JP6002755B2 - イオン検出 - Google Patents
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Description
1.第1の外部電極80と第2の外部電極85との間のキャパシタンス(C1=5pF、概算)
2.各検出電極と接地との間のキャパシタンス(C2=20pF)
3.各検出電極から前置増幅器に通じる導体(ワイヤ)と接地との間のキャパシタンス(C3=5pF)
4.各検出電極と中央電極90との間のキャパシタンス(C4=3pF)
5.各検出電極と例えば偏向レンズ構成70などの他の電極との間のキャパシタンス(C5=3pF)
6.前置増幅器の第1の入力トランジスタT2のゲートドレインキャパシタンスおよび前置増幅器の第2の入力トランジスタT1のゲートドレインキャパシタンス(C6=10pF)
Cdet=C1+ 0.5*(C2+C3+C4+C5+C6)
S/N∝1/(Cdet*√2*N)
C’det=C1+0.5*(C2+C3+C4+C5+C6)
=5+0.5*(0+0+3+0+2)=7.5pF
S/N’ 〜1/(7.5*2*N)
G=(25.5*√2)/(7.5*2)=2.4
R=2/Yfs
式中、Yfsは、JFETトランジスタの順伝達アドミタンスである。ここでは、C6が事実上およそゼロまで減少するため、Cdetの標準値は、7.5pFから6.5pFに低減される。そして、S/Nの総合的な改善Gは、この場合、以下の通りとなる。
G=(25.5*√2)/(6.5*2)=2.77
S/N’’∝1/(4*2*N)
そして、S/Nの総合的な改善は、以下の通りとなる。
G=(25.5*√2)/(4*2)=4.5
Claims (36)
- イオンに、ある周期で振動するイオンパケットを形成させる質量分析器用のイオン検出器であって、
前記質量分析器においてイオンから複数のイメージ電流信号を検出するよう構成された複数の検出電極、および、前記複数の検出イメージ電流信号に基づいて出力信号を提供するよう構成された前置増幅器であって、前記出力信号はある信号対雑音比を有する、前置増幅器を備える検出構成と、
少なくとも1つの補償信号を提供するよう構成された補償回路であって、各補償信号は、前記検出構成のそれぞれの遮蔽導体に提供され、前記複数の検出イメージ電流信号のうちの1つまたは複数に基づく、補償回路と
を備え、
前記検出構成の前記遮蔽導体の各々と前記検出構成のそれぞれの信号搬送部との間にはキャパシタンスが存在し、前記前置増幅器出力信号の前記信号対雑音比に影響を及ぼし、前記補償回路は、各キャパシタンスを低減させ、信号対雑音比を改善するように構成されている、イオン検出器。 - 前記検出構成の信号搬送部は、前記複数の検出電極の中の1つの検出電極を備え、前記検出構成の前記それぞれの遮蔽導体は、前記検出電極用のシールドを備える、請求項1に記載のイオン検出器。
- 前記検出電極用の前記シールドは、前記検出電極の周りに導電面を備え、前記検出電極から絶縁される、請求項2に記載のイオン検出器。
- 前記検出電極用の前記シールドは、誘電材料で作られ、外部金属塗装が施され、前記外部金属塗装は前記補償信号を受信するよう構成される、請求項3に記載のイオン検出器。
- 前記検出構成の信号搬送部は、前記複数の検出電極の中の1つの検出電極と前記前置増幅器との間に接続部を備え、前記検出構成の前記それぞれの遮蔽導体は、前記接続部用のシールドを備える、請求項1〜4のいずれか一項に記載のイオン検出器。
- 前記前置増幅器は、前記複数のイメージ電流信号からの第1のイメージ電流信号を受信するよう構成された第1の電圧緩衝器を備え、
