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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 3

Moderne Digitizer und Analysatoren

Bei der neuesten Digitizer-Generation wurden die meisten dieser Probleme beseitigt. Durch den Einsatz des PCIe-Busses anstelle des älteren PCI-Busses können die Übertragungsraten ohne weiteres 3 GB/s übersteigen. Zudem gehört bei den meisten schnellen Digitizern die FPGA-Technologie zum Standard. Die ultraschnellen Übertragungsraten und die FPGA-Technologie ermöglichen es den Anwendern, ihren eigenen Signalverarbeitungspfad zu wählen. Aufgezeichnete Signalformen können umgehend an den PC weitergeleitet werden, sodass je nach Bedarf sowohl hardware- als auch softwarebasierte Mittelungsverfahren angewendet werden können.

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Beispielsweise verfügt die Digitizer-Karte M4i.2230-x8 von Spectrum (Bild 2) über eine Abtastrate von bis zu 5 GSa/s, eine Bandbreite von über 1,5 GHz und einen On-Board-Speicher mit 4 GSa. So kann sie ohne Schwierigkeiten lange Aufzeichnungen machen und schnelle Pulse im Subnanosekunden-Bereich erfassen. Die Einheit verfügt über einen FPGA, der die Addition von 32-kSa-Aufzeichnungen bei Triggerraten von bis zu 150 kHz oder von 128-kSa-Aufzeichnungen bei Raten von 38 kHz ermöglicht. Für längere Aufzeichnungen kann die Addition in der Software durchgeführt werden, wobei in Tests 512 kSa bei einer Triggerrate von 6 kHz erreicht wurden. Die Fähigkeit, lange Aufzeichnung per Software zu addieren, verdankt die Karte vor allem ihrem PCI-Bus der zweiten Generation mit acht Lanes, der Übertragungsraten von bis zu 3,4 GB/s unterstützt.

Ein weiteres Merkmal moderner Digitizer ist ihr TDC-ähnlicher Betrieb. Mit der geeigneten Firmware (wie zum Beispiel der Blockstatistik-Option von Spectrum) können die Karten für die Ausführung von Peak-Erkennungsfunktionen eingerichtet werden. Dabei werden die Position eines Peaks (im Verhältnis zu einem Triggerpunkt) sowie seine Minimal- und Maximalwerte wirksam erfasst. Dieser Modus kann bei sehr hohen Triggerraten eingesetzt werden. Mit den Ergebnissen lassen sich Histogramme der Peak-Positionen erzeugen.

Auswahl eines geeigneten Digitizers

Bei der Vielzahl von Massenspektrometern auf dem Markt gibt es keinen Digitizer, der allein alle möglichen Systeme abdecken kann. Zu beachten sind wichtige Spezifikationen wie die Abtastrate und die Bandbreite, die die schmalsten noch digitalisierbaren Pulse definiert, sowie die vertikale Auflösung und die Empfindlichkeit. Diese definieren den Dynamikbereich und damit die Möglichkeit, gleichzeitig große und kleine Pulse aufzuzeichnen. Spectrum verfügt über eine große Bandbreite an Digitizern mit verschiedenen Leistungsmerkmalen. Die Tabelle führt die Modelle auf, die für die Massenspektrometrie am besten geeignet sind.