DE69212983T2

DE69212983T2 - Stromversorgung für multipolar-massenfilter

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Publication number: DE69212983T2
Application number: DE69212983T
Authority: DE
Inventors: Paul Jullien
Original assignee: Fisons Ltd
Current assignee: Fisons Ltd
Priority date: 1991-10-24
Filing date: 1992-10-26
Publication date: 1997-01-16
Anticipated expiration: 2012-10-27
Also published as: WO1993008590A1; GB2265477B; US5354988A; GB2265477A; GB9310679D0; EP0564629A1; EP0564629B1; DE69212983D1; DE564629T1; JPH06503679A; GB9122598D0

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein mehrpoliges Massenfilter und ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Filters und insbesondere auf eine Spannungsversorgung zur Erzeugung von stabilen HF- und DC-Versorgungen für die Elektroden dieses mehrpoligen (beispielsweise vierpoligen) Massenfilters sowie ein Verfahren zur Stabilisierung dieser Versorgungen.
Vierpolige Massenfilter umfassen vier langgestreckte Elektroden, an die sich zeitlich ändernde Potentiale zur Erzeugung eines sich zeitlich ändernden elektrischen Feldes mit bestimmter Charakteristik angelegt werden. Ionen treten in das Filter längs dessen zentraler Achse ein, erfahren im Feld eine derartige Bewegung, daß lediglich Ionen bestimmter ausgewählter Masse-Ladungs-Verhältnisse stabile Bahnen besitzen, treten aus dem Filter aus und erreichen einen lonendetektor.
Ein derartiges Filter braucht eine hochfrequente Versorgung mit geregelter Amplitude und Frequenz sowie positive und negative stabilisierte Gleichspannungsversorgungen, deren Ausgangssignale auf die Amplitude und die Frequenz der RF-Versorgung bezogen sind. Einfach ausgedrückt, wird das Zentrum des Bandes der übertragenen Masse-Ladungs-Verhältnisse durch die Amplitude und die Frequenz der HF-Versorgung und die Breite des übertragenen Bandes (d.h., die Massenauflösung) durch das Verhältnis der DC- und HF-Amplitude festgelegt. Die meisten jedoch nicht alle vierpoligen Massenfilter arbei-ten mit einer konstanten Hochfrequenz (typischerweise etwa 2 MHz) und variabler Amplitude (zur Auswahl der übertragenen Masse).
Es existieren viele bekannte Ausgestaltungen für für vierpolige Massenfilter geeignete HF/DC-Generatoren. Die zu lösenden Hauptprobleme sind die Stabilisierung der HF-Amplitude in einem Bereich von etwa 0 bis typischerweise 2000 V (der zur Abtastung eines vollständigen Massespektrums notwendige Bereich) und die Regelung der DC-Potentiale in einer bestimmten definierten Beziehung zur HF-Amplitude. Ein Vorteil des Betriebs mit konstanter Frequenz besteht darin, daß der HF-Generator mittels eines Resonanztransformators mit hohem Q an die Filterelektroden angekoppelt werden kann, wobei der Transformator die HF-Amplitude auf den notwendigen hohen Wert herauftransformiert, wodurch ein Festkörpergenerator unnötig wird, der ein Signal von mehreren tausend Volt mit einer Amplitude von Spitze zu Spitze zu erzeugen vermag.
Für die Ausgestaltung von geeigneten HF-Generatoren existieren zwei Lüsungen. Die gebräuchlichste, speziell für hochgenaue Filter geeignete Lösung besteht darin, die HF mit kleiner Amplitude typischerweise unter Verwendung eines auf der gewünschten Frequenz arbeitenden geregelten Kristallosziallators zu erzeugen und dessen Ausgangssignal zur Ansteuerung eines abgestimmten Leistungsverstärkers auszunutzen, der über einen Transformator der vorstehend beschriebenen Art an die Filterelektroden angekoppelt ist. Versorgungen dieses Typs sind beispielsweise von Pacak (Slabop. Obzor, 1983 Vol 44 (10) Seiten 475-483), Toderean und Ristoiu (St. Cerc. Fiz. 1976 Vol 28 (7) Seiten 665-672) V'yukhin und Kovalev (Instrurn. & Exp. tech. 1980 Vol 23 (5) pt. 1 Seiten 1184-6), Tamura und Kitajima im US-Patent 4 703 190 und von Bryndza im US-Patent 3 621 464 beschrieben worden. Diese Publikationen beschreiben weiterhin Mittel, mit denen die HF-Amplitude stabilisiert und genau gemäß einem Regelsignal eingestellt wird, mit dem die durch das Filter übertragene Masse ausgewählt wird. Typischerweise wird der Generator in einer Regelschleife mit einer Gegenkopplung betrieben, welche von einer Detektorschaltung abgeleitet wird, die ein ein Maß für die tatsächliche HF- Amplitude darstellendes DC-Signal erzeugt. Dieses wird mit dem Regelsignal verglichen und es wird die Verstärkung des HF-Verstärkers entsprechend eingestellt. Die DC-Potentiale werden entweder durch Gleichrichtung der an die Elektroden angelegten HF oder von getrennten durch das Regelsignal geregelten stabilisierten Gleichspannungsversorgungen abgeleitet.
Neuere Verfahren zur Regelung der HF- und der DC-Amplitude unter Verwendung von digitaler Elektronik werden von Slomp, Chiasera, et al (Rev. Sci. Instrum. 1986, Vol 57 (11), Seiten 2786-2790) beschrieben; das Funktionsprinzip ist jedoch das gleiche wie bei den älteren analogen Verfahren. Diese oder entsprechende Techniken werden in den meisten gegenwärtig kommerziell erhältlichen vierpoligen Spektrometern verwendet.
Eine grundlegende Schwierigkeit bei HF-Generatoren mit fester Frequenz besteht in der Notwendigkeit der Aufrechterhaltung der Resonanzfrequenz des Koppeltransformators auf exakt der Frequenz des Oszillators über eine lange Zeitperiode. Dies ist besonders schwierig, weil die Kapazität des vierpoligen Filters selbst einen Teil der abgestimmten Schaltung bildet und sich zeitlich mit der Temperatur und der Verschmutzung der Filterelektroden ändert. Die elektrische Charakteristik des Kopplungstransformators kann ebenfalls mit der Zeit und der Temperatur driften. Die resultierende Verschiebung der Resonanzfrequenz bewirkt, daß der HF-Verstärker (der mit der Oszillatorfrequenz arbeitet) eine Blindlast sieht, so daß die Spannungserhöhung durch den Transformator stark verringert wird. Die Amplitude der HF an den Filterelektroden kann dann lediglich durch Erhöhen der Ausgangsleistung des Oszillators vergrößert werden, was die Amplitudenstabilisierungsschaltung zu tun versucht. Die maximale Leistung des Oszillators wird jedoch bei einer kleineren Amplitude erreicht, als dies sonst der Fall ist, so daß der Massenbereich des Filters reduziert und die mittlere Verlustleistung vergrößert wird. Dies verschlimmert das Driftproblem und verringert die Langzeitzuverlässigkeit. Um dies zu vermeiden, muß der Leistungsverstärker und insbesondere der Transformator sehr sorgfältig ausgelegt werden, um die Minimierung der Drift sicherzustellen, was gewöhnlich zu sehr großen und teuren Komponenten führt.
