MX2014013901A - Amplificador de transimpedancia capacitiva con desfase. - Google Patents

Abstract

Se describen espectrómetros que incluyen detectores capacitivos integrados. Un detector capacitivo integrado integra la corriente iónica del colector en su voltaje cambiante. El detector incluye el colector configurado para recibir iones en espectrómetro, un dieléctrico, y una placa dispuesta en configuración de solapamiento con el colector sobre un lado opuesto de dieléctrico. El detector también incluye un amplificador. Se describe un detector capacitivo con desfase.

Description

AMPLIFICADOR DE TRANSIMPEDANCIA CAPACITIVA CON DESFASE Campo de la Invención La presente descripción se refiere a un aparato detector y más particularmente a detectores para espectrómetros.

Antecedentes de la Invención Los espectrómetros de movilidad iónica ("IMS") y espectrómetros de movilidad iónica asimétricos de campo ("FAIMS") o aparato espectrómetro de movilidad diferencial ("DMS") se usan frecuentemente para detectar sustancias tales como explosivos, ampolletas y agentes nerviosos o similares. Un espectrómetro incluye típicamente una celda detectora a la cual una muestra de aire que contiene una sustancia sospechosa o analito se suministra como un gas o vapor. La celda opera en o cerca de presión atmosférica y contiene electrodos energizados para producir un gradiente de voltaje a lo largo de la celda.

Las moléculas en la muestra de aire se ionizan, tal como por medio de una fuente radioactiva, una fuente ultravioleta ("UV"), o por descarga corona, y se admiten en la región de deriva de la celda por una puerta electrostática en un extremo. Las moléculas ionizadas se desplazan al extremo opuesto de la celda en una velocidad dependiente del tamaño del ion a un colector, que provoca un pulso de corriente en el colector. La corriente en el colector se convierte a un voltaje y se amplifica. Al medir el tiempo de vuelo a lo largo de la celda es posible identificar el ion.

El contenido planteado en esta sección de antecedentes de la invención no se debe asumir por ser téenica previa simplemente como un resultado de su mención en la sección de los antecedentes de la invención. Similarmente, un problema mencionado en la sección de antecedentes de la invención o asociado con el contenido de la sección de antecedentes de la invención no se debe asumir por haber sido reconocido previamente en la técnica previa. El contenido en la sección de antecedentes de la invención representa simplemente diferentes procedimientos, que en y por si mismas también pueden ser invenciones.

Sumario de la Invención Se describen espectrómetros incluyendo detectores capacitivos con desfases. Los espectrómetros se pueden utilizar para ionizar moléculas de una muestra de interés a fin de identificar las moléculas basadas en los iones. En una implementación, los iones se desplazan a lo largo de una cámara dentro de un espectrómetro y se recolectan por un colector. La señal del ion producida se amplifica por un amplificador de transimpedancia. Un capacitor se coloca en un bucle de retroalimentación del amplificador de transimpedancia. Este circuito se configura para actuar como un integrador. La salida del circuito se conecta a un sistema de medición.

En un aspecto, se proporciona un espectrómetro. El espectrómetro incluye un detector. El detector incluye un corrector configurado para detectar iones y un amplificador de transimpedancia capacitiva acoplado al colector. El espectrómetro también incluye un circuito de desfase acoplado al amplificador de transimpedancia capacitivo incluido en el detector.

En otro aspecto, se proporciona un espectrómetro. El espectrómetro incluye un detector. El detector incluye un amplificador que incluye una entrada y una salida. La salida se acopla con un capacitor. El detector también incluye un colector acoplado con la entrada del amplificador configurado para recolectar iones que hacen contacto con el colector. El detector también incluye un circuito de desfase acoplado con el amplificador.

En otro aspecto, se proporciona un espectrómetro. El espectrómetro incluye un colector configurado para recibir iones acoplados con una unión aditiva. El espectrómetro también incluye la unión aditiva. La unión aditiva se acopla a una entrada de un amplificador que incluye una entrada y una salida, el amplificador también tiene una salida. El espectrómetro también incluye un circuito de desfase que incluye un circuito de desfase que incluye una entrada y una salida. La entrada se acopla con la salida del amplificador. El espectrómetro también incluye un capacitor acoplado con la salida del circuito de desfase y con la unión aditiva.

Este sumario se proporciona para introducir una selección de conceptos en una forma simplificada que se describe adicionalmente a continuación en la descripción detallada. Este sumario no se propone para identificar características claves o características esenciales del contenido reclamado, tampoco se propone para ser utilizado como una ayuda en determinar el alcance del contenido reclamado.

Breve Descripción de las Figuras La descripción detallada se describe con referencia a las figuras acompañantes. En las figuras, el dígito(s) más a la izquierda de un número de referencia identifica la figura en la cual el número de referencia primer se presenta. El uso del mismo número de referencia es diferente en casos en la descripción y las figuras pueden identificar artículos similares o idénticos.

