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Die Erfindung betrifft das Entfernen des elektronischen Rauschens aus solchen
Massenspektren, die als Einzelspektren aufgenommen und zu einem Summenspektrum addiert werden.
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Die Erfindung besteht darin, die Entfernung des Rauschens in den Einzelspektren und nicht im
Summenspektrum vorzunehmen, weil sich nur in den Einzelspektren eine Unterscheidung
zwischen Ionensignalen und elektronischem Rauschen vornehmen lässt.
Stand der Technik
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Viele Arten von Massenspektrometern akquirieren in schneller Folge Einzelspektren, die
jeweils nur die Signale einiger weniger Ionen enthalten und so eine schlechte Güte in Bezug auf
die Reproduzierbarkeit der Signalintensitäten für die einzelnen Ionenspezies im
Massenspektrum aufweisen. Diese Spektren, die teilweise mit einer sehr hohen Frequenz von mehreren
Kilohertz aufgenommen werden, werden dann sofort im Rechnersystem des
Massenspektrometers zu einem Summenspektrum aufaddiert, um brauchbare Spektren mit weniger
schwankenden Signalen für die Ionensorten verschiedener Massen zu erhalten. Die Addition dient
auch der Erhöhung der Messdynamik, da sehr schnelle Digitalisierer mit Raten um ein
Gigahertz nur Datenbreiten von 8 bit haben.
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Es seien hier einige extrem verschiedenartige Beispiele für diese Arten von
Massenspektrometern gegeben:
- - Flugzeitmassenspektrometer mit einer Ionisierung durch matrixunterstützte
Laserdesorption (MALDI-TOF). Hier werden typischerweise 50 bis 200, in einigen Geräten aber auch
einige 1000 Spektren addiert, die mit einer Rate von 10 bis 100 Spektren pro Sekunde und
einer Messbreite von bis zu 200 000 Messpunkten pro Spektrum aufgenommen werden.
Die Digitalisierungsrate beträgt hier etwa ein bis vier Gigahertz bei einer Wandlungsbreite
von 8 bit. Für eine Addition der Spektren stehen je nach Aufnahmerate 5 bis 100
Millisekunden zur Verfügung, das sind 25 bis 500 Nanosekunden pro Messpunkt. Meist werden
die Spektren zwischen den Aufnahmen der Einzelspektren in einen Rechner überführt und
erst dort weiter verarbeitet.
- - Flugzeitmassenspektrometer mit orthogonalem Einschuss der Ionen (OTOF), soweit hier
Analog-zu-Digital-Wandler eingesetzt werden. Es werden hier 1 000 bis 5 000 Spektren
addiert, die mit einer Rate von 20 000 Spektren pro Sekunde aufgenommen werden. Jedes
Spektrum umfasst etwa 25 000 Messpunkte; die Digitalisierungsrate beträgt etwa 500
Megahertz bei einer Datenbreite von 8 bit. Die Addition findet hier bereits in
digitalisierenden Transientenrekordern statt, die auf diese Aufgabe hin besonders entwickelt wurden.
Die Spektrenaufnahme findet hier unmittelbar aufeinanderfolgend statt; für die Addition
stehen daher nur jeweils zwei Nanosekunden zur Verfügung. Die Transientenrekorder sind
besonders auf niedriges Grundrauschen hin gezüchtet, das unterhalb von einem Zähler des
digitalisierten Wandlungswertes liegen soll, doch finden sich hier immer wieder
Schaltpeaks. Auch wenn diese nur jeweils ein bit betragen und nur gelegentlich auftauchen: wenn
sie sich immer wieder an derselben Stelle befinden, so addieren sie sich leicht zu
Pseudopeaks, die nichts mit realen Ionenpeaks zu tun haben.