Es sind auch Generatoren speziell zur Verwendung bei billigen Filtern entwickelt worden, deren frequenzbestimmende Elemente durch den Koppeltransformator und das Massenfilter gebildet werden. Beispiele für diese "frei schwingenden" Oszillatoren und ihre zugehörige Regelschaltung werden von Zipf (Rev. Sci. Instrum. 1970 Vol 41 (8) Seiten 1236-7), Berezhnoi und Mel'nichuk (Instrum. & Exp. Tech. 1974 Vol 17(5) pt. 2 Seiten 1402-3) und in der SU-A-813 538 sowie in der US-A-3 735 287 beschrieben. In HF-Generatoren dieses Typs ist das Problem der Amplitudenänderung mit der Drift weniger schwerwiegend als in Typen mit fester Frequenz, wobei sich jedoch Änderungen der Frequenz in der Masseneichnung zeigen, weil die übertragene Masse ebenfalls von der Frequenz abhängt. Es ergeben sich weiterhin Probleme bei der Auslegung eines freischwingenden Oszillators mit ausreichendem Amplitudendynamikbereich für hochgenaue Filter. Bisher ist die Verwendung von freischwingenden Oszillatoren auf Massenfilter mit relativ geringer Genauigkeit beschränkt.
Eine Lösung des Problems der Aufrechterhaltung der Resonanz des Koppeltransformators bei Verwendung eines Oszillators fester Frequenz ist in der US-A-4 506 227 beschrieben. Dieses Patent lehrt die Verwendung eines Transduktors zur magnetischen Neuabstimmung der Koppelschaltung als Funktion der Drift in der elektrischen Charakteristik des Massenfilters.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein mehrpoliges Massenfilter mit einer Spannungsversorgung mit guter Langzeitstabilität anzugeben, das im Aufbau billiger als bisherige Filter hoher Stabilität ist, aber die Probleme von Spannungsversorgungen mit "freischwingendem" Oszillator nicht aufweist. Es ist weiterhin Aufgabe, Verfahren zur Stabilisierung einer derartigen Spannungsversorgung anzugeben.
Die Erfindung schafft ein mehrpoliges Massefilter, durch das in Abhängigkeit vom Anlegen eines Wechselpotentials ausgewählter Amplitude und Frequenz an seine Elektroden geladene Partikel mit einem ausgewählten Masse-Ladungsverhältnis übertragbar sind, mit mit den Filterelektroden verbundenen Resonanzkreismitteln und mit regelbaren Hochfrequenz-Oszillatormitteln zur Erzeugung des Wechselpotentials mit einer durch die Resonanzkreismittel festgelegten Frequenz und einer durch ein Amplitudenregelsignal festgelegten Amplitude, das durch Mittel zur Einstellung der Amplitude des Wechselpotentials in Abhängigkeit von Änderungen der tatsächlichen Schwingfrequenz der Oszillatormittel zwecks Aufrechterhaltung der Übertragung von geladenen Partikel mit dem ausgewählten Masse-Ladungs-Verhältnis durch das Filter gekennzeichnet ist.
In einem Ausführungsbeispiel können Mittel zur Erzeugung eines Differenzsignals, das ein Maß für die Differenz der Frequenz eines Referenzoszillators und der tatsächlichen Schwingfrequenz der regelbaren HF-Oszillatormittel ist, Mittel zum Multiplizieren des Differenzsignals mit einem ersten Regelsignal zur Erzeugung eines Produktsignals, Mittel zur Erzeugung eines korrigierten Amplitudenregelsignals in Abhängigkeit vom Produktsignal und dem ersten Amplitudenregelsignal sowie Mittel zur Einspeisung des korrigierten Amplitudenregelsignals in die regelbaren HF-Oszillatormittel zwecks Einstellung der Amplitude des Wechselpotentials vorgesehen sein.
In einer bevorzugteren Ausführungsform können Mittel zur Korrektor des Amplitudenregelsignals vor seiner Einspeisung in die regelbaren HF-Oszillatormittel durch ein von der tatsächlichen Schwingfrequenz der regelbaren HF-Oszillatormittel vorgesehen sein. Das bedeutet, daß das Amplitudenregelsignal durch Signalmultiplizierungsmittel geschickt werden kann, deren Ausgangssignal das Produkt des Amplitudenregelsignals und eines auf die tatsächliche Schwingfrequenz bezogenen Signals ist. Das Ausgangssignal der Signalmultiplizierungsmittel wird dann zur Regelung der Amplitude des durch die regelbaren HF-Oszillatormittel erzeugten Wechselpotentials ausgenutzt. Auf diese Weise wird das Verhältnis der tatsächlichen Amplitude des Wechselpotentials und des durch das Amplitudenregelsignal geforderten Wertes zwecks Kompensation einer Frequenzänderung der Oszillatormittel geändert.
In bevorzugten Ausführungsformen sind Mittel zur Stabilisierung der Ausgangsamplitude der regelbaren Hochfrequenz- Oszillatormittel in Bezug auf den durch das in sie eingespeiste Regelsignal geforderten Wert vorgesehen. Weiterhin sind Mittel zum Anlegen von Gleichpotentialen an die Filterelektroden zwecks Einstellung der Massenauflösung des Filters sowie zur Stabilisierung dieser Potentiale in Bezug auf das hinsichtlich Frequenzänderungen im oben beschriebenen Sinne korrigierte Regelsignal vorgesehen, um sicherzustellen, daß das Verhältnis der Amplituden der Wechsel- und Gleichpotentiale im wesentlichen auf dem zur Aufrechterhaltung der geforderten Auflösung notwendigen vorgegebenen Wert konstant zu halten.
Zweckmäßigerweise umfassen die Korrekturmittel einen Zeittaktoszillator zur Ansteuerung eines Gatters, durch das ein ein Maß für die Frequenz des Wechselpotentials darstellendes Signal zu einem Zähler geschickt wird, Mittel zur Quadrierung des im Zähler während einer durch den Zeittaktoszillator festgelegten Zeit aufsummierten digitalen Zählwertes sowie einen Digital-Analog-Umsetzer zur Erzeugung des Amplitudenregelsignals, wobei der Digital-Analog-Umsetzer ein Analogsignal zur Einstellung des Masse-Ladungs-Verhältnisses der durch das Filter zu übertragenen geladenen Partikel aufnimmt und so ausgebildet ist, daß er dieses mit dem Ausgangssignal der Quadrierungsmittel multipliziert.
Die Stabilisierung der Amplitude des Wechselpotentials kann zweckmäßigerweise durch Gleichrichtung einer Abtastung des Ausgangssignals der Oszillatormittel und Einspeisung dieses Signais in einer Gegenkopplung in den Amplitudenregeleingang der Oszillatormittel erfolgen, wie dies auch bei bekannten Typen von HF-Spannungsversorgungen der Fall ist.
