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Neue Einsatzmöglichkeiten

Massenspektrometrie mit Digitizern

25. September 2017, 13:30 Uhr | Von Greg Tate (Spectrum Instrumentation)

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Pulsanalyse

Bei den einfachsten Massenspektrometern werden Ladungs- oder Spannungswandler genutzt, um eine analoge Messung zu ermöglichen. Bei ausgefeilteren Systemen kommen Puls- oder Ionenzählmethoden mit Vorverstärkern, Diskriminatoren, Zählern, Time-to-Digital-Convertern (TDC), digitalen Oszilloskopen und Digitizern zum Einsatz (Bild 1). Bei den meisten modernen TOF-Massenspektrometern wird entweder die Time-to-Digital-Converter- oder Digitizer-Technologie genutzt.

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Einsatz von TDCs

TDCs stellen eine sehr kosteneffiziente Möglichkeit dar, die Ankunftszeit für jedes TOF-Ereignis zu messen. Zudem kann ein Histogramm für das Massenspektrum erzeugt werden, das veranschaulicht, wie häufig ein Puls mit einer bestimmten Ankunftszeit auftritt. Sie eignen sich für Ionenzählsysteme wie bei ESI, wo im Idealfall jeden Moment einzelne Ionen auf dem Detektor einschlagen.

TDCs bieten eine große Bandbreite an Zeitauflösungen (in Größenordnungen von einigen Dutzend Nanosekunden bis wenige Picosekunden), wodurch eine sehr genaue TOF-Messung möglich ist. Allerdings bieten TDCs nur Zeitinformationen, während einige andere Eigenschaften wie Pulsbreiten und -höhen für gewöhnlich verloren gehen. Zusätzlich können TDCs Mehrfachpulse, die von Ionen erzeugt werden, die gleichzeitig oder annähernd gleichzeitig am Detektor eintreffen, nur schwer auflösen. Der TDC fasst diese Mehrfachpulse zu einem einzigen Ereignis zusammen. So gestaltet sich der Einsatz von TDCs in Systemen, bei denen mehrere Ionen pro Peak auf dem Detektor einschlagen (wie etwa MALDI-TOF), sehr problematisch.

Flankenerkennung

Ein weiteres Problem bei Mehrfachpulsen ist der mögliche Zeitversatz (Verschiebung des Massenpeaks). Der TDC erkennt nur eine Flanke des Pulses; diese Flanke kann aber bei Pulsen von Einzelereignissen und Mehrfachereignissen leicht zeitversetzt auftreten. Das kann besonders in Situationen mit hohen Ionenzählraten ein erhebliches Problem darstellen.

Um also ein Spektrum mit einem guten Dynamikbereich zu erzeugen, müssen viele Aufzeichnungen gemacht werden. In der Praxis kann dies zehntausende Aufzeichnungen bedeuten. Zur Herausforderung wird das, wenn das System eine geringe Wiederholungsrate aufweist. Das ist etwa dann der Fall, wenn ein Laserpuls eingesetzt wird, der nur einige Male pro Sekunde abgegeben wird.