- - Ionenfallenmassenspektrometer (ITMS) arbeiten gewöhnlich mit einer Addition von nur
etwa 5, in Grenzfällen aber bis zu 200 Spektren, abhängig von der Analysenaufgabe. Die
Spektren werden mit einer Frequenz von 5 bis 10 Spektren pro Sekunde aufgenommen und
umfassen jeweils bis zu 50 000 Messpunkte. Die Digitalisierungsrate liegt bei 300 Kilohertz
und hat eine Breite von 12 bis 16 bit; das elektronische Rauschen beträgt hier einige Zähler
des digitalisierten Messwertes. Große Anzahlen von Spektren werden besonders für die
Analyse großer Biomoleküle mit Ionisierung durch statisches Nanospray benötigt, da sich
hier jeweils nur wenige Ionen im auswertbaren Teil des Massenbereichs befinden. Durch
die gewöhnlich angewandte Elektrosprüh-Ionisierung (ESI) verteilen sich die Ionen auf
viele Ladungszustände; es gibt somit sehr große Anzahlen von Jonenspezies mit
Massensignalen verschiedener Massen-zu-Ladungsverhältnisse, wobei in aufeinanderfolgenden
Spektrennahmen nur gelegentlich ein Ion auf eine solches Massensignal fällt.
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Alle einzeln aufgenommenen Massenspektren enthalten jeweils außer den Ionensignalen auch
elektronisches Rauschen. Das elektronische Rauschen beträgt bei hoher Wandlungsbreite von
12 bis 16 bit meistens einige Zähler des digitalen Wandlers. Bei niedrigerer Wandlungsbreite
von 8 bit ist das Rauschen auch geringer, aber hier sind die Wandlungsraten und die Anzahlen
der zu addierenden Einzelspektren auch jeweils sehr groß.
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Die Ionen können wiederum reguläre Ionen sein, die sich im Summenspektrum zu einem
Massensignal (oder auch Massenpeak genannt) aufaddieren, oder auch Streuionen, die unter
Umgehung der sauberen. massenspektrometrischen Trennung der Ionen zu irgendeinem
Zeitpunkt auf den Detektor fallen und dort ein Ionensignal erzeugen. Die Streuionen liefern bei
der Addition der Spektren keine Massenpeaks, die das Vorhandensein von Ionensorten
bestimmter Massen-zu-Ladungsverhältnisse anzeigen, sondern addieren sich zu einem breiten
Streuuntergrund, der von dem addierten elektronischen Rauschen nicht mehr zu trennen ist.
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In allen oben angeführten Massenspektrometern werden Sekundärelektronenvervielfacher
(SEV) für die Messung der Ionenströme eingesetzt. Diese lassen sich grundsätzlich so
einstellen, dass ein einzelnes Ion ein Signal ergibt, das sich aus dem elektronischen Rauschen
signifikant heraushebt. Werden diese Spektren aufaddiert, so addieren sich die Ionensignale,
aber es addiert sich auch das elektronische Rauschen. Der Nullpunkt des Verstärkers wird
dabei meist so eingestellt, dass die Mittellinie des Rauschsignals etwas über der Nullinie liegt,
so dass man am Spektrum prüfen kann, dass kein Nutzsignal abgeschnitten wird. Entsprechend
steigt bei der Addition die Mittellinie des Rauschens und auch das Rauschen selbst an: die
Mittellinie steigt dabei linear mit der Anzahl der Spektren, das Rauschen mit der Wurzel aus
der Anzahl der Spektren an.
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Ein gelegentlich benutztes Hilfsmittel für die Unterdrücken des elektronischen Rauschens
besteht darin, die Mittellinie des Rauschens durch eine leichte negative Vorspannung des
Vorverstärkers (des Verstärkers vor der Wandlung in einen Digitalwert) unter die Nullinie des
Analog-zu-Digital-Wandlers (ADW oder ADC = analog to digital converter) zu drücken. Es
wird dabei das elektronische Rauschen jedes Einzelspektrums abgeschnitten, in gleicher Weise
aber auch das Nutzsignal. Da sich aber die Mittellinie des Rauschens über das Einzelspektrum
über den Massenbereich hinweg ins Positive oder Negative verschieben kann, ist dieses
Hilfsmittel nicht immer anwendbar, ohne größere Teile des Nutzsignals abzuschneiden.