Eine bevorzugte Ausführungsform der regelbaren HF-Oszillatormittel umfaßt einen Oszillator kleiner Leistung, dessen Frequenz durch ein Regelsignal festgelegt wird, einen durch den Oszillator kleiner Leistung angesteuerten Hochfrequenz- Leistungsverstärker, Mittel zur Überwachung des durch den Verstärker gezogenen Stromes, Mittel zur wiederholten Änderung der Frequenz des Oszillators kleiner Leistung in einem um eine Nennfrequenz zentrierten begrenzten Bereich, wobei die Änderungen klein genug sind, damit sie keinen ins Gewicht fallenden Einfluß auf die Funktion des Massenfilters haben, sowie auf Änderungen des durch den Leistungsverstärker bei den wiederholten Frequenzänderungen gezogenen Stromes ansprechende Mittel zwecks Einstellung der Nennfrequenz des Oszillators kleiner Leistung, bis die Änderungen des gezogenen Stromes im wesentlichen den zu erwartenden Änderungen entsprechen, wenn die Frequenz des Oszillators kleiner Leistung gleich der Resonanzfrequenz der Rensonanzkreismittel ist. Die auf den Strom ansprechenden Mittel sprechen weiterhin vorzugsweise auch auf das Amplitudenregelsignal an, wobei Mittel zum Vergleich des durch den Verstärker gezogenen tatsächlichen Stroms mit zu erwartendem gezogenen Strom, wenn die Frequenz des Oszillators gleich der Resonanzfrequenz der Resonanzkreismittel ist, in zwei oder mehr Meßzeitpunkten während aller wiederholten Frequenzänderungen gemäß dem Wert des Amplitudenregelsignals im Meßzeit punkt sowie Mittel zur Einstellung der Nennfrequenz des Oszillators, bis der tatsächliche und der erwartete Strom in jedem Meßzeitpunkt im wesentlichen gleich sind, vorgesehen sind.
In einer weiteren jedoch weniger bevorzugten Ausführungsform umfassen die regelbaren Oszillatormittel einen Oszillator kleiner Leistung und einen Hochfrequenz-Leistungsverstärker im oben beschriebenen Sinne sowie einen Phasendetektor zum Vergleich der Phase des Eingangs- und des Ausgangssignals des in einer Regelschleife geschalteten Verstärkers zur Einstellung der Frequenz des Oszillators derart, daß die Phasendifferenz zwischen dem Verstärkereingangs- und Ausgangssignal minimiert wird. Diese Situation tritt ein, wenn die Oszillatorfrequenz mit der Resonanzfrequenz der Resonanzkreismittel zusammenfällt, so daß die Oszillatorfrequenz durch die Wirkung der Regelschleife auf die Resonanzfrequenz geklemmt wird.
Die Erfindung schafft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb eines mehrpoligen Massenfilters, durch das geladene Partikel mit einem ausgewählten Masse-Ladungs-Verhältnis übertragbar sind und an das über Resonanzkreismittel ein Wechselpotential anlegbar ist, dessen Frequenz durch die Resonanzkreismittel und dessen Amplitude durch ein Amplitudenregelsignal festgelegt ist, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Amplitude des Wechselpotentials in Abhängigkeit von dessen tatsächlicher Frequenz zwecks Aufrechterhaltung der Übertragung der geladenen Partikel mit ausgewähltem Masse-Ladungs-Verhältnis eingestellt wird.
In bevorzugten Verfahren wird die Amplitude des Wechselpotentials in Bezug auf den durch das Regelsignal geforderten Wert stabilisiert, das hinsichtlich Frequenzänderungen im oben beschriebenen Sinne korrigiert ist. Weiterhin werden vorzugsweise Gleichpotentiale an die Elektroden des Massefilters angelegt, um dessen Auflösung einzustellen, und ebenfalls in Bezug auf das im oben beschriebenen Sinne korrigierte Regelsignal derart stabilisiert, daß das Verhältnis der Amplituden der Gleich- und Wechselpotentiale genau auf einem für die geforderte Massenauflösung notwendigen Wert konstant gehalten wird, selbst wenn die Amplitude hinsichtlich der Kompensation einer Änderung der tatsächlichen Oszillatorfrequenz eingestellt worden ist.
Ein weiteres bevorzugtes Verfahren umfaßt folgende Schritte:
a) Durchschicken eines ein Maß für die Frequenz des Wechselpotentials darstellenden Signals durch ein Gatter für eine durch einen Zeittaktgenerator festgelegte Zeitperiode;
b) Zählen des ein Maß für die Frequenz darstellenden Signals, solange das Gatter offen ist;
c) Quadrieren des im Schritt b) aufsummierten Zählwertes und Umsetzen des Ergebnisses in ein Korrektursignal;
d) Korrigieren des Amplitudenregelsignals durch das Korrektursignal zwecks Einstellung der Amplitude des Wechselkpotentials, um die Übertragung der geladenen Partikel mit ausgewähltem Masse-Ladungs-Verhältnis durch das Filter unabhängig von der Frequenz des Wechselpotentials aufrechtzuerhalten.
Ein weiteres bevorzugtes Verfahren umfaßt die zusätzlichen Schritte:
a) Erzeugen des Wechselpotentials mittels eines Oszillators kleiner Leistung und variabler Frequenz;
b) Verstärken des Wechselpotentials mittels eines Verstärkers, dessen Verstärkung durch ein Amplitudenregelsignal festgelegt ist;
c) Wiederholtes Ändern der Frequenz des Wechselpotentials in einem begrenzten Bereich um eine Nennfrequenz, der klein genug ist, damit er keinen ins Gewicht fallenden Einfluß auf die Funktion des Massenfilters hat;
d) Überwachen des Stromes, der durch den im Schritt b) verwendeten Verstärker gezogen wird, während der wiederholten Frequenzänderungen;
e) Einstellen der Nennfrequenz des Oszillators, bis die wiederholten Stromänderungen im wesentlichen denjenigen entsprechen, welche zu erwarten sind, wenn die Nennfrequenz mit der Resonanzfrequenz der Resonanzkreismittel zusammenfällt.
Das vorstehend beschriebene Verfahren umfaßt vorzugsweise die weiteren Schritte eines Vergleichs des durch den Verstärker gezogenen tatsächlichen Stroms mit dem Strom, der zu erwarten ist, wenn die Frequenz gleich der Resonanzfrequenz der Resonanzkreismittel ist, in zwei oder mehr Meßzeitpunkten während aller wiederholten Frequenzänderungen gemäß dem Wert des Amplitudenregelsignals im Meßzeitpunkt und Einstellen der Nennfrequenz des Oszillators, bis der gemessene und der erwartete Strom in jedem Meßzeitpunkt im wesentlichen gleich sind.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird im einzelnen beispielhaft anhand der Figuren beschrieben, in denen
Fig. 1 eine das Funktionsprinzip eines vierpoligen Massenfilters gemäß der Erfindung illustrierende Zeichnung ist;
Fig. 2 eine Zeichnung ist, welche einen zur Verwendung im Filter nach Fig. 1 geeigneten Quadrierer zeigt;
Fig. 3A eine Zeichnung ist, welche einen zur Verwendung im Filter nach Fig. 1 geeigneten Oszillator zeigt;
Fig. 3B eine Zeichnung ist, aus der ersichtlich ist, wie sich der Strom, der durch einen zur Verwendung in der Erfindung geeigneten Verstärker gezogen wird, mit der Frequenz ändert;
Fig. 4 eine Zeichnung ist, welche eine abgewandelte Ausführungsform eines vierpoligen Massefilters gemäß der Erfindung zeigt; und
Fig. 5 eine Zeichnung ist, welche einen zur Verwendung in der Erfindung geeigneten abgewandelten Oszillator zeigt.