前記補償回路は、第1の補償信号を前記検出構成の第1の遮蔽導体に提供するよう構成され、前記第1の補償信号は、前記第1の電圧緩衝器の出力を含み、それにより、前記第1の補償信号は、前記第1のイメージ電流信号に基づく、請求項1〜5のいずれか一項に記載のイオン検出器。 - 前記補償回路は、前記複数の検出イメージ電流信号からの第2のイメージ電流信号に基づいて、第2の補償信号を提供するようさらに構成され、前記第2の補償信号は、前記検出構成の第2の遮蔽導体に提供され、前記検出構成の前記第2の遮蔽導体と前記検出構成のそれぞれの第2の信号搬送部との間にはキャパシタンスが存在し、前記前置増幅器出力信号の前記信号対雑音比に影響を及ぼし、
前記前置増幅器は、前記第2のイメージ電流信号を受信するよう構成された第2の電圧緩衝器をさらに備え、前記第2の補償信号は、前記第2の電圧緩衝器の出力を含む、請求項6に記載のイオン検出器。 - 前記検出構成の第1の信号搬送部は、第1の検出電極を備え、前記第1の遮蔽導体は、前記第1の検出電極用の第1のシールドを備え、前記第2の信号搬送部は、第2の検出電極を備え、前記第2の遮蔽導体は、前記第2の検出電極用の第2のシールドを備える、請求項7に記載のイオン検出器。
- 前記第1の電圧緩衝器は、ドレインを含むトランジスタを備え、前記補償回路は、前記トランジスタの前記ドレインにドレイン補償信号を提供するようさらに構成される、請求項6〜8のいずれか一項に記載のイオン検出器。
- 前記前置増幅器は、前記第1の電圧緩衝器の前記出力および前記第2の電圧緩衝器の前記出力を受信して差動出力を提供するよう構成された差動増幅器をさらに備え、前記差動増幅器は、前記ドレイン補償信号を提供するようさらに構成される、請求項7に従属する際の請求項9に記載のイオン検出器。
- 前記ドレイン補償信号は、前記第2のイメージ電流信号に基づく、請求項7に従属する際の請求項10または9に記載のイオン検出器。
- 前記差動増幅器は、前記第1の電圧緩衝器の前記出力を受信するよう構成された第1の増幅トランジスタと、前記第2の電圧緩衝器の前記出力を受信するよう構成された第2の増幅トランジスタとを備え、前記第1および第2の増幅トランジスタは、差動対として構成され、前記ドレイン補償信号は、前記第2の増幅トランジスタの前記ドレイン側の信号から提供される、請求項10に記載のイオン検出器。
- 前記ドレイン補償信号は、第1のドレイン補償信号であり、前記第2の電圧緩衝器は、ドレインを含むトランジスタを備え、前記少なくとも1つの補償信号は、前記第2の電圧緩衝器の前記トランジスタの前記ドレインに提供される第2のドレイン補償信号をさらに含み、前記第2のドレイン補償信号は、前記第1の増幅トランジスタの前記ドレイン側の信号から提供される、請求項12に記載のイオン検出器。
- 前記補償回路は、前記検出構成の第1の遮蔽導体シールドに第1のシールド補償信号を提供し、前記検出構成の第2の遮蔽導体シールドに第2のシールド補償信号を提供するよう構成され、前記第1のシールド補償信号と前記第2のシールド補償信号は同じ電圧を有する、請求項1〜13のいずれか一項に記載のイオン検出器。
- 前記第1の遮蔽導体シールドは、前記複数の検出電極からの第1の検出電極用のシールドを備え、前記第2の遮蔽導体シールドは、前記第2の検出電極と前記前置増幅器との間の接続部用のシールドを備える、請求項14に記載のイオン検出器。
- 前記複数の検出電極からの第1の検出電極と第2の検出電極との間に配置され、電圧源に接続するよう構成された遮蔽導体
をさらに備える、請求項1〜15のいずれか一項に記載のイオン検出器。 - 前記前置増幅器は、複数の増幅トランジスタ対を備える差動増幅器を備え、各増幅トランジスタ対は、第1のイメージ電流信号に基づいて信号を受信するよう構成されたそれぞれの第1の増幅トランジスタと、第2のイメージ電流信号に基づいて信号を受信するよう構成されたそれぞれの第2の増幅トランジスタとを備え、各増幅トランジスタ対の前記それぞれの第1および第2の増幅トランジスタは、差動対として構成され、前記複数の増幅トランジスタ対は、並列に配列される、請求項1〜16のいずれか一項に記載のイオン検出器。