Außerdem wird dadurch dem Verfahren jede Kontrolle über Driften der Nullinie entzogen; so
können beispielsweise Driften der Mittellinie durch Temperatureffekte nicht mehr
wahrgenommen und korrigiert werden.
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Es ist hergebrachte Technik, eine Glättung des Untergrundrauschens und einen
Untergrundabzug nur am Summenspektrum vorzunehmen. Dabei gehen Massenpeaks, die nur aus sehr
wenigen Ionen bestehen, regelmäßig verloren, da sie sich nicht mehr aus dem Rauschen
herausheben. Die Technik stammt aus einer Zeit, in der die Rechner aus Gründen ihrer
Langsamkeit noch nicht fähig waren, Einzelspektren in irgendeiner Weise vor dem Addieren zu
bearbeiten.
Aufgabe der Erfindung
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, das elektronische Rauschen so weit wie möglich zu
unterdrücken, dabei aber alle Signale, die von Ionen (auch von Streuionen) stammen, zu behalten.
Kurze Beschreibung der Erfindung
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Es ist die Grundidee der Erfindung, das elektronische Rauschen durch sehr schnelle
Rechenmethoden und sehr schnelle Rechner aus den Einzelspektren (und nicht mehr aus dem
Summenspektrum) zu eliminieren, da sich bei den Einzelspektren noch zwischen elektronischem
Rauschen und Ionensignalen - auch den Signalen einzeln auftretender Ionen - unterscheiden
lässt. Da das Aufaddieren der Einzelspektren zu den Summenspektren regelmäßig in Echtzeit
erfolgt (schon weil sonst riesige Mengen an Speicherplatz erforderlich wären), steht dazu nur
sehr wenig Zeit zur Verfügung; die heutigen sehr schnellen Signalprozessoren können aber, bei
geschickter Programmierung, diese Aufgabe auch für sehr hohe Spektrenaufnahmefrequenzen
leisten.
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Steht mäßig viel Rechenzeit zur Verfügung, so wird dazu ein Rauschband um die Mittellinie
des Rauschens definiert, und alle Signalwerte, die das Rauschband nicht übersteigen, werden
nicht zum Summenspektrum addiert, während von allen Signalwerten, die das Rauschband
übersteigen, der Wert der Mittellinie abgezogen wird, bevor sie zum Summenspektrum addiert
werden. Das Rauschband wird dabei in seiner Breite kleiner gewählt als die Signalhöhe eines
einzelnen Ions. Die Mittellinie des Rauschens wird dabei zweckmäßigerweise als gleitender
Mittelwert über eine vorgebbare Anzahl von Messungen berechnet.
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In einer einfacheren und schnelleren Ausführungsform der Erfindung werden bei der Addition
der Einzelspektren nur diejenigen Messwerte addiert, die einen Schwellenwert überschreiten.
Für Spektren, bei denen es auf die genaue quantitative Auswertung nicht ankommt, braucht
dabei der Mittelwert des Rauschens nicht abgezogen zu werden. Aber selbst ohne Abzug des
Rauschmittelwertes ist eine quantitative Auswertung möglich, wenn eine entsprechende
Kalibrierung vorgenommen wird.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die aber mehr Rechenzeit erfordert, kann
das Rauschband in seiner Breite und Lage dynamisch angepasst werden. Die Lage des
Rauschbandes kann durch die Lage des gleitenden Mittelwertes mitgeführt werden. Befinden
sich im Intervall für den gleitenden Mittelwert weniger als beispielsweise (einstellbar) 30% der
Messwerte, so kann automatisch die Breite des Rauschbandes um eine einstellbare Breitenstufe
erhöht werden. Es ist eine Erfahrung aus einigen Arten der Massenspektrometrie, dass sich das
elektronische Rauschen im Spektrum von kleinen nach höheren Massen hin erhöht; in anderen
Arten der Massenspektrometrie sind Bereiche von Spektren mit erhöhtem Rauschanteil zu
beobachten. Für ein neues Einzelspektrum wird das Rauschband dann wieder auf den
Anfangswert zurückgesetzt.