Gemäß Fig. 1 umfaßt ein vierpoliges Massefilter 1 vier langgestreckte Elektroden 2 bis 5, die symmetrisch um eine Achse 6 angeordnet sind, längs derer geladene Partikel eintreten. Die Elektrode 2 ist mit der Elektrode 5 und die Elektrode 3 mit der Elektrode 4 verbunden. Ein Wechselpotential wird durch regelbare Hochfrequenz-Oszillatormittel 7 erzeugt und über Resonanzkreismittel 8 an die Elektroden 2 bis 5 angelegt, wobei die Resonanzkreismittel einen Hochfrequenztransformator 9, einen Abstimmkondensator 10 sowie Entkopplungskondensatoren 11 umfassen. Diese Komponenten bilden zusammen mit der Kapazität der Elektroden 2 bis 5 eine abgestimmte Parallelschaltung mit einer Resonanzfrequenz, welche gleich der gewünschten Schwingf requenz der Oszillatormittel 7 ist. In den Oszillatormitteln 7 ist eine nachfolgend im einzelnen beschriebene Rückkopplung vorgesehen, um eine Schwingung auf der Resonanzfrequenz sicherzustellen.
Zusätzlich zum Wechselpotential werden durch eine stabilisierte positive Gleichpotentialquelle 12 und eine stabilisierte negative Gleichpotentialquelle 13, deren Ausgänge mit den "kalten" Enden der Sekundärwicklungen des Transformators 9 verbunden und durch Kapazitäten 11 entkoppelt sind, Gleichpotentiale an die Elektroden 2 bis 5 angelegt. Da die Versorgungen gleiche Spannung besitzen, führt diese Ausbildung zu einem Potential auf der Achse 6, das gleich der "Nullvolt"-Verbindung 14 der Spannungsversorgungen 12 und 13 ist. Zwischen die Verbindung 14 und Masse ist eine Polvorspannungs-Spannungsversorgung 15 geschaltet, um das Potential der Achse 6 um einige Volt gegen Masse verschieben zu können, wie dies in vielen bekannten Typen von vierpoligen Filtern der Fall ist. Die tatsächlichen Werte der durch die Versorgungen 12 und 13 erzeugten Potentiale, welche die Auflösung des Filters regeln, werden durch ein Regelsignal auf der Verbindung 16 eingestellt.
Die Amplitude der HF-Oszillatormittel 7 wird durch ein in die Verbindung 17 eingespeistes Analogsignal geregelt. Dieses Signal wird durch einen Summationsverstärker 18 erzeugt, welcher über einen Widerstand 19 ein Ansteuersignal für die Anforderung einer bestimmten HF-Amplitude und über einen Widerstand 20 ein Amplitudenstabilisierungssignal aufnimmt. Das Amplitudenstabilisierungssignal wird durch Gleichrichtung des Wechselpotentials an den Elektroden 2 bis 5 durch Dioden 21 und 22 abgeleitet, welche über Kondensatoren 23 und 24 sehr kleiner Kapazität mit den Elektroden verbunden sind. Diese Komponenten bilden eine Gegenkopplungsschleife, welche die Amplitude des Wechselpotentials auf einen Wert stabilisiert, der durch das auf den Widerstand 19 gegebene Ansteuersignal gefordert wird. Die Kondensatoren 23 und 24 sind so gewählt, daß sie im Vergleich zu den Dioden 21 und 22 eine sehr große Impedanz besitzen, damit der Effekt der Diodennichtlinearität minimiert wird. Zur weiteren Minimierung der Nichtlinearität sowie zur Realisierung einer guten Regelung über den notwendigen sehr großen Amplitudenbereich können weitere bekannte Feinheiten in dieser Regelschleife vorgesehen werden.
Wie in allen vierpoligen Massenfiltern müssen die an die Elektroden angelegten Gleichpotentiale proportional auf die Amplitude des Wechselpotentials bezogen sein. In der Ausführungsform nach Fig. 1 wird dies durch den Potentialteiler 25 erreicht, welcher das Regelsignal für die HF-Oszillatormittel 7 aufnimmt und das Regelsignal auf der Verbindung 16 für die Spannungsversorgungen 12 und 13 erzeugt. Dieser Potentialteiler 25 ist so eingestellt, daß das gewünschte Verhältnis von Wechsel- und Gleichpotentialen erreicht wird und kann in einfacher Weise als manuell betätigtes Potentiometer zur Einstellung der Filterauflösung ausgebildet sein. Zweckmäßiger wird der Teiler 25 durch ein Digitalsignal angesteuert, das durch einen den Betrieb des Massenfilters steuernden Computer oder Mikroprozessor erzeugt wird. Es können weiterhin Mittel (in Fig. 1 nicht dargestellt) vorgesehen sein, um das Verhältnis in Abhängigkeit der geforderten HF-Amplitude einzustellen, so daß eine optimale Funktion im gesamten Massebereich im Instrument sichergestellt wird. Eine derartige Einstellung ist ein Merkmal vieler bekannter Massenfilter und braucht im einzelnen nicht beschrieben zu werden.
Eine Abtastung des Ausgangssignals der HF-Oszillatormittel 7 wird über einen Signalformer 26 (welcher ein Rechtecksignal mit einer derjenigen der Oszillatormittel 7 gleichen Frequenz erzeugt) und über ein Gatter 27 auf einen Zähler 28 gegeben, welcher die Impulse im Signal vom Former 26 bei offenem Gatter 27 zählt. Das Gatter 27 wird durch einen Zeittaktoszillator 29 und einen Teiler 30 so gesteuert, daß der Zähler 28 periodisch ein Signal auf einem Bus 31 erzeugt, das ein Maß für die Frequenz der Oszillatormittel 7 ist. Dieses Signal wird durch einen Quadrierer 32 (nachfolgend im einzelnen beschrieben) quadriert, um ein ein Maß für das Quadrat der Frequenz der Oszillatormittel 7 darstellendes Signal zu erzeugen. Das letztgenannte Signal steuert einen Digital-Analog-Umsetzer (DAC) 33, dessen Referenzeingangssignal ein analoges Steuersignal auf einer Verbindung 34 zur Einstellung der Filterpotentiale zwecks Übertragung eines speziellen Masse-Ladungs-Verhältnisses einzustellen. Der Ausgang des DAC 33 liefert ein Amplitudenregelsignal für den Summationsverstärker 18 über den Widerstand 19. Der DAC 33 multipliziert daher das analoge Regelsignal auf der Verbindung 34 mit einem vom Quadrat der tatsächlichen Schwingfrequenz der Oszillatormittel 7 abhängigen Faktor.
Erfindungsgemäß können die Oszillatormittel 7 auf jeder durch die Resonanzkreismittel 8 festgelegten Frequenz schwingen, wobei ein ein Maß für ihre tatsächliche Frequenz darstellendes Signal zur Änderung der Amplitude des an die Stäbe angelegten Wechselpotentials ausgenutzt wird, wodurch die Eichung des Filters hinsichtlich von Änderungen der tatsächlichen Schwingfrequenz korrigiert wird. Es wird keine Änderung der Frequenz der Oszillatormittel 7 auf einen von der Resonanzfrequenz der Resonanzkreismittel 8 abweichenden Wert angestrebt, so daß der hohe Vergrößerungsfaktor dieser Schaltung immer erhalten bleibt. Die Resonanzkreismittel 8 brauchen daher keine hohe Frequenzstabilität besitzen, wobei das Driftproblem der Kapazität der Elektroden selbst eliminiert wird. In vielen bekannten Massefiltern sind beispielsweise der Transformator 9 und der Abstimmkondensator 10 sperrige und teure voneinander verschiedene Komponenten; im erfindungsgemäßen Filter kann der Transformator 9 dagegen durch eine weit kleinere auf einen Ferritringkern gewickelte Komponente ersetzt werden.
