(57)【要約】  真空チャンバ（１５）やＩＴブロック（１６）から成る真空容器とイオン加速電圧を印加するＴＯＦ電源部（２０）の温度を変化させたときの質量軸のずれ量をそれぞれ予め測定し、その応答に基づく伝達関数を表すパラメータを伝達関数記憶部（２４）に格納しておく。分析実行時に質量ずれ予測演算部（２５）は、第１及び第２温度センサ（３４、３５）により得られる現時点でのＩＴブロック（１６）の温度及びＴＯＦ電源部（２０）の温度と、記憶部（２４）に格納されている２つの伝達関数とから、現時点での質量軸のずれ量を推算する。質量ずれ補正部（２９）は推測されたずれ量に応じてマススペクトルの質量軸を修正する。これにより、環境温度が急変した場合でも、それによるマススペクトルの質量軸のずれを高い精度で補正し、質量精度の高いマススペクトルを作成することができる。
2008146440.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部が真空雰囲気である真空容器内に、イオンが飛行する飛行空間を形成する質量分離部、イオンの初期加速を行うための加速電極、及びイオンを検出する検出器が設置されて成り、前記加速電極により初期加速され、前記飛行空間を飛行することで質量に応じて時間的に分離されたイオンを前記検出器により検出し、その検出信号に基づいて質量軸と強度軸とを有するマススペクトルを求める飛行時間型質量分析装置において、
a)前記真空容器の温度を検出する第１温度検出手段と、
b)前記加速電極へ電圧を印加する電源部の温度を検出する第２温度検出手段と、
c)前記真空容器の温度変化から前記質量分離部の温度変化に起因した質量軸のずれへの伝達関数について予め測定した結果に基づく情報を記憶しておく第１記憶手段と、
d)前記電源部の温度変化から該電源部出力の温度特性に起因した質量軸のずれへの伝達関数について予め測定した結果に基づく情報を記憶しておく第２記憶手段と、
e)前記第１及び第２温度検出手段により得られる現時点における真空容器の温度及び電源部の温度と、前記第１及び第２記憶手段に記憶されている各伝達関数についての情報を用いて、現時点における質量軸のずれ量を推定する推定演算手段と、
を備えることを特徴とする飛行時間型質量分析装置。
【請求項２】
請求項１に記載の飛行時間型質量分析装置であって、前記２つの伝達関数は、前記真空容器及び前記電源部の温度を実質的なステップ状に変化させたときのマススペクトルの質量軸のずれ量のステップ応答をそれぞれ測定することにより得られるものであることを特徴とする飛行時間型質量分析装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の飛行時間型質量分析装置であって、前記第１及び第２記憶手段に記憶される各伝達関数についての情報は、温度変化量から質量変化量への変換比例係数、及び伝達関数の時定数、をそれぞれ含むことを特徴とする飛行時間型質量分析装置。
【請求項４】
請求項１に記載の飛行時間型質量分析装置であって、前記推定演算手段は、前記第１温度検出手段により得られる現時点における真空容器の温度と前記第１記憶手段に記憶されている伝達関数についての情報とを用いて推定される現時点における質量軸のずれ量と、前記第２温度検出手段により得られる現時点における電源部の温度と前記第２記憶手段に記憶されている伝達関数についての情報とを用いて推定される現時点における質量軸のずれ量と、を加算することによりトータルの質量軸のずれ量を推定することを特徴とする飛行時間型質量分析装置。
【請求項５】
請求項１に記載の飛行時間型質量分析装置であって、前記推定演算手段により推定された質量軸のずれ量を用いて、質量軸が補正されたマススペクトルを作成するデータ処理手段をさらに備えることを特徴とする飛行時間型質量分析装置。
【請求項６】