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Es kann das Rauschband aber auch unsymmetrisch verbreitert werden, je nachdem, wieviel
Signalwerte das Rauschband nach unten oder nach oben überschreiten.
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Das Rücksetzen auf den Anfangswert kann auch dynamisch gesteuert werden, beispielsweise,
indem als Anfangsmittelwert das Ergebnis der gleitenden Mittelwertsberechnung am Anfang
des letztaufgenommenen Spektrums, und für die Festlegung der Rauschbandbreite die
Anfangsstandardabweichung des letzten Spektrums verwendet wird.
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In einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird der gleitende Mittelwert auch dazu
benutzt, die Nullinieneinstellung durch Einstellung der Vorspannung des Vorverstärkers auf
vorgegebene Werte hin zu regeln.
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Das Ergebnis dieser an sich einfach klingenden, aber technisch nicht so einfachen Maßnahme
ist verblüffend: es werden Spektren einer bisher nicht gekannten Güte und Rauschfreiheit
erhalten. Es zeigt sich, dass für gut konstruierte Massenspektrometer, bei denen durch
konstruktive Maßnahmen der Anteil an vagabundierenden Streuionen klein gehalten wurde,
Spektren nicht nur ohne elektrisches Rauschen, sondern auch praktisch ohne
Rauschuntergrund durch Streuionen erhalten werden. Solche Ionen, die bisher in den Einzelspektren als
Streuionen angesehen wurden, addieren sich bei großen Anzahlen von Einzelspektren zu
vernünftigen Massensignalen.
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Letztendlich macht es diese Maßnahme überhaupt erst möglich, zwischen vagabundierenden
Streuionen und solchen Ionen, die sich zu Massenpeaks addieren, unterscheiden zu können.
Durch die Erfindung kann also eine Verbesserung der Massenspektrometer in Bezug auf eine
Unterdrückung der vagabundierenden Streuionen vorgenommen werden.
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Die Maßnahme der Eliminierung des elektronischen Rauschens führt in Ionenfallen
insbesondere auch zu einer wesentlich verbesserten Steuerung der optimalen Ionenanzahl. Es kann damit
bei Füllung der Ionenfallen mit Substanzen sehr niedriger Konzentration, die nur sehr schwache
Ionenströme liefern, näher an die Übersteuerungsgrenze herangegangen werden, was eine
deutlich verbesserte Nachweisempfindlichkeit für diese Substanzen zur Folge hat.
Kurze Beschreibung der Abbildungen
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Abb. 1 zeigt unten einen Ausschnitt aus einem nach bisheriger Technik aufgenommenen
Summenspektrum, das aus 100 Einzelspektren mit jeweils sehr niedrigem Ionenstrom besteht.
Das Spektrum zeigt übliches Rauschen, bei dem nicht entschieden werden kann, ob es sich um
elektronisches Rauschen oder um ein Rauschen durch Streuionen handelt.
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Abb. 1 oben hingegen zeigt ein Summenspektrum, das auf dem identischen Datensatz
beruht, aber behandelt mit dem erfindungsgemäßen Verfahren. Es wurden hier im Gegensatz
zum üblichen Verfahren sofortiger Addition die Einzelspektren abgespeichert, um den
Vergleich des herkömmlichen und des erfindungsgemäßen Verfahrens am gleichen Datensatz
zu ermöglichen. Es ist deutlich zu sehen, dass im oberen Spektrum in den meisten Bereichen
Ionensignale nur bei ganzzahligen Werten von Masse zu Ladung auftreten; hier sind also keine
Streuionen, sondern nur elektronisches Rauschen vorhanden. Nur in einigen wenigen Breichen,
beispielsweise um m/z = 130 atomare Masseneinheit pro Elementarladung herum, treten
Streuionen unbekannter Herkunft auf. Das Signal-zu-Rausch-Verhältnis ist dramatisch
verbessert; es lässt sich in weiten Bereichen überhaupt nicht mehr berechnen, da der
Untergrund rauschfrei ist.