Für eine optimale Funktion soll die Zeit, für die das Gatter 27 zwecks Einspeisung der Impulse vom Former 26 in den Zähler 28 offen ist, so beschaffen sein, daß der in den DAC 33 eingespeiste aufsummierte Zählwert auf dem Bus 31 das Ausgangssignal der letztgenannten Komponente auf etwa die Hälfte des analogen Eingangssignals auf der Verbindung 34 einstellt. Der Zeittaktoszillator 29 ist vorzugsweise ein auf etwa 1 MHz schwingender gesteuerter Quarzoszillator, wobei das Teilerverhältnis des Teilers 30 so gewählt ist, daß sich eine Gatterzeit gemäß dieser Forderung egibt. In anderen Fällen können jedoch auch andere Frequenzen und Teilerverhältnisse geeigneter sein.
Die Anforderung an den Quadrierer 32 ist eine Folge der Grundgleichungen, welche die Übertragung von geladenen Partikeln durch das Massenfilter beschreiben. Die Funktionstheorie derartiger Filter ist an sich bekannt und wird im einzelnen nicht beschrieben. Das Masse-Ladungs-Verhältnis M, das dann übertragen wird, wenn das Filter an der Spitze des a-q-Abtastdiagramms (d.h., wenn das Verhältnis der HF- und DC-Potentiale so beschaffen ist, daß lediglich ein einziges Masse-Ladungs-Verhältnis übertragen wird) betrieben wird, kann durch folgende Gleichungen beschrieben werden:
M = V/k&sub1;f²ro²
und
M = U/k&sub2;f²ro²
darin bedeuten f die Frequenz des Wechselpotentials mit einer Amplitude V, U die Gleichpotentialdifferenz zwischen den Elektroden, ro der radiale Abstand von der Achse 6 zu den Elektroden 2 bis 5 und k&sub1; und k&sub2; Konstanten. Daher ist die übertragene Masse proportional zur Amplitude des Wechselpotentials, aber umgekehrt proportional zum Quadrat der Frequenz f. Gemäß vorliegender Erfindung, nach der eine Änderung der Frequenz durch eine korrigierende Amplitudenänderung kompensiert wird, muß daher die Änderung proportional zum Quadrat der Frequenz sein, um den Massenabgleich des Filtes aufrechtzuerhalten.
Der Quadrierer 32 kann auf verschiedene Weise realisiert werden. Das auf dem Bus 31 erscheinende Digitalsignal kann in einen geeigneten digitalen Multiplizierer (welcher ein geeignet programmierter Mikroprozessor sein kann) eingegeben werden, der ein zweites Digitalsignal am Eingang des DAC 33 erzeugt, was dann das Quadrat des Signals auf dem Bus 31 ist. Andererseits kann ein zweiter gemäß Fig. 2 geschalteter DAC 35 verwendet werden. In die3er Version wird das Regelsignal auf der Eingangsverbindung 34 über die beiden DAC's in Serie geleitet, die jeweils durch das Signal auf dem Bus 31 angesteuert werden. Ist beispielsweise das Signal auf dem Bus 31 50 % des zur Einstellung der DAC's auf das volle Ausgangssignal erforderlichen Wertes, so stellt der DAC 35 das Ausgangssignal auf der Verbindung 36 auf 50 % des Wertes auf der Eingangsverbindung 34 ein, während der DAC 33 das Ausgangssignal für den Widerstand 19 auf 50 % des Signals auf der Verbindung 36, d.h. auf 25 % des Eingangssignals einstellt.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Oszillatormittel 7 ist in Fig. 3A dargestellt. Sie enthält einen HF-Leistungsverstärker 37, dessen Verstärkung durch das Analogsignal auf der Verbindung 17 geregelt wird und dessen Ausgang mit den Resonanzkreismitteln 8 (Fig. 1) verbunden ist. Der Verstärker 37 wird von einer Gleichspannungsquelle 50 über einen kleinen Widerstand 51 mit Spannung versorgt. Ein Oszillator 40 mit kleiner Leistung, zweckmäßigerweise ein Frequenzsynethetisator, steuert den Verstärker 37 mit einer durch ein digitales Regelsignal an seinem Eingang 52 festgelegten Frequenz an. Das am Widerstand 51 stehende Potential wird durch einen Analög-Digital-Umsetzer 39 digitalisiert, wodurch Mittel zur Überwachung des durch den Verstärker 37 gezogenen Stromes gebildet werden. Ein Mikroprozessor 38 steuert die Frequenz des Oszillators 40 durch Verbindung mit dem Eingang 52 und ist so programmiert, daß die Frequenz des Oszillators 40 wiederholt um einen kleinen Betrag (der so gewählt ist, daß er keinen ins Gewicht fallenden Einfluß auf die Funktion des Massenfilters hat) geändert wird. Wie bei allen abgestimmten Leistungsverstärkern hängt der aus der Versorgung 50 gezogene Strom von seiner tatsächlichen Betriebsfrequenz in Bezug auf die Resonanzfrequenz der Resonanzkreismittel 8 ab, wie dies in Fig. 3B dargestellt ist. Der Strom ist minimal, wenn die beiden Frequenzen zusammenfallen, und nimmt gemäß Fig. 3B um einen kleinen Betrag zu, wenn der Mikroprozessor 38 die Nennfrequenz f in einem begrenzten Bereich 56 um einen kleinen Betrag ändert. Fällt die Nennfrequenz mit der Resonanzfrequenz zusammen, so nimmt der Strom etwa um den gleichen Betrag für gleiche Frequenzabweichungen auf beiden Seiten von f zu; fällt f jedoch nicht mit der Resonanzfrequenz zusammen, so nimmt der Strom in einer Richtung ab und in der anderen Richtung zu. Der Mikroprozessor 38 überwacht daher das vom A-D-Umsetzer 39 aufgenommene digitalisierte Signal und stellt die Nennfrequenz f des Oszillators solange nach, bis die Stromänderungen anzeigen, daß f gleich der Resonanzfrequenz ist. Es müssen Vorkehrungen für den Fall getroffen werden, in dem der durch den Verstärker 37 gezogene Strom sich als Folge von Änderungen der durch die Massenabtastung geforderten Ausgangsspannung ändert. Dies wird durch den Mikroprozessor realisiert, der den tatsächlichen durch den Verstärker gezogenen Strom in zwei oder mehr Meßzeitpunkten für jede Frequenzabweichung mit den Strömen vergleicht, welche im entsprechenden Augenblickswert des Amplitudenregelsignals auf der Verbindung 17 erwartet werden. Zu diesem Zweck ist ein Analog-Digital-Umsetzer 55 vorgesehen, um eine digitale Version des Regelsignals auf der Verbindung 17 für den Mikroprozessor zu erzeugen. Die erwarteten Stromwerte für die Resonanzbedingung werden aus einer Nachschlagetabelle des Stroms über den Amplitudenregelsignal für die Resonanzbedingung gewonnen, wobei Abweichungen der tatsächlichen Ströme von den erwarteten Strömen durch den Mikroprozessor erkannt werden, welcher daher die Oszillatorfrequenz ändert, bis die tatsächlichen und die erwarteten Ströme gleich sind. Die Nachschlagetabelle wird vor dem ersten Einschalten des Instrumentes in einem geeigneten Digitalspeicher abgelegt. Beim Einschalten wird das Amplitudenregelsignal gesperrt und die Oszillatorfrequenz durch das oben beschriebene Verfahren auf die Resonanzfrequenz eingestellt. Das Massefilter wird dann über den gesamten Massebereich abgetastet, während der Mikroprozessor die gemessenen Stromwerte über bestimmten Werten des Regelsignals in der Nachschlagetabelle speichert. Der Betrieb wird sodann auf die zweite Betriebsart geschaltet, in welcher der Mikroprozessor die tatsächlichen Ströme mit den erwarteten Strömen vergleicht, wodurch eine Korrektur selbst dann möglich wird, wenn sich das Amplitudenregelsignal ändert.