- 請求項1〜17のいずれか一項に記載の質量分析器とイオン検出器とを備える質量分析計。
- イオンが閉じ込められるイオントラッピングボリュームを定義するトラッピング場を提供するよう構成されたトラッピング場生成器と、
複数の検出電極を使用して、前記イオントラッピングボリュームに捕捉されたイオンからイメージ電流を検出するよう構成された検出構成と、
前記複数の検出電極の中の第1の検出電極と第2の検出電極との間に配置される遮蔽導体と、
前記複数の検出電極のうちの少なくとも1つで検出されたイメージ電流に基づいて決定される電圧を前記遮蔽導体に印加し、前記遮蔽導体と、前記検出構成の信号搬送部との間のキャパシタンスを低減させるよう構成されたコントローラと
を備える、静電イオントラッピングデバイス。 - イオンに、ある周期で振動するイオンパケットを形成させる質量分析器のイオン検出方法であって、
検出構成の一部を形成する複数の検出電極を使用して複数のイメージ電流信号を検出する工程であって、前記検出構成は、前置増幅器をさらに備え、前記前置増幅器は、前記複数の検出イメージ電流信号に基づいて出力信号を提供するよう構成され、前記出力信号は、ある信号対雑音比を有する、工程と、
少なくとも1つの補償信号を提供する工程であって、各補償信号は、前記検出構成のそれぞれの遮蔽導体に提供され、前記複数の検出イメージ電流信号のうちの1つまたは複数に基づく、工程と
を含み、
前記検出構成の前記遮蔽導体の各々と前記検出構成のそれぞれの信号搬送部との間にはキャパシタンスが存在し、前記前置増幅器出力信号の前記信号対雑音比に影響を及ぼし、
前記補償回路は、各キャパシタンスを低減させ、信号対雑音比を改善するように構成されている、方法。 - 前記検出構成の信号搬送部は、前記複数の検出電極の中の1つの検出電極を備え、前記検出構成の前記それぞれの遮蔽導体は、前記検出電極用のシールドを備える、請求項20に記載の方法。
- 前記検出電極用の前記シールドは、前記検出電極の周りに導電面を備え、前記検出電極から絶縁される、請求項21に記載の方法。
- 前記検出構成の信号搬送部は、前記複数の検出電極の中の1つの検出電極と前記前置増幅器との間に接続部を備え、前記検出構成の前記それぞれの遮蔽導体は、前記接続部用のシールドを備える、請求項20〜22のいずれか一項に記載の方法。
- 前記前置増幅器は、前記複数のイメージ電流信号からの第1のイメージ電流信号を受信するよう構成された第1のトランジスタ電圧緩衝器を備え、
前記少なくとも1つの補償信号は、前記検出構成の第1の遮蔽導体に提供される第1の補償信号を含み、前記第1の補償信号は、前記第1のトランジスタ電圧緩衝器の出力を含み、それにより、前記第1の補償信号は、前記第1のイメージ電流信号に基づく、請求項20〜23のいずれか一項に記載の方法。 - 前記少なくとも1つの補償信号は、前記複数の検出イメージ電流信号からの第2のイメージ電流信号に基づいて、第2の補償信号をさらに含み、前記第2の補償信号は、前記検出構成の第2の遮蔽導体に提供され、前記検出構成の前記第2の遮蔽導体と前記検出構成のそれぞれの第2の信号搬送部との間にはキャパシタンスが存在し、前記前置増幅器出力信号の前記信号対雑音比に影響を及ぼし、
前記前置増幅器は、前記第2のイメージ電流信号を受信するよう構成された第2のトランジスタ電圧緩衝器をさらに備え、前記第2の補償信号は、前記第2のトランジスタ電圧緩衝器の出力を含む、請求項24に記載の方法。 - 前記検出構成の第1の信号搬送部は、第1の検出電極を備え、前記第1の遮蔽導体は、前記第1の検出電極用の第1のシールドを備え、前記第2の信号搬送部は、第2の検出電極を備え、前記第2の遮蔽導体は、前記第2の検出電極用の第2のシールドを備える、請求項25に記載の方法。