La FIGURA 1 es una ilustración esquemática de un aparato IMS ejemplar que incluye un detector capacitivo integrado de acuerdo con una modalidad de esta descripción; la FIGURA 2 ilustra una vista detallada de una modalidad de un detector capacitivo integrado que se puede utilizar, por ejemplo, como un detector capacitivo integrado con el aparato IMS ejemplar ilustrado en la FIGURA 1; la FIGURA 3 es una ilustración esquemática de una modalidad de un circuito amplificador de transimpedancia, tal como, por ejemplo, un circuito formado por la disposición ilustrado en la FIGURA 2; la FIGURA 4 es una ilustración esquemática de una modalidad alterna del circuito formado por la disposición ilustrado en la FIGURA 2; la FIGURA 5 es una ilustración esquemática de una segunda modalidad de un aparato IMS que incluye un detector capacitivo integrado y un segundo detector; la FIGURA 6 es una ilustración esquemática de una modalidad de un detector con un circuito de reposición; la FIGURA 7 es una ilustración esquemática de una modalidad de un detector que incluye un circuito de desfase; la FIGURA 8 es una ilustración esquemática de otra modalidad de un detector que incluye un circuito de desfase; y la FIGURA 9 es una ilustración esquemática de otra modalidad de un detector que incluye un circuito de desfase.

Descripción Detallada de la Invención La FIGURA 1 es una ilustración esquemática de un espectrómetro ejemplar, ttaall ccoommoo un espectrómetro de movilidad iónica ("IMS") 100 que implementa ionización eléctrica de moléculas en una muestra de interés. El IMS 100 incluye un alojamiento alargado 102 que se extiende desde una primera pared 104 hasta una segunda pared 106. Definida en el alojamiento 102 próximo a la primera pared 104 está una entrada 108. Las moléculas de interés se pueden extraer en el alojamiento 102 a través de la entrada 108. El alojamiento 102 también define una cámara de ionización 110 y una cámara de deriva 112 en comunicación fluida pero separada por una puerta 114 que puede controlar el pasaje de los iones a la cámara de deriva 112. La cámara de ionización 110 incluye una fuente de ionización 116, que puede ser una fuente radioactiva, tal como una fuente de níquel 63, un dispositivo de descarga corona, una fuente de fotoionización, o cualquier otro tipo adecuado de fuente para ionizar la muestra de interés. La cámara de deriva 112 incluye pares electrodos 118 separados a lo largo de la cámara de deriva 112 para proporcionar un gradiente inicial a lo largo de la longitud de la cámara de deriva 112 que es efectiva para retirar iones de izquierda a derecha (como se muestra en la FIGURA 1). Próximo a la segunda pared 106 del alojamiento 102 en la cámara de deriva 112 está un colector 120 de un detector 122.

Los iones se detectan conforme los iones entran en contacto con el colector 120.

La ionización de las moléculas de interés puede presentarse en una variedad de formas. Por ejemplo, una fuente de ionización puede ionizar una molécula a través de varios procesos de múltiples etapas utilizando iones que se formen en el plasma.

En las modalidades, los iones reactivos se generan por una corona. Los iones reactivos ionizan las moléculas de interés. Por ejemplo, la fuente de ionización forma iones que se retiran subsecuentemente para ionizar las moléculas de interés. Los iones reactivos pueden ser gases ionizados (por ejemplo, nitrógeno y gases en aire) y otros gases en la cámara de ionización, tal como agua, y asi sucesivamente. Aunque la fragmentación de la molécula de interés es posible, la ionización se puede controlar para dar por resultado una ionización "suave" minimizando de esta manera la fragmentación de la molécula en favor de la molécula que lleva una sola carga, por ejemplo, más o menos una carga.

En una modalidad, el IMS registra que tanto toma un ion para alcanzar el colector 120 después de que la puerta 114 se abre. Este tiempo de vuelo se puede asociar con la molécula subyacente. La movilidad iónica del ion se utiliza para identificar la molécula asociada con el ion. Por ejemplo, se puede utilizar una computadora para comparar la salida 122 del detector con una biblioteca de plasmagramas de iones conocidos. La corriente iónica descargada del colector 120 es típicamente muy pequeña. Por lo tanto, como se describirá adicionalmente a continuación, el detector 122 incluye un circuito de amplificación 124 que incluye un elemento de amplificación 126 para amplificar la corriente iónica. La salida del detector 122 se puede acoplar a un sistema de medición 123, como se planteará adicionalmente a continuación.