Eine weniger bevorzugte Ausführungsform der Oszillatormittel 7 ist in Fig. 5 dargestellt. Sie umfaßt einen HF-Leistungsverstärker 37, dessen Verstärkung durch das Analogsignal auf der Verbindung 17 geregelt wird und dessen Ausgang mit den Resonanzkreismitteln 8 gemäß Fig. 1 verbunden ist. An Stelle einer Mitkopplung vom Verstärkerausgang auf seinen Eingang ist eine phasenstarre Schleife vorgesehen, welche einen Phasendetektor 53, ein Tiefpaßfilter 54 und einen durch einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) gebildeten Oszillator 40 kleiner Leistung umfaßt. Der VCO 40 ist so ausgelegt, daß er auf der für die Oszillatormittel 7 geforderten Nennschwingfrequenz schwingt. In der Ausführungsform nach Fig. 3 ist er mittels einer Phasenregeischleife auf die Resonanzfrequenz der Resonanzkreismittel 8 geklemmt. Beim Einschalten der Spannungsversorgung für die Oszillatormittel 7 beginnt der VCO 40 mit der Nennfrequenz zu schwingen, wobei der HF-Leistungsverstärker 37 dieses Signal verstärkt. Entspricht die Resonanzfrequenz der Resonanzkreismittel 8 nicht der Frequenz des VCO 40, so sieht der Leistungsverstärker 37 eine Blindlast und es wird eine Phasendifferenz zwischen seinem Ausgangssignal und dem Ausgangssignal des VCO erzeugt. Dies wird sofort durch den Phasendetektor 53 detektiert, welcher über das Tiefpaßfilter 54 ein Frequenzkorrektursignal für den VCO 40 liefert, wodurch die VCO-Frequenz auf die Resonanzfrequenz der Resonanzkreismittel 8 geklemmt wird. Diese Ausgestaltung erleichtert den Anlauf des Leistungsoszillators und den Betrieb bei kleinen geforderten HF-Amplituden, weil die Amplitude des VCO-Ausgangssignals nicht von der geforderten HF-Amplitude abhängt, welche durch die Verstärkung des HF-Verstärkers 37 festgelegt wird.
Fig. 4 zeigt eine gleichartige jedoch weniger bevorzugte Ausführungsform eines Massefilters gemäß der Erfindung. Das Regelsignal auf der Verbindung 34 läuft über einen Eingangswiderstand 47 und einen zweiten Summationsverstärker 42 auf den Widerstand 19, um die Amplitude der Wechsel- und Gleichpotentiale ebenso wie in der Ausführungsform nach Fig. 1 zu regeln. Die Frequenz einer Abtastung des durch die Oszillatormittel 7 erzeugten Wechselpotentials wird durch einen Mischer 45 mit derjenigen eines Referenzoszillators 46 verglichen, um ein ein Maß für die Frequenzdifferenz der beiden Oszillatoren darstellendes Differenzsignal zu erzeugen. Der Oszillator 46 arbeitet zweckmäßigerweise mit der Nennfrequenz der Oszillatormittel 7. Durch einen Frequenzzähler und -Prozessor 44 wird eine digitale Version des Differenzsignals erzeugt und über einen Bus 49 in einen Digital-Analog-Umsetzer 48 eingespeist, der als Multiplizierer geschaltet ist, wie dies oben anhand des DAC 33 in der Ausführungsform nach Fig. 1 beschrieben wurde. Der DAC 48 erzeugt ein Produktsignal, das ein Maß für das Produkt aus einem ersten Amplitudenregelsignal (auf der Verbindung 34) und dem Differenzsignal ist. Dieses Signal wird durch einen zweiten Summationsverstärker 42 und zugehörige Widerstände 43 und 47 dem ersten Amplitudenregelsignal hinzuaddiert, um ein korrigiertes Amplitudenregelsignal zu erzeugen, das zur Einstellung der Amplitude des Wechselsignals zwecks Kompensation von Änderungen der Frequenz des Wechselpotentials verwendet wird. Es ist darauf hinzuweisen, daß das auf den Potentialteiler 25 gegebene DC-Potential-regelsignal vom Ausgangssignal des Verstärkers 42 abgeleitet wird, so daß die DC-Potentiale auf die korrigierte Amplitude des Wechselpotentials bezogen sind, wodurch die Auflösung des Massefilters unabhängig von Frequenzänderungen erhalten bleibt.
Dieses Verfahren der Kompensation der Drift der Oszillatormittel 7 basiert auf den oben diskutierten Gleichungen, aus denen ersichtlich ist, daß für den Fall, daß das Amplitudenregelsignal Vcorr im Hinblick auf eine Kompensation der Drift Δf von der Nennfrequenz fR des Resonanzverstärkers derart einzustellen ist, daß das Masse-Ladungs-Verhältnis der übertragenen Ionen unbeeinflußt bleibt, gilt:
worin Vset das Regelsignal auf der Verbindung 34 bedeutet. Durch Umformung und Erweiterung dieser Gleichung sowie Vernachlässigung des sehr kleinen Terms Δf² ergibt sich die folgende Gleichung:
Vcorr = Vset + Vset. k. Δf
worin k eine Konstante (fR ist natürlich konstant) bedeutet. Dieser Zusammenhang wird in Fig. 4 dadurch realisiert, daß zunächst das Differenzsignal Δf am Ausgang des Mischers 45 erzeugt, dieses Signal in ein geeignetes Digitalsignal umgesetzt und im Zähler/Prozessor 34 mit der Konstanten k multipliziert wird, wonach durch Multiplikation mit dem Signal Vset durch den DAC 48 ein Produktsignal erzeugt wird. Dieses Produktsignal wird sodann dem Signal Vset auf der Verbindung 34 durch den Summationsverstärker 42 hinzuaddiert, wie dies durch die Gleichung gefordert wird.
Ersichtlich sind andere Korrekturwege des Amplitudenregelsignals hinsichtlich einer Frequenzdrift der Oszillatormittel 7 durch die Ansprüche gedeckt. Auch kann das Festhalten der Frequenz der Oszillatormittel 7 auf der Resonanzfrequenz der Resonanzkreismittel 8 durch eine phasenstarre Schleife erfindungsgemäß auf anderen Wegen realisiert werden. Beispielsweise können Mittel vorgesehen werden, um die Frequenz der Oszillatormittel 7 im Sinne der Aufrechterhaltung des minimalen Stroms durch oder der maximalen Spannung an den Resonanzkreismitteln 8 einzustellen, wobei beide Bedingungen der Identität zwischen der Resonanzfrequenz und der tatsächlichen Oszillatorfrequenz entsprechen.
Ersichtlich ist die Erfindung weiterhin nicht auf vierpolige Massenfilter beschränkt, sondern umfaßt jede Massenfilterausbildung, in der ein Wechselpotential erforderlich ist und in der die Amplitude und die Frequenz dieses Potentials die übertragenen Massen festlegen. Beispielsweise ist die Erfindung bei mehrpoligen Massenfiltern oder bei in bestimmten Betriebsarbeiten betriebenen vierpoligen Ionenfallen verwendbar. Darüber hinaus ist die Erfindung nicht auf die Erzeugung von sinusförmigen HF-Signalen beschränkt und bei Massefiltern anwendbar, in denen das Wechselpotential unterschiedlich geformt ist, beispielsweise eine rechteckförmige Signalform besitzt.