請求項１に記載の飛行時間型質量分析装置であって、前記推定演算手段により推定された質量軸のずれ量が予め定めた許容範囲を超える場合に、ユーザへの報知を行う報知手段をさらに備えることを特徴とする飛行時間型質量分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は飛行時間型質量分析装置（ＴＯＦＭＳ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
飛行時間型質量分析装置（以下「ＴＯＦＭＳ」と略す）では、電場によりほぼ同時に加速した各種イオンをフライトチューブ内に形成される飛行空間に導入し、イオンが飛行空間中を飛行して検出器に到達するまでの時間（飛行時間）に応じて各種イオンを質量（厳密にはm/z）毎に分離する。検出器では到達するイオンの量に応じた検出信号が連続的に得られるから、飛行時間を質量に換算した上で、横軸を質量軸、縦軸を信号強度軸とするマススペクトルを作成することができる。【０００３】
ＴＯＦＭＳでは、フライトチューブの温度が変化して機械的な膨張又は縮小が起こると、イオンの飛行距離が微妙に変化する。すると、同一質量のイオンに対する飛行時間が変化するため、マススペクトルの質量軸にずれが生じる。フライトチューブの温度変化が大きい場合には、質量軸のずれが装置に定められた仕様上の質量精度を逸脱するおそれがある。そのため、従来のＴＯＦＭＳでは、フライトチューブを内装する真空チャンバを恒温槽（温調筐体）内に設置し、真空チャンバ全体を温調することによりフライトチューブの温度変化の抑制を図っている（例えば特許文献１、２参照）。【０００４】
しかしながら、たとえ真空チャンバを温調していたとしても、外気温の急激な変化等によって真空チャンバの温調に乱れが生じ、その結果、質量軸がずれてしまう場合がある。そのため、何らかの方法で質量軸のずれ量をリアルタイムに推定し、そのずれ量が許容範囲を超えてしまうような場合にはユーザの注意を喚起する必要がある。【０００５】
上記要因による質量軸のずれ量を推定するのに適切な方法は、フライトチューブ自体の温度をモニタし、そのモニタ値から質量軸のずれ量を推定する方法である。ところが、一般にフライトチューブはイオンを初期加速するための加速電極として利用されており、それ自体に数ｋＶ以上もの高電圧が印加され、且つ真空チャンバ内の真空雰囲気中に置かれている。そのため、フライトチューブに温度センサを取り付けてその温度をモニタすることは難しい。そこで一般的には、恒温槽内の空気に晒される真空チャンバの外面に温度センサを取り付けてその温度をモニタし、そのモニタ値に基づいて質量軸のずれ量を推定している。【０００６】
しかしながら、一般的にフライトチューブの熱容量は大きく、且つ、そもそも真空中では熱が伝わりにくいため、フライトチューブの実際の温度変化は真空チャンバのモニタ温度に対して比較的大きな応答遅れを生じることが避け難い。そのため、真空チャンバに取り付けた温度センサのモニタ値がフライトチューブの温度であると仮定して質量軸のずれ量を判断すると、誤った判断をする場合がある。その結果、実際には大きな質量ずれを含む分析結果を精度が高いものと誤判断して採用してしまったり、逆に高い精度で行われた分析結果を精度が不足していると誤判断して破棄してしまったりする場合があり得る。【０００７】
こうした問題に対し、本願出願人は特願２００６−３４４３７０号において新規なＴＯＦＭＳを提案している。このＴＯＦＭＳでは、真空チャンバの温度を例えばステップ状に変化させたときの質量軸のずれ量のステップ応答を予め実測し、その応答に基づく伝達関数を表すパラメータを記憶部に格納しておく。そして、分析実行時にリアルタイムで得られる真空チャンバの温度のモニタ値と、記憶部に格納されている伝達関数とから、現時点での質量軸のずれ量を推算する。これにより、従来に比べて質量軸のずれ量を高い精度で推定することが可能となり、質量軸のずれ量が許容範囲を超える場合に、報知部によりユーザの注意を喚起することができる。【０００８】