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Das erfindungsgemäß aufgenommene obere Spektrum zeigt eine Reihe von Ionensignalen, die
im Rauschen des standardmäßig aufgenommenen unteren Spektrum überhaupt nicht erkennbar
sind, da die Ionensignale nicht mehr aus dem Rauschen herausragen. Das ist auf den ersten
Blick sehr verwunderlich. Erst bei genauerer Analyse der statistischen Verteilungen findet man,
dass diese Ionensignale, die überhaupt nur aus wenigen Ionen bestehen, sehr wohl komplett im
elektronischen Rauschen und seinen Zufälligkeiten versteckt sein können.
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Das im unteren Spektrum sichtbare Rauschband ist übrigens nicht mit dem Rauschband der
Einzelspektren identisch, da es sich ja additiv aus den Rauschbändern der Einzelspektren
zusammensetzt. Es ist jedoch interessant zu sehen, dass aus diesem Rauschband nicht wenige
einzelne Ausreissersignale nach unten herausschauen. Diese Ausreissersignale können nur
statistisch erklärt werden. Es muss nun die etwa gleiche Anzahl von Ausreissersignalen auch
nach oben aus dem Rauschband herausschauen; diese Betrachtung zeigt, dass den nach oben
herausschauenden Signalen nicht die Bedeutung als Ionensignal zugesprochen werden kann.
Bevorzugte Ausführungsformen
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Im Folgenden wird das Verfahren zunächst für Ionenfallenmassenspektrometer geschildert.
Normalerweise werden in einem solchen Massenspektrometer nur etwa 3 bis 6 Spektren
addiert. In diesen Fällen ergibt die klassische Methode des Untergrundabzugs am
Summenspektrum nach der Addition der Einzelspektren keine wesentliche Verschlechterung der
Spektren gegenüber dem Verfahren nach dieser Erfindung. Es gibt jedoch spezielle
Analysenaufgaben, bei denen eine sehr große Anzahl von Spektren zu addieren ist; hier ergibt das
Verfahren nach dieser Erfindung, das hier leichter durchzuführen ist als in den anderen Arten
der oben geschilderten Massenspektrometer, bereits eine signifikante Verbesserung.
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Es soll hier als Beispiel eine Analyse eines STR (Short Tandem Repeat) betrachtet werden.
STRs bestehen aus einem Strang DNA (Desoxiribo-Nucleic Acid), worin sich eine kurze
Sequenz von 2, 3, 4 oder 5 Basen mehrfach (etwa 5- bis 20-fach) wiederholen. Die Anzahl der
Wiederholungen ist individuell verschieden, man ererbt je eine Wiederholungszahl vom Vater
und von der Mutter. STRs haben mit den beiderseitig notwendigen Kontrollabschnitten Längen
von 60 bis 150 Basen, entsprechend Molekülgewichten von etwa 15 000 bis 50 000 atomaren
Masseneinheiten. Dabei kommen in einer Analyse die beiden Allele von Vater und Mutter und
die beiden Signale von Strang und Gegenstrang vor, dazu noch Artefaktlinien, so dass im
Allgemeinen 6 bis 8 Moleküle, deren Molekülgewichte relativ eng beieinanderliegen, zu
messen sind.
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Diese DNA-Segmente werden durch statisches Nanoelektrospray von einer Probe ionisiert, die
sich gelöst in einer Kapillarnadel befindet. Dabei entstehen Ionen, die vielfach geladen sind und
eine breite Verteilung der Ladungen haben. Es kommen für Moleküle der Größe von etwa
30 000 atomaren Masseneinheiten durchaus alle Ladungszustände von 1-fach bis 50-fach
geladen vor, ein breites Maximum liegt etwa zwischen 15- bis 30-facher Ladung.