Claims

1. Mehrpoliges Massenfilter (1), durch das in Abhängigkeit vom Anlegen eines Wechselpotentials ausgewählter Amplitude und Frequenz an seine Elektroden geladene Partikel mit einem ausgewählten Masse-Ladungs-Verhältnis übertragbar sind, mit mit den Filterelektroden (2-5) verbundenen Resonanzkreismitteln (8) und mit regelbaren Hochfrequenz-Oszillatormitteln (7) zur Erzeugung des Wechselpotentials mit einer durch die Resonanzkreismittel (8) festgelegten Frequenz und einer durch ein Amplitudenregelsignal festgelegten Amplitude, gekennzeichnet durch Mittel (26-33, 18, 19) zur Einstellung der Amplitude des Wechselpotentials in Abhängigkeit von Änderungen der tatsächlichen Schwingfrequenz der Oszillatormittel (7) zwecks Aufrechterhaltung der Übertragung von geladenen Partikeln mit dem ausgewählten Masse-Ladungs-Verhältnis durch das Filter.

2. Mehrpoliges Massenfilter nach Anspruch 1 mit Mitteln (27-23) zur Korrektur des Amplitudenregelsignais durch ein von der tatsächlichen Frequenz der regelbaren Hochfrequenz-Oszillatormittel (7) abhängiges Signal vor Einspeisung des Amplitudenregelsignals in die Oszillatormittel (7) zwecks Einstellung der Amplitude des Wechselpotentials.

3. Mehrpoliges Massenfilter nach Anspruch 1 oder 2 mit Mitteln (20-24, 18) zur Stabilisierung der Ausgangssignalamplitude der regelbaren Hochfrequenz-Oszillatormittel (7) relativ zum Amplitudenregelsignal.

4. Mehrpoliges Massenfilter nach den vorhergehenden Ansprüchen mit Mitteln (12, 13, 15) zum Anlegen von Gleichpotentialen an die Filterelektroden und Mitteln zur Stabilisierung der Gleichpotentiale relativ zum Amplitudenregelsignal, derart, daß das Verhältnis der Gleich- und Wechselpotentiale im wesentlichen auf einem vorgegebenen Wert gehalten wird.

5. Mehrpoliges Massenfilter nach den Ansprüchen 2 bis 4, in dem die Multiplizierungsmittel einen Zeittaktoszillator (29-30) zur Steuerung eines Gatters (27), das von einem ein Maß für die Frequenz des Wechselpotentials darstellenden Signal zu einem Zähler (18, 20) durchlaufen wird, Mittel (32) zur Quadrierung des im Zähler während einer durch den Zeittakt des Zeittaktoszillators (29-30) festgelegten Zeit aufsummierten digitalen Zählwertes und einen Digital-Analog-Umsetzer (33) zur Erzeugung des Amplitudenregelsignals umfassen, wobei der Digital-Analog-Umsetzer ein Analogsignal zur Einstellung des Masse-Ladungs-Verhältnisses von durch das Filter übertragenen geladenen Partikeln aufnimmt und es mit dem Ausgangssignal der Quadrierungsmittel (32) multipliziert.