また、上述したように推定された質量軸のずれ量を利用してマススペクトルの質量軸を補正することで、マススペクトルの質量精度を向上させることもできる。但し、要求される質量精度は分析目的などにより様々であり、場合によっては、上述のような推定演算による質量軸補正以上の、さらに厳しい質量精度が必要とされる場合もある。【０００９】
【特許文献１】特開２００４−１７０１５５号公報
【特許文献２】特開２００６−１４００６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的とするところは、環境温度が急変したような場合でも、そうした温度変動の影響を軽減して高い質量精度のマススペクトルを取得することができる飛行時間型質量分析装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願発明者の実験によれば、上述したような真空チャンバの温度から質量軸のずれ量への応答の伝達関数のみを考慮して推算したずれ量を用いて質量軸を補正した場合、かなり長い時間スパン（例えば１０時間程度のオーダー）での質量軸のずれのゆらぎが若干残ることが確認できた。このような長時間に亘るゆらぎは、温度変化によるフライトチューブの膨張・収縮といった機械的な要因以外からの寄与が大きいと考えられる。特にＴＯＦＭＳにおいて、質量軸のずれに影響を与える要因として機械的な要因の他に考えられるのは、イオンの初期加速エネルギーの変動、即ち、イオンを加速するための加速電極に高電圧を印加する電源部の温度特性によるものであると推測される。こうした推測に基づき、本願発明者は、加速電極に高電圧を印加する電源部の温度変化から質量軸のずれへの応答の伝達関数も考慮に加えることで、質量軸のずれ量の推定精度を向上できることを実験的に確認し、本願発明に想到するに至った。【００１２】
上記課題を解決するために成された本発明は、内部が真空雰囲気である真空容器内に、イオンが飛行する飛行空間を形成する質量分離部、イオンの初期加速を行うための加速電極、及びイオンを検出する検出器が設置されて成り、前記加速電極により初期加速され、前記飛行空間を飛行することで質量に応じて時間的に分離されたイオンを前記検出器により検出し、その検出信号に基づいて質量軸と強度軸とを有するマススペクトルを求める飛行時間型質量分析装置において、
a)前記真空容器の温度を検出する第１温度検出手段と、
b)前記加速電極へ電圧を印加する電源部の温度を検出する第２温度検出手段と、
c)前記真空容器の温度変化から前記質量分離部の温度変化に起因した質量軸のずれへの伝達関数について予め測定した結果に基づく情報を記憶しておく第１記憶手段と、
d)前記電源部の温度変化から該電源部出力の温度特性に起因した質量軸のずれへの伝達関数について予め測定した結果に基づく情報を記憶しておく第２記憶手段と、
e)前記第１及び第２温度検出手段により得られる現時点における真空容器の温度及び電源部の温度と、前記第１及び第２記憶手段に記憶されている各伝達関数についての情報とを用いて、現時点における質量軸のずれ量を推定する推定演算手段と、
を備えることを特徴としている。【００１３】
イオンの初期加速は、イオン出射部と飛行空間内（例えばフライトチューブ内）との電位差により決まるので、上記加速電極はイオン出射部に設けられた電極である場合もあるしフライトチューブ自体である場合もある。【００１４】
上記２つの伝達関数はいずれも、真空容器及び電源部の温度を急激に（例えばステップ状であるとみなせる程度に）変化させたときのマススペクトルの質量軸のずれ量のステップ応答をそれぞれ測定することにより求めることができる。質量軸のずれ量のステップ応答を求めるには、例えば特定の質量を有するイオンを繰り返し質量分析し、それにより求まる質量を追跡すればよい。こうした伝達関数について同一構造の装置における個体差は殆どないとみなせるので、ステップ応答の測定を装置１台毎に行う必要はなく、標準的な装置の測定結果を他の装置でも利用することができる。【００１５】
