到23中任何一项所述的方法，
其中该前置放大器包括一个第一晶体管电压缓冲器，该第一晶体管电压缓冲器被安排成接收该多个镜像电流信号中的一个第一镜像电流信号；并且
其中该至少一个补偿信号包括一个第一补偿信号，该第一补偿信号包括该第一晶体管电压缓冲器的一个输出，该第一补偿信号由此是基于该第一镜像电流信号。
25.如权利要求24所述的方法，
其中该至少一个补偿信号进一步包括基于该多个检测到的镜像电流信号中的一个第二镜像电流信号的一个第二补偿信号，该第二补偿信号被提供到该检测安排的一个第二补偿部分，在该检测安排的该第二补偿部分与该检测安排的一个相应的第二信号运载部分之间存在一个电容，从而影响了该前置放大器输出信号的该信噪比；并且
其中该前置放大器进一步包括一个第二晶体管电压缓冲器，该第二晶体管电压缓冲器被安排成接收该第二镜像电流信号，该第二补偿信号包括该第二晶体管电压缓冲器的一个输出。
26.如权利要求25所述的方法，其中该检测安排的该第一信号运载部分包括一个第一检测电极，相应的补偿部分包括用于该第一检测电极的一个第一屏蔽物，并且其中该第二信号运载部分包括一个第二检测电极，相应的补偿部分包括用于该第二检测电极的一个第二屏蔽物。
27.如权利要求23到25中任何一项所述的方法，其中该第一电压缓冲器包括处于一个共用的漏极配置中的一个晶体管，并且其中该至少一个补偿信号进一步包括被提供到该晶体管的漏极的一个漏极补偿信号。
28.如在从属于权利要求25时的权利要求27所述的方法，该方法进一步包括：
在该前置放大器中的一个差分放大器处接收该第一晶体管电压缓冲器的该输出以及该第二晶体管电压缓冲器的该输出；以及
从该差分放大器提供一个差分输出；并且
其中提供至少一个补偿信号的该步骤包括从该差分放大器提供该漏极补偿信号。
29.如在从属于权利要求25时的权利要求28或权利要求27所述的方法，其中该漏极补偿信号是基于该第二镜像电流信号。
30.如权利要求28所述的方法，其中该差分放大器包括被安排成接收该第一晶体管电压缓冲器的该输出的一个第一放大器晶体管以及被安排成接收该第二晶体管电压缓冲器的该输出的一个第二放大器晶体管，该第一放大器晶体管与该第二放大器晶体管被安排成一个差分对，并且其中从在该第二放大器晶体管的漏极处的一个信号来提供该漏极补偿信号。
31.如权利要求30所述的方法，其中该漏极补偿信号是一个第一漏极补偿信号，其中该第二电压缓冲器包括处于一个共用的漏极配置中的一个晶体管，并且其中该至少一个补偿信号进一步包括一个第二漏极补偿信号，该第二漏极补偿信号被提供到该第二电压缓冲器的该晶体管的漏极，从在该第一放大器晶体管的漏极处的一个信号来提供该第二漏极补偿信号。
32.如权利要求20到31中任何一项所述的方法，其中该至少一个补偿信号包括：被提供到该检测安排的一个第一屏蔽补偿部分的一个第一屏蔽补偿信号；以及被提供到该检测安排的一个第二屏蔽补偿部分的一个第二屏蔽补偿信号，该第一屏蔽补偿信号与该第二屏蔽补偿信号是相同的。
33.如权利要求32所述的方法，其中该第一屏蔽补偿部分包括用于该多个检测电极中的一个第一检测电极的一个屏蔽物，并且其中该第二屏蔽补偿部分包括用于该第一检测电极与该前置放大器之间的一个连接的一个屏蔽物。
34.如权利要求20到33中任何一项所述的方法，该方法进一步包括：
提供耦合到一个电压的一个屏蔽导体，该屏蔽导体位于该多个检测电极中的一个第一检测电极与一个第二检测电极之间。
35.如权利要求20到34中任何一项所述的方法，其中该前置放大器包括一个差分放大器，该差分放大器包括多个放大器晶体管对，每个放大器晶体管对包括：一个相应的第一放大器晶体管，该第一放大器晶体管被安排成接收基于一个第一镜像电流信号的一个信号；以及一个相应的第二放大器晶体管，该第二放大器晶体管被安排成接收基于一个第二镜像电流信号的一个信号，每个放大器晶体管对的该相应的第一放大器晶体管与第二放大器晶体管被安排成一个差分对，并且其中该多个放大器晶体管对被并联地安排。
36.一种静电离子俘获方法，该方法包括：
致使离子被俘获在一个离子俘获体积中；
使用多个检测电极来检测来自被俘获在该离子俘获体积中的多个离子的一个镜像电流；
提供一个屏蔽导体，该屏蔽导体位于该多个检测电极中的一个第一检测电极与一个第二检测电极之间；以及
基于由该多个检测电极中的至少一者检测到的一个镜像电流来将一个电压施加到该屏蔽导体。
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