6. Mehrpoliges Massenfilter nach den Ansprüchen 1 bis 5, in dem die regelbaren HF-Oszillatormittel (7) einen Oszillator (40) kleiner Leistung, dessen Frequenz durch ein Regelsignal festgelegt ist, einen durch das Ausgangssignal des Oszillators (40) kleiner Leistung angesteuerten Hochfrequenz-Leistungsverstärker (37) und einen in eine Regelschleife geschalteten Phasendetektor (53, 54) zum Vergleich der Phase des Eingangs- und Ausgangssignals des Hochfrequenz-Leistungs-Verstärkers zwecks Einstellung der Frequenz des Oszillators kleiner Leistung, derart, daß die Phasendifferenz zwischen dem Eingangs- und Ausgangssignal minimiert wird, umfassen.

7. Mehrpoliges Massenfilter nach den Ansprüchen 1 bis 5, in dem die regelbaren HF-Oszillatormittel (7)

einen Oszillator (40) kleiner Leistung, dessen Frequenz durch ein Regelsignal festgelegt ist, einen durch den Oszillator (40) kleiner Leistung angesteuerten Hochfrequenz-Leistungsverstärker (37), Mittel (51-39) zur Überwachung des durch den Verstärker (37) gezogenen Stromes, Mittel zur wiederholten Änderung der Frequenz des Oszillators (40) kleiner Leistung in einem um eine Nennfrequenz zentriertenen begrenzten Bereich, der klein genug ist, damit er keinen ins Gewicht fallenden Ein-fluß auf die Funktion des Massenfilters hat, sowie Mittel (38, 39), die auf Änderungen des sich durch die wiederholten Frequenzänderungen ergebenden durch den Leistungsverstärker (37) gezogenen Stromes ansprechen, zur Einstellung der Nennfrequenz des Oszillators (40) kleiner Leistung, bis die Änderung des gezogenen Stromes im wesentlichen den zu erwartenden Änderungen entsprechen, wenn die Frequenz des Oszillators kleiner Leistung gleich der Resonanzfrequenz der Resonanzkreismittel (8) ist,

umfassen.

8. Mehrpoliges Massenfilter nach Anspruch 7, in dem die auf Änderungen des durch den Leistungsverstärker (37) gezogenen Stromes ansprechenden Mittel (38, 39) weiterhin auf das Amplitudenregelsignal ansprechen und in dem Mittel (38) zum Vergleich des durch den Verstärker gezogenen tatsächlichen Stromes mit zu erwartendem gezogenem Strom, wenn die Frequenz des Oszillators gleich der Resonanzfrequenz der Resonanzkreismittel ist, in zwei oder mehr Meßzeitpunkten während aller wiederholten Frequenzänderungen gemäß dem Wert des Amplitudenregelsignals im Meßzeitpunkt sowie Mittel (38) zur Einstellung der Nennfrequenz des Oszillators (40) kleiner Leistung, bis der tatsächliche und der erwartete Strom in jedem Meßzeitpunkt im wesentlichen gleich sind,

vorgesehen sind.

9. Verfahren zum Betrieb eines mehrpoligen Massenfilters (1), durch das geladene Partikel mit einem ausgewählten Masse-Ladungs-Verhältnis übertragbar sind und an das über Resonanzkreismittel (8) ein Wechselpotential anlegbar ist, dessen Frequenz durch die Resonanzkreismittel und dessen Amplitude durch ein Amplitudensignal festgelegt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude des Wechselpotentials in Abhängigkeit von dessen tatsächlicher Frequenz zwecks Aufrechterhaltung der Übertragung der geladenen Partikel mit ausgewähltem Masse-Ladungs-Verhältnis eingestellt wird.

10. Verfahren zum Betrieb eines mehrpoligen Massenfilters nach Anspruch 9, bei dem die Amplitude des Wechselpotentials in Bezug auf das Amplitudenregelsignal stabilisiert wird und an die Filterelektroden Gleichpotentiale angelegt werden, welche zwecks Aufrechterhaltung des Verhältnisses der Gleichpotentiale und des Wechselpotentials auf einem vorgegebenen Wert ebenfalls in Bezug auf das Amplitudenregelsignal stabilisiert werden.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10 mit folgenden Schritten:

a) Durchschicken eines ein Maß für die Frequenz des Wechselpotentials darstellenden Signals durch ein Gatter für eine durch einen Zeittaktgenerator festgelegte Zeitperiode;

b) Zählen des ein Maß für die Frequenz darstellenden Signals, solange das Gatter offen ist;

c) Quadrieren des im Schritt b) aufsummierten Zählwertes und Umsetzen des Ergebnisses in ein Korrektursignal;

d) Korrigieren des Amplitudenregelsignals durch das Korrektursignal zwecks Einstellung der Amplitude des Wechselpotentials, um die Übertragung der geladenen Partikel mit ausgewählter Masse unabhängig von der Frequenz des Wechselpotentials aufrechtzuerhalten.

12. Verfahren nach den Ansprüchen 9 bis 11 mit folgenden Schritten:

a) Erzeugen des Wechselpotentials mittels eines Oszillators kleiner Leistung und variabler Frequenz;

b) Verstärken des Wechselpotentials mittels eines Verstärkers, dessen Verstärkung durch ein Amplitudenregelsignal festgelegt ist;

c) wiederholtes Andern der Frequenz des Wechselpotentials in einem begrenzten Bereich um eine Nennfrequenz, der klein genug ist, damit er keinen ins Gewicht fallenden Einfluß auf die Funktion des Massenfilters hat;

d) Überwachen des Stroms, der durch den im Schritt b) verwendeten Verstärker gezogen wird, während der wiederholten Frequenzänderungen,

e) Einstellen der Nennfrequenz, bis die wiederholten Stromänderungen im wesentlichen denjenigen entsprechen, welche zu erwarten sind, wenn die Nennfrequenz mit der Resonanzfrequenz der Resonanzkreismittel zusammenfällt.

13. Verfahren nach Anspruch 12 mit dem weiteren Schritt eines Vergleichs des durch den Verstärker gezogenen tatsächlichen Stromes mit dem Strom, der zu erwarten ist, wenn die Frequenz gleich der Resonanzfrequenz der Resonanzkreismittel ist, in zwei oder mehr Meßzeitpunkten während aller wiederholten Frequenzänderungen gemäß dem Wert des Amplitudenregelsignais im Meß zeitpunkt und Einstellen der Nennfrequenz, bis der gemessene und der erwartete Strom in jedem Meßzeitpunkt im wesentlich gleich sind.