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Ein Massenspektrometer kann grundsätzlich immer nur Ionen mit verschiedenem Masse-zu-
Ladungs-Verhältnis m/z unterscheiden. (m = Masse in atomaren Masseneinheiten, z = Anzahl
der Elementarladungen). Gute Ionenfallenmassenspektrometer haben einen Messbereich, der
maximal bis zu m/z = 3000 atomaren Masseneinheiten pro Elementarladung reicht. Wird eine
solche Obergrenze des Massenbereichs eingestellt, so ist damit eine untere Einspeichergrenze
von etwa 300 Massen pro Ladung verbunden. Damit werden in der Ionenfalle alle Ionen des
DNA-Segments von 1-fach bis 50-facher Ladung eingespeichert, es können aber nur die Ionen
mit 10- bis 50-facher Ladung gemessen werden, da die Ionen mit 1- bis 9-facher Ladung
oberhalb des für das Massenspektrum erfassbaren Massen-zu-Ladungs-Bereichs liegen.
Immerhin wird damit das Maximum der Verteilung gut überstrichen. (In besonders
eingerichteten Ionenfallenmassenspektrometern werden die Ionen, die über m/z = 3000 atomaren
Masseneinheiten pro Elementarladung liegen, nicht in die Ionenfalle eingelassen; das ändert
aber nicht die hier angestellte grundsätzliche Überlegung).
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Da in diesem Fall die Isotopenhinien nicht aufgelöst werden können, entstehen aus jedem
Molekül im aufgenommenen Spektrum 40 Massenpeaks. Werden 6 verschiedene Moleküle
überlagert, so ergeben sich 240 Massenpeaks: ein außerordentlich kompliziertes Spektrum, das
überhaupt nur durch eine so genannte Dekonvolutierung auseinandergerechnet werden kann.
Auf die Beschreibung von Einzelheiten werde hier verzichtet.
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In einer Ionenfalle können aber nur mäßig viele Ionenenladungen eingespeichert werden, wenn
das Spektrum ungestört aufgenommen werden soll. Die Anzahl ist relativ klein: oberhalb von
etwa 1000 Ionenladungen machen sich Raumladungseffekte negativ bemerkbar. Bei einer
durchschnittlichen Anzahl von 25 Elementarladungen pro Ion sind das nur 40 Ionen, also in
unserem Beispiel nur etwa 1/6 Ion pro Massensignal. Für ein gutes Spektrum, in dem auch die
etwas kleineren Massensignale noch erkannt werden sollen, müssen also durchaus etwa 100 bis
200 Spektren aufgenommen werden, um wenigstens etwa 15 bis 30 Ionen im Mittel in einem
Massenpeak zu finden. Hat ein einzelnes Ion im Einzelspektrum eine mittlere Maximalhöhe
von etwa 10 Zählern über dem mittleren Rauschen, das Rauschen einen Mittelwert von etwa
drei Zählern und eine Standardabweichung von etwa zwei Zählern, so ist das Ionensignal im
Einzelspektrum signifikant vom Rauschen zu unterscheiden. Bei der Addition der 200
Einzelspektren ohne Eliminierung des Rauschens wächst die Standardabweichung des
Untergrundrauschens auf etwa 30 Zähler. Die Signale der einzelnen Ionen addieren sich aber nicht in ihrer
Höhe, da sie - schon wegen der Zugehörigkeit zu verschiedenen Isotopenzusammensetzungen
- nicht präzise im Spektrum aufeinanderfallen. Die Höhe des Peaks von 30 Ionen addiert sich
nur auf etwa 50 bis 100 Zähler und ist damit mit dem 2- bis 3-fachen der Standardabweichung
kaum signifikant aus dem Rauschen herauszulesen.
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Wendet man dagegen das Verfahren nach dieser Erfindung an, so erhält man ein hervorragend
auswertbares Spektrum, wie es die Abb. 1 oben zeigt.