- 前記第1の電圧緩衝器は、ドレインを含むトランジスタを備え、前記少なくとも1つの補償信号は、前記トランジスタの前記ドレインに提供されるドレイン補償信号をさらに含む、請求項23〜25のいずれか一項に記載の方法。
- 前記前置増幅器の差動増幅器で前記第1のトランジスタ電圧緩衝器の前記出力および前記第2のトランジスタ電圧緩衝器の前記出力を受信する工程と、
前記差動増幅器から差動出力を提供する工程と
をさらに含み、
少なくとも1つの補償信号を提供する前記工程は、前記差動増幅器から前記ドレイン補償信号を提供する工程を含む、請求項25に従属する際の請求項27に記載の方法。 - 前記ドレイン補償信号は、前記第2のイメージ電流信号に基づく、請求項25に従属する際の請求項28または27に記載の方法。
- 前記差動増幅器は、前記第1のトランジスタ電圧緩衝器の前記出力を受信するよう構成された第1の増幅トランジスタと、前記第2のトランジスタ電圧緩衝器の前記出力を受信するよう構成された第2の増幅トランジスタとを備え、前記第1および第2の増幅トランジスタは、差動対として構成され、前記ドレイン補償信号は、前記第2の増幅トランジスタの前記ドレイン側の信号から提供される、請求項28に記載の方法。
- 前記ドレイン補償信号は、第1のドレイン補償信号であり、前記第2の電圧緩衝器は、ドレインを含むトランジスタを備え、前記少なくとも1つの補償信号は、前記第2の電圧緩衝器の前記トランジスタの前記ドレインに提供される第2のドレイン補償信号をさらに含み、前記第2のドレイン補償信号は、前記第1の増幅トランジスタの前記ドレイン側の信号から提供される、請求項30に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの補償信号は、前記検出構成の第1の遮蔽導体シールドに提供される第1のシールド補償信号と、前記検出構成の第2の遮蔽導体シールドに提供される第2のシールド補償信号とを含み、前記第1のシールド補償信号と前記第2のシールド補償信号は同じ電圧を有する、請求項20〜31のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1の遮蔽導体シールドは、前記複数の検出電極からの第1の検出電極用のシールドを備え、前記第2の遮蔽導体シールドは、前記第2の検出電極と前記前置増幅器との間の接続部用のシールドを備え得る、請求項32に記載の方法。
- 前記複数の検出電極からの第1の検出電極と第2の検出電極との間に配置される、電圧と結合された遮蔽導体を提供する工程
をさらに含む、請求項20〜33のいずれか一項に記載の方法。 - 前記前置増幅器は、複数の増幅トランジスタ対を備える差動増幅器を備え、各増幅トランジスタ対は、第1のイメージ電流信号に基づいて信号を受信するよう構成されたそれぞれの第1の増幅トランジスタと、第2のイメージ電流信号に基づいて信号を受信するよう構成されたそれぞれの第2の増幅トランジスタとを備え、各増幅トランジスタ対の前記それぞれの第1および第2の増幅トランジスタは、差動対として構成され、前記複数の増幅トランジスタ対は、並列に配列される、請求項20〜34のいずれか一項に記載の方法。
- イオントラッピングボリュームにイオンを捕捉する工程と、
複数の検出電極を使用して、前記イオントラッピングボリュームに捕捉されたイオンからイメージ電流を検出する工程と、
前記複数の検出電極からの第1の検出電極と第2の検出電極との間に配置される遮蔽導体を提供する工程と、
前記複数の検出電極のうちの少なくとも1つで検出されたイメージ電流に基づいて決定される電圧を前記遮蔽導体に印加し、前記遮蔽導体と、前記第1の検出電極および前記第2の検出電極を含む検出構成の信号搬送部との間のキャパシタンスを低減させる工程と
を含む、静電イオントラッピング方法。
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