Las modalidades de los sistemas de medición 123 pueden incluir convertidores análogos a digitales, los convertidores digitales a análogos, elementos de amplificación, procesadores, etc., como se explicará adicionalmente a continuación. Los procesadores no se limitan por los materiales de los cuales se forman o los mecanismos de procesamiento empleados en los mismos. Por ejemplo, el procesador puede estar comprendido de semiconductor(s) y/o transistores (por ejemplo, circuitos integrados electrónicos ("IC's")). La memoria se puede incluir con el procesador. La memoria puede almacenar datos, tales como un programa de instrucciones para operar el IMS, datos, y así sucesivamente. Aunque un solo dispositivo de memoria se puede utilizar, se puede emplear una amplia variedad de tipos y combinaciones de memoria (por ejemplo, memoria tangible), tal como memoria de acceso aleatorio ("RAM"), memoria de disco duro, memoria de medio removible, memoria externa, y otros tipos de medios de almacenamiento leíbles por computadora. Las modalidades pueden incluir otros sistemas de medición adecuados.

Los iones se mueven hacia abajo de la cámara de deriva 112 hacia la segunda pared 106. Situado próximo a la segunda pared 106 está el colector 120. En la modalidad ilustrada, el colector 120 es soportado por un dieléctrico 128. El dieléctrico 128 puede ser cualquier dieléctrico adecuado, y en la modalidad ilustrada es una tarjeta de circuito impreso ("PCB") compuesto de poliimida. El colector 120 se puede componer de cualquier material adecuado (por ejemplo, cobre, otros metales, materiales conductivos, etc.) o combinación de materiales y se puede depositar sobre la PCB o acoplar con la PCB por medios adecuados.

La FIGURA 2 ilustra una vista detallada de una modalidad de un detector capacitivo integrado que se puede utilizar, por ejemplo, como un detector capacitivo integrado con el aparato IMS ejemplar ilustrado en la FIGURA 1. El colector 220 se deposita en la PCB 228 sobre un área adecuada para recolectar los iones. En una modalidad, la PCB 228 es sustancialmente circular con un diámetro de aproximadamente 7.5 milímetros y un área cuadrada de aproximadamente 44 milímetros cuadrados. Otras formas adecuadas, dimensiones, y áreas también Se contemplan. En una modalidad, el colector 220 es de un tamaño que es suficientemente compacto mientras que permita la detección precisa. En la modalidad ilustrada, el colector 220 está circundado por un anillo protector 230.

El anillo protector 230 se puede formar de cualquier material adecuado.

Soportado en el lado de la PCB 228 opuesta al conector 220 está un elemento de placa capacitivo 232. El elemento de placa capacitivo 232 se puede componer de cualquier material adecuado (por ejemplo, cobre, otros metales, etc.) o combinación de materiales y se puede depositar sobre la PCB o acoplar con la PCB mediante cualquier medio adecuado.

Un capacitor de placa paralelo tiene una capacitancia basado en el área superficial solapante de las placas, la separación entre las placas, y la constante dieléctrica (permitividad relativa) de acuerdo con la ecuación C = (k*8.854*10~12*A/D) *1*10~12 donde k es la constante dieléctrica del material dieléctrico, A es el área de solapamiento de las placas, D es la distancia entre las placas, y C es la capacitancia del capacitor.

Las porciones de solapamiento del elemento de placa capacitivo 232 y el colector 220, junto con la PCB 228 se configuran para actuar como un capacitor, con la porción de colector 220 que traslapa el elemento de placa capacitivo 232 que actúa como una de las placas de un capacitor y la PCB 228 que actúa como el dieléctrico, y el elemento de placa capacitivo 232 que actúa como la otra placa de un capacitor. El elemento de placa capacitivo 232 se dimensiona para tener un área que traslapa una porción del área del conector 220 para lograr una capacitancia deseada para una aplicación deseada, como se describe adicionalmente a continuación. En una modalidad, la PCB 228 se forma de poliimida, que tiene una constante dieléctrica de aproximadamente 3.4. El elemento de placa capacitivo 232 se dimensiona para tener aproximadamente 44 milímetros cuadrados de área que traslapa el colector 220. La PCB 228 es de aproximadamente 1.5 milímetros de espesor. De esta manera, la capacitancia del capacitor formado por el colector 220, el elemento de placa capacitivo 232, y la PCB 228 es de aproximadamente 0.883 picoFaradios. Otras disposiciones que dan por resultado otras capacitancias adecuadas para varias aplicaciones también se pueden contemplar.

Como se explicará adicionalmente a continuación, el capacitor formado por las porciones de solapamiento del elemento de placa capacitivo 232 y el colector 120 junto con el dieléctrico y el colector 220 forma un nodo de unión aditiva de un circuito amplificador de transimpedancia capacitivo. Este nodo de unión aditiva se acopla con una primera entrada 234 del elemento de amplificación 226.