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Besonders schwierig ist die Implementation der Erfindung bei Flugzeitmassenspektrometern
mit orthogonalem Ioneneinschuss und einer Spektrenaufnahme mit
Analog-zu-Digital-Wandlern. Bisher wurden für Flugzeitmassenspektrometer mit Orthogonaleinschuss nur
Ereigniszähler eingesetzt, bei denen die zeitlich registrierten Ereignisse (jeweils ein auftreffendes Ion)
im Nachhinein zu Spektren zusammengesetzt wurden. Diese Art des Nachweises eliminiert
ebenfalls das elektronische Rauschen, ergibt aber auch nur Spektren mit sehr eingeschränkten
dynamischen Bereich, da der primäre Ionenstrom so klein gehalten werden muss, dass keine
Doppel- oder Vielfachionen in einem Ereignis auftreten.
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Die Beschränkung des dynamischen Bereichs kann nur durch die Verwendung von Analog-zu-
Digital-Wandlern (ADCs) aufgehoben werden. Die Anwendung von ADCs ist aber kritisch,
wenn es nicht gelingt, ADCs vollständig ohne Grundrauschen zu bauen, da hier extrem hohe
Anzahlen von Einzelspektren addiert werden müssen. Die Anwendung von preiswerten
Analog-zu-Digitalwandlern mit leichtem Grundrauschen wird durch diese Erfindung überhaupt
erst möglich, da nur durch diese Erfindung gute Spektren erzeugt werden können.
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Diese Spektrometer haben Spektrenaufnahmeraten von 20 000 Spektren pro Sekunde mit
jeweils etwa 25 000 Messpunkten pro Spektrum. Die Spektren werden in einem schnellen
Transientenrekorder mit etwa 500 Megahertz Wandlungsrate addiert, es stehen also pro
Messwert nur zwei Nanosekunden für Rauscheliminierung und Addition zur Verfügung. Hier
kann die Elimierung des elektronischen Rauschens nur im Transientenrekorder selbst erfolgen,
was aber mit superschnellen Signalprozessoren möglich wird. Es bietet sich hier an, die .
digitalisierten Ionenstromwerte nur dann zum Summenspektrum zu addieren, wenn die Werte
jeweils eine Schwelle überschreiten. Das kann unter extremer Zeitnot beipielsweise durch die
Prüfung geschehen, ob im Messwert ein bit oberhalb des ersten bits (oder oberhalb des zweiten
bits) gesetzt ist. Da dann nicht nur das erste bit gesetzt ist (oder nicht nur die ersten zwei bits),
beträgt hier die Schwelle genau ein bit (oder zwei bit): es werden nur Werte addiert, die
mindestens den Wert 2 (oder 4) haben. Solche Prüfungen können in Signalprozessoren in
einem einzigen Prozessoerzyklus erfolgen. Der Sekundärelektronenvervielfacher wird dabei so
eingestellt, dass ein Ion ein Signal einer mittleren Höhe mindestens vom Wert 8 erzeugt.
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Im dritten Beispiel sei die Flugzeitmassenspektrometrie mit Ionisierung durch
matrixunterstützte Laserdesorption betrachtet. Hier werden regelmäßig etwa 50 bis 200, in einigen Fällen
auch einige Tausend Spektren addiert. Es werden auch hier Sekundärelektronenverviefacher
eingesetzt, allerdings in der Ausführungsform einer Vielkanalplatte. Daher gilt hier prinzipiell
in Bezug auf das Untergrundrauschen etwa das gleiche, wie es oben für den Fall der
Ionefallenmassenspektrometer geschildert wurde.
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Als Analog-zu-Digital-Wandler werden hier aber Transientenrekorder eingesetzt, die eine
Wandlungsrate von 1 bis 4 Gigahertz haben und eine Korrektur des Rauschens in Echtzeit
nicht erlauben. Da jedoch die Aufnahmerate nur etwa 10 bis 100 Einzelspektren pro Sekunde
beträgt, und in modernen Transientenrekordern jüngster Generation die Einzelspektren
zwischen den Spektrenaufnahmen durch superschnelle Übertragungsbusse in den Computer
überführt und dort weiterverarbeitet werden können, kann hier die erfindungsgemäße
Rauschbeseitigung vor der Addition zum Summenspektrum im Rechner erfolgen.