Con referencia adicional a la FIGURA 2, el elemento de amplificación 226 es un amplificador de operación de cualquier tipo adecuado. Adicionalmente, otros tipos adecuados de elementos de amplificación también Se contemplan. La primera entrada 234 del amplificador operacional 226 es su entrada de inversión. El amplificador operacional 226 también incluye una segunda entrada 236, que es la entrada no de inversión del amplificador operacional 226. La segunda entrada 236 del amplificador operacional 226 se conecta a tierra. El amplificador operacional 226 también incluye una salida 238. La salida 238 se acopla con el elemento de placa capacitivo 232.

La FIGURA 3 es una ilustración esquemática del circuito formado por el aparato ilustrado en la FIGURA 2. El capacitor formado por el elemento de placa capacitivo 232, el dieléctrico 228, y el colector 229 de la FIGURA 2 funciona como un capacitor de retroalimentación 340 colocado en un bucle de retroalimentación de elemento de amplificación 326. El capacitor de retroalimentación 340 y el colector 320 se unen en un nodo de unión aditiva 342 que se acopla con la entrada de inversión 334 del amplificador operacional 326.

El circuito de la FIGURA 3 funciona como un amplificador de transimpedancia capacitivo que convierte la corriente aplicada a su entrada a una salida de baja impedancia. Conforme los iones impactan el colector 320, esta señal de ion provoca que la carga se acumule a través del capacitor 340 y la salida del amplificador operacional 326 se incrementa en la dirección positiva o negativa dependiente de la polaridad de la señal de entrada. De esta manera, el circuito, como es ilustrado, opera como un integrador e integra la corriente iónica del colector 320 como un voltaje de incremento.

Conforme la carga se acumula en el capacitor 340, el capacitor 340 puede alcanzar su limite operacional, requiriendo la descarga para reposicionar el capacitor 340. En una modalidad, el capacitor 340 se acopla en paralelo con un circuito de conmutación de reposición 344. Cuando se desee reposicionar el capacitor 340, el interruptor de circuito de conmutación de reposición 344 se puede cerrar, permitiendo que el capacitor 340 se reposicione y se descargue. En modalidades, el circuito de conmutación de reposición 344 también puede contener elementos resistivos para controlar la velocidad de cambio del voltaje para limitar la corriente instantánea y asi sucesivamente.

La FIGURA 4 es una ilustración esquemática del circuito formado por el aparato ilustrado en la FIGURA 2 con una disposición alterno para descargar el capacitor 440. Varios amplificadores operacionales 426 proporcionan diodos de protección de entrada. El elemento de placa capacitivo 432 que se acopla con la salida del amplificador operacional 426 se conmuta para estar a tierra. La carga almacenada en el capacitor luego se disipa a través de los diodos de protección del amplificador operacional 426. En algunas modalidades, los elementos resistivos se proporcionan para limitar la corriente instantánea durante la descarga.

El amplificador operacional 426 incluye conexiones de su ministro para proporcionar energía al amplificador operacional 426. El capacitor 440 se reposiciona, en algunos ejemplos, al poner a tierra las conexiones de suministro del amplificador operacional 426. La carga almacenada en el capacitor 440 luego se disipa a través de las estructuras de diodo internas del amplificador operacional.

En otra modalidad, el capacitor 440 se reposiciona al revertir parcial o completamente las conexiones de suministro del amplificador operacional 426. La carga almacenada en el capacitor 440 luego se disipa a través de las estructuras de diodo internas del amplificador operacional. En algunas modalidades, los elementos resistivos se incorporan para controlar la velocidad del cambio del voltaje para limitar la corriente instantánea.

En aún otra modalidad, el espectrómetro 100 incluye además generadores de iones en celdas de polaridad conmutadas. En lugar de reposicionar el capacitor 440, los generadores de iones se utilizan para hacer oscilar el capacitor a la polaridad opuesta.

La FIGURA 5 ilustra una modalidad alterna de un espectrómetro 500. El espectrómetro 500 incluye sustancialmente los mismos componentes como el espectrómetro 100 de la FIGURA 1, sin embargo, el espectrómetro 500 también incluye un segundo colector 546, un segundo amplificador operacional 548 y un elemento resistivo 550 colocados en un bucle de retroalimentación del amplificador operacional 548. El elemento resistivo 550 y el segundo colector 546 se acoplan en una unión 552 que se acopla con la entrada de inversora 554 del segundo amplificador operacional 548. La entrada no inversora 556 del segundo amplificador operacional 548 está a tierra.

En la operación en esta modalidad, una muestra de interés se extrae en la cámara de ionización 510 y la fuente de ionización 516 ioniza la muestra. Para una primera porción de tiempo subsecuente a la puerta 514 que se abre permitiendo que los iones viajen a través de la cámara de deriva 512, los iones se recolectan por el segundo colector 546. Durante este periodo de tiempo, el primer colector 520 y sus circuitos relacionados se mantienen en un estado de reposición. La ionización o la fuente de ionización 516 dan por resultado típicamente un pico de iones reactivos (y corriente pico de iones reactivos resultante). Hasta que este pico de iones reactivos ha pasado, el segundo conector 546 y sus circuitos asociados se pueden utilizar. Sin embargo, después del pico de iones reactivos, el primer colector 520 y sus circuitos relacionados ya no se mantienen para reposicionar y se reutilizan para monitorear la corriente iónica ya sea sola o en combinación con el segundo colector 546. La disposición descrito se puede utilizar de esa manera para magnificar las porciones seleccionadas del espectro de iones.

La FIGURA 6 ilustra una modalidad alterna de un detector 622. En esta modalidad, la salida del amplificador operacional 626 se acopla con un elemento resistivo 657. El elemento resistivo 657 se acopla con un interruptor 659 que, cuando se cierra, pone a tierra el elemento resistivo 657. Cuando el interruptor 659 se abre, el elemento resistivo 657 se acopla con la entrada no inversora de un segundo elemento de amplificación 661. En una modalidad, un amplificador de instrumentación. La salida del segundo amplificador operacional 661 se acopla con el capacitor de retroalimentación 640. Basado en esta configuración, la carga a través del capacitor de retroalimentación 640 se puede cambiar independientemente del estado existente del sistema e independientemente de la señal de entrada. Cuando el interruptor 659 se cierra, el voltaje en el elemento de paca capacitivo 632 conectado al segundo elemento de amplificación 661 se puede conducir a cualquier nivel dentro de los voltajes de suministro del elemento de amplificación. La placa opuesta del capacitor 640 se mantiene cerca de la tierra por los diodos montados en oposición 663. Mientras que los diodos 663 se muestran como elementos separados, en una modalidad, estos diodos 663 se incorporan en el circuito de entrada del primer elemento de amplificación 626. De esta manera, en una modalidad el capacitor 640 se puede reposicionar sin componentes adicionales o conexiones adicionales al nodo de unión aditiva 642.

Se contempla que las modalidades de los detectores capacitivos se pueden utilizar sin ser reposicionados, por ejemplo, al utilizar características de desfase. Un ejemplo de un detector con el cual Se contempla que las modalidades de la presente invención se podrían utilizar se describe en la Solicitud de Patente de E.U.A. No. 61/654,333, titulada Integrated Capacitor Transimpedance Amplifier, que se presentó concurrentemente con y fue cedida al cesionario de la presente solicitud, incorporada en la presente a manera de referencia en su totalidad. Adicionalmente, también Se contempla que las modalidades de la presente invención se pueden utilizar con cualquier aparato espectrómetro adecuado, incluyendo aquellos en los cuales el colector no forma una parte de un capacitor o almacena carga (por ejemplo, capacitor separado).

Con referencia a la FIGURA 7, se ilustra una modalidad de un detector capacitivo con desfase 760. En esta modalidad, la salida 762 del detector 760 se acopla con un sistema de medición 723. En una modalidad, el sistema de medición 723 incluye un convertidor análogo a digital de cualquier tipo adecuado. En la modalidad ilustrada, el detector 760 se configura para funcionar como un integrador conducido por la señal de iones de un espectrómetro de movilidad iónica.

El detector 760 incluye un elemento de amplificación operacional 764. En una modalidad, un amplificador operacional, y un capacitor 766. El capacitor 766 se acopla con la salida de un colector 768 en una unión de aditivo 770, que se acopla con la entrada inversora 772 del amplificador operacional 764. La entrada no inversora 774 del amplificador operacional 764 se pone a tierra. El capacitor 766 también se acopla con un circuito de desfase 776. El circuito de desfase 776 se conecta con la salida del amplificador operacional 764.

En la operación, el detector 760 opera como un integrador con la señal de iones de un aparato de espectrometría recolectado por el colector 768 que conduce el integrador. La señal de iones provoca que la carga se acumule a través del capacitor 766 y la salida del amplificador operacional 764 se incrementa en la dirección positiva o negativa dependiendo de la polaridad de la señal de entrada.

En algunos sistemas, la salida disponible de los amplificadores operacionales se puede limitar por su voltaje de suministro. Adicionalmente, los sistemas de medición 723 o componentes de los mismos pueden tener un intervalo de entrada limitado. De esta manera, una señal de entrada del conector 768 de una sola polaridad puede provocar que la salida del amplificador operacional 764 alcance su límite o alcance el limite del intervalo de entrada del sistema de medición 723 o un componente del mismo.

El circuito de desfase 776 desfasa la señal de salida de modo que la salida del amplificador operacional 764 se regresa dentro de su limite y el limite del intervalo de entrada del sistema de medición 723. De esta manera, el intervalo de entrada del sistema de medición se puede reutilizar, si cada vez la señal de salida del amplificador operacional 764 sale del intervalo se desfasa por el intervalo de entrada del sistema de medición 723.

En la modalidad ilustrada en la FIGURA 7, el sistema de medición 723 incluye un convertidor análogo a digital con un intervalo de entrada limitado. El circuito de desfase 776 en la modalidad ilustrada en la FIGURA 7 incluye una fuente de voltaje 778. La fuente de voltaje 778 genera selectivamente voltaje de modo que cuando el voltaje de salida del amplificador operacional 764 va por arriba de un limite de pre-reposición, la fuente de voltaje 778 genera voltaje para desfasar el voltaje de salida y regresar la salida del amplificador operacional de nuevo dentro de sus limites y la salida 762 del detector 760 dentro del intervalo de entrada del sistema de medición 723.

La FIGURA 8 ilustra otra modalidad de un detector capacitivo con desfases 860. En esta modalidad, el circuito de desfase 876 incluye un segundo elemento de amplificación 880 tal como un amplificador de segmentación. Otros elementos de amplificación adecuados incluyen, pero no se limitan a, amplificadores de instrumentación de circuitos integrados o amplificadores de instrumentación formados de diversos componentes, o similares. La salida del amplificador operacional 864 se acopla con la entrada no inversora 882 del amplificador de instrumentación 880. La entrada inversora 884 está a tierra. El amplificador de instrumentación 880 también incluye una entrada de voltaje de referencia 886 acoplada con una fuente de voltaje de referencia selectivamente variable 888.

Al variar la salida de voltaje por la fuente de voltaje de referencia selectivamente variable 888, la salida del amplificador de instrumentación 880 y del detector 860 se pueden variar. De esta manera, cuando el limite de salida del amplificador operacional 864 se alcanzaría, el ajuste de la salida de la fuente de voltaje 888 se 860.

La FIGURA 9 ilustra otra modalidad de un detector capacitivo con desfase 960. En esta modalidad, la entrada de referencia 986 del amplificador de instrumentación 980 se acopla con un convertidor digital análogo 990. La salida 962 del detector 960 se acopla con un convertidor análogo a digital 992 que a su vez se acopla con un circuito de control 994, tal como un procesador. El circuito de control 994 se acopla con el convertidor digital análogo 990. De esta manera, el circuito de control 994 recibe una señal basada en la salida 962 del detector 960 y se configura para proporcionar una entrada para controlar la amplificación del amplificador de instrumentación 980. El control del amplificador de instrumentación 980 en una modalidad se puede basar en la señal de salida del detector 960, lógica programada, o cualquier otro control adecuado. En una modalidad, el control selectivo del desfase por el circuito de control 994 se puede controlar en cualquier momento.

En una modalidad, el convertidor análogo a digital 992, el circuito de control 994, y el convertidor digital análogo 990 se pueden combinar en un microcontrolador.

En otra modalidad que utiliza un amplificador de transimpedancia capacitivo integrado, tal como aquel descrito en la Solicitud de Patente de E.U.A. No.61/654,333, titulada Integrated Capacitor Transimpedance Amplifier, que se presentó concurrentemente con y fue cedida al cesionario de la presente solicitud, que el convertidor análogo a digital 992, el circuito de control 994, y el convertidor digital análogo 990 se pueden integrar con y soportar por el dieléctrico descrito en la presente. Adicionalmente, el colector descrito en el amplificador de transimpedancia del capacitor integrado puede actuar como una placa de capacitor de los detectores capacitivos con el desfase descrito en lo anterior y se ilustra en las figuras en la presente.

De esta manera, se puede observar que las modalidades de un detector capacitivo con desfase como se describe puede permitir un rango dinámico amplio limitado solo por especificación de voltaje del capacitor y los limites de un segundo elemento de amplificación mientras que mantiene otros niveles en la disposición dentro de los limites normales. Las modalidades de un detector capacitivo con desfase como se describe pueden proporcionar un rango de sistema dinámico a amplio a pesar de suministro y los limites de salida de un amplificador utilizado en un circuito integrador o intervalo de entrada limitado de los sistemas de medición o análogo al convertidor digital.

En otra modalidad, un amplificador de alto desempeño con una corriente de polarización de entrada pequeña y operación de voltaje de suministro bajo se pueden combinar con un amplificador de instrumentación que opera de voltajes de suministro más altos agregando desfase para permitir un intervalo dinámico amplio.

Las modalidades de los detectores que incluyen amplificadores de transimpedancia capacitivos pueden evitar o reducir el ruido térmico, proporcionando una señal de ruido baja.

Mientras que la referencia se hace a los amplificadores y a los elementos de amplificación, no se propone que un amplificador o un elemento de amplificación se limiten a un solo elemento. En cambio, Se contempla que estos términos en algunas modalidades puedan abarcar circuitos incluyendo múltiples elementos, circuitos integrados, o cualquier otra disposición adecuado para amplificación.

Mientras que el detector capacitivo integrado se describe en lo anterior en combinación con una modalidad particular de un IMS, Se contempla que las modalidades del detector capacitivo integrado se utilizarán con varias disposiciones de espectrómetros diferentes, incluyendo FAIMS y DMS. El aparato de espectrometría ejemplar con el cual Se contempla que las modalidades de los detectores capacitivos integrados se pueden utilizar, se describen, por ejemplo, en las Patentes de E.U.A. Nos. 6,051,832 de Bradshaw y colaboradores, 6,255,623 de Turner y colaboradores, 5,952,652 de Taylor y colaboradores, 4,551,624 de Spangler y colaboradores, 6,459,079 de Machlinski y colaboradores, y 6,495,824 de Atkinson, la descripción de cada una de la cual se incorpora en la presente, en su totalidad, a manera de referencia.

El uso de los términos "un/una" y "la/el" y referentes similares en el contexto de describir la invención (especialmente en el contexto de las siguientes reivindicaciones) se va a considerar que cubren tanto el singular como el plural a menos que se indique de otra manera en la presente o se contradiga claramente por el contexto.

Los términos "que comprende", "que tiene", "que incluye", y "que contiene" se van a considerar como términos indefinidos (es decir, significan "que incluyen, pero no se limita a"), a menos que se indique de otra manera. La cita de los intervalos de valores en la presente son simplemente propuestos para servir como un método abreviado para referirse individualmente a cada valor separado que se encuentra dentro del intervalo, a menos que se indique de otra manera en la presente, y cada valor separado se incorpora en la especificación como si se hubieran citado individualmente en la presente. Todos los métodos descritos en la presente se pueden llevar a cabo en cualquier orden adecuado a menos que se indique de otra manera en la presente o se contradiga claramente de otra manera por el contexto. El uso de cualquiera y todos los ejemplos, o lenguaje ejemplar (por ejemplo, "tal como") proporcionado en la presente, se propone simplemente para ilustrar mejor la invención y no poseen una limitación en el alcance de la invención a menos que se reclame de otra manera. Ningún lenguaje en especificación se debe considerar como que indica cualquier elemento no reclamado como esencial a la práctica de la invención.

En modalidades adicionales, una variedad de dispositivos analíticos pueden hacer uso de las estructuras, téenicas, procedimientos, y así sucesivamente descritos en la presente.

De esta manera, aunque un dispositivo IMS se describe por todo este documento, una variedad de instrumentos analíticos pueden hacer uso de las téenicas, procedimientos, estructuras descritas, y así sucesivamente. Estos dispositivos se pueden configurar con funcionalidad limitada (por ejemplo, dispositivos delgados) o con funcionalidad consistente (por ejemplo, dispositivos gruesos). De esta manera, la funcionalidad de un dispositivo se puede relacionar con los recursos de software o hardware del dispositivo, por ejemplo, potencia de procesamiento, memoria, (por ejemplo, capacidad de almacenamiento de datos), capacidad analítica, y así sucesivamente. Por ejemplo, la fuente corona también se puede utilizar en otros tipos de espectrometría que implican un proceso de ionización tal como espectrómetros de masa ("MS").

Aunque esta descripción ha descrito modalidades en una manera estructural, la estructura y sus equivalentes estructurales y/o funcionales pueden llevar a cabo métodos.

Las modalidades preferidas de esta invención se describen en la presente, incluyendo el mejor modo conocido por los inventores para llevar a cabo la invención. Las variaciones de esas modalidades preferidas pueden ser evidentes para aquellas personas de experiencia ordinaria en el campo en la lectura de la descripción anterior. Los inventores esperan que los artífices expertos empleen tales variaciones como sea apropiado, y los inventores intentan que la invención se practique de otra manera que como se describe específicamente en la presente. Por consiguiente, esta invención incluye todas las modificaciones y equivalentes del contenido citado en las reivindicaciones adjuntas a la misma como es permitido por la lcy aplicable. Por otra parte, cualquier combinación de los elementos descritos en lo anterior en todas las variaciones posibles de los mismos se abarca por la invención a menos que se indique de otra manera en la presente o se contradiga claramente de otra manera por el contexto.

Aunque la invención se ha descrito en lenguaje específico a las características estructurales y/o actos metodológicos, se va a entender que la invención definida en las reivindicaciones adjuntas no se limita necesariamente a las características o actos específicos descritos. Más bien, las características y actos específicos se describen como formas ejemplares para implementar la invención reclamada.

Claims (25)

REIVINDICACIONES

1. Un espectrómetro, caracterizado porque comprende: un detector que incluye: un colector configurado para detectar iones; un amplificador de transimpedancia capacitivo acoplado al colector; y un circuito de desfase acoplado al amplificador de transimpedancia capacitivo incluido en el detector.

2. El espectrómetro de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el circuito de desfase comprende una fuente de voltaje.

3. El espectrómetro de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el circuito de desfase comprende un amplificador de amplificación variable.

4. El espectrómetro de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque además comprende un circuito de control configurado para modular la amplificación del amplificador de amplificación variable.

5. El espectrómetro de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el circuito de control comprende un procesador; en donde el circuito de control se acopla con la salida del amplificador de transimpedancia capacitivo; y en donde el circuito de control modula la amplificación del amplificador de amplificación variable basado en la salida del amplificador de transimpedancia capacitivo.

6. El espectrómetro de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque comprende un convertidor análogo a digital acoplado con la salida del detector.

7. El espectrómetro de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque comprende un circuito de control que incluye un procesador acoplado con el convertidor análogo a digital, y un convertidor digital análogo acoplado con el procesador y con el amplificador de amplificación variable.

8. El espectrómetro de conformidad con la reivindicación 6 o 7, caracterizado porque el circuito de control se configura para controlar la amplificación del amplificador de amplificación variable para mantener la salida del detector dentro del intervalo dinámico del amplificador de transimpedancia capacitivo y el convertidor análogo a digital.

9. El espectrómetro de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el conector se configura como una de las placas de un capacitor de retroalimentación del amplificador de transimpedancia capacitivo.

10. El espectrómetro de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el amplificador de transimpedancia capacitivo incluye un amplificador operacional con un capacitor configurado en un bucle de retroalimentación del amplificador operacional.

11. El espectrómetro de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el colector y el capacitor se acoplan en una unión aditiva; en donde la unión aditiva se acopla con una entrada del amplificador operacional; y en donde ninguno de otros componentes se acoplan directamente con la unión aditiva.

12. El espectrómetro de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el amplificador de transimpedancia capacitivo se configura como un integrador configurado para integrar la corriente iónica del colector como un voltaje.

13. El espectrómetro de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque además comprende un segundo colector acoplado con un segundo amplificador de transimpedancia configurado para recibir iones por lo menos hasta que ha pasado un pico de iones.

14. El espectrómetro de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el espectrómetro comprende un espectrómetro de movilidad iónica configurado para operar sustancialmente a presión ambiental.

15. Un espectrómetro caracterizado porque comprende: un detector que comprende: un amplificador que incluye una entrada y una salida, la salida que se acopla con un capacitor; un colector acoplado con una entrada del amplificador configurado para recolectar iones que hacen contacto con el colector; y un suministro de desfase acoplado con el amplificador.

16. El espectrómetro de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque el circuito de desfase se configura para desfasar selectivamente la salida del amplificador.

17. El espectrómetro de conformidad con la reivindicación 15 o 16, caracterizado porque el circuito de desfase se configura para desfasarse selectivamente la salida del amplificador para mantener la salida del amplificador dentro del intervalo dinámico del amplificador.

18. El espectrómetro de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque el capacitor se configura en un núcleo de retroalimentación del amplificador de modo que el amplificador y el capacitor se configuran para convertir una señal del colector a un voltaje.

19. El espectrómetro de conformidad con la reivindicación 15, 16, 17 o 18, caracterizado porque el circuito de desfase incluye un amplificador selectivamente ajustable configurado en el bucle de retroalimentación del amplificador.

20. El espectrómetro de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 15 a 19, caracterizado porque el capacitor comprende por lo menos una porción del colector, un elemento de placa capacitivo, y un dieléctrico arreglado entre el colector y el elemento de placa capacitivo.

21. Un espectrómetro, caracterizado porque comprende: un colector configurado para recibir iones en el espectrómetro acoplado con una unión aditiva; la unión aditiva acoplada a una entrada de un amplificador, el amplificador que incluye una salida; un circuito de desfase que incluye una entrada y una salida, la entrada que se acopla con la salida del amplificador; y un capacitor acoplado con la salida del circuito de desfase y con la unión aditiva.

22. El espectrómetro de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque el amplificador comprende un amplificador operacional, en donde el circuito de desfase incluye un amplificador de instrumentación selectivamente ajustable.

23. El espectrómetro de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque además comprende un microprocesador configurado para ajustar la amplificación del amplificador de instrumentación.

24. El espectrómetro de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 21 a 23, caracterizado porque el amplificador y el capacitor se arreglan para formar un amplificador de transimpedancia capacitivo, en donde el capacitor, el colector, y el amplificador son los únicos componentes acoplados eléctricamente con la unión aditiva.

25. El espectrómetro de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 21 a 24, caracterizado porque el espectrómetro comprende un espectrómetro de movilidad iónica configurado para operar sustancialmente a presión ambiental.