上記伝達関数はラプラス変換式で表すことができ、これは計算機上（つまり離散系）では、或る時定数を持ったデジタルフィルタ（ローパスフィルタ）として表現することができる。具体的には、実験で求めた伝達関数（ラプラス変換式）を双一次ｚ変換により離散系のパルス伝達関数（ｚ変換式）に変換し、求めたパルス伝達関数の形から、真空容器の温度又は電源部の温度を入力、質量軸のずれ量を出力、とする離散系の差分方程式を導出する。真空容器の温度変化に由来する質量軸のずれと電源部の温度変化に由来する質量軸のずれとは、全く独立に生じると考えることができる。そこで、上記のようにしてそれぞれ推算した質量ずれを足し合わせることで、両者の要因に由来するトータルの質量ずれ量が得られる。これにより、真空容器及びイオン加速用電源部のそれぞれの温度の検出結果に基づいて、起こり得るマススペクトルの質量ずれ量をリアルタイムで正確に推定することができる。【００１６】
本発明に係る飛行時間型質量分析装置では、好ましくは、前記推定演算手段により推定された質量軸のずれ量を用いて、質量軸が補正されたマススペクトルを作成するデータ処理手段をさらに備える構成とするとよい。この構成によれば、環境温度の急変などの影響を除外した、質量精度の高いマススペクトルを作成することができる。【００１７】
また本発明に係る飛行時間型質量分析装置では、上述のように推定演算手段により推定された質量軸のずれ量が予め定めた許容範囲を超える場合にユーザへの報知を行う報知手段をさらに備える構成としてもよい。報知手段としては、表示による報知、音による報知などが考えられる。【００１８】
この構成によれば、温度変化の影響で、分析中にマススペクトルの質量軸が例えば装置の仕様上の質量精度を逸脱するほどずれた場合、或いは、上記のような質量軸の補正ができないほどずれた場合などに、ユーザはその状況を速やかに認識して、例えば得られた結果を破棄したり、分析を一旦中止したり、或いは装置に不具合がないかどうかチェックしたりする等、適切な対応をとることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る飛行時間型質量分析装置によれば、真空容器内に設置され、高電圧が印加されたフライトチューブの温度を直接的に測定することなく、環境温度の変化に起因するマススペクトルの質量軸のずれ量を高い精度で以て推定することが可能となる。それによって、例えば高い質量精度を持つマススペクトルを得ることができる。【００２０】
また、従来、環境温度の変化に対して質量軸のずれを抑えるためには、熱膨張率の小さい材料を選択してフライトチューブを作製し、電源部についても温度特性が小さくなるように部品を厳選したり温度補償回路を付設したりする必要があった。或いは、環境温度の急激な変動に対しても高い安定性を持った温調が可能な恒温槽に装置を収容する等の対策が必要であった。こうした対策はいずれも大きなコストを要し、装置の価格を増大させる。これに対し、本発明に係る飛行時間型質量分析装置によれば、上記のようなハードウエア上の対策は或る程度必要であるにしても、信号処理、具体的にはコンピュータ上で実行させるソフトウエアの工夫で以て、温度の影響を軽減した高精度な分析結果の取得が可能となる。それにより、温度補償に関するハードウエア上の負担を軽減して、装置のコストダウンを図るのにも有利である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施例であるＴＯＦＭＳの要部の構成図。
【図２】環境温度をステップ状に変化させたときのＩＴブロック及びＴＯＦ電源部の温度変動履歴ｘ1(t)、ｘ2(t)の実測値を示す図。
【図３】図２に示した温度変動に対する質量変動の予測値ｙ1(t)、ｙ2(t)の算出結果を示す図。
【図４】図３に示した質量変動予測値の加算値ｙ1(t)＋ｙ2(t)と質量変動の実測値とを示す図。
【符号の説明】
【００２２】
１…エレクトロスプレイノズル
２…イオン化室
３…加熱パイプ
４…第１中間真空室
５…第１イオンレンズ
６…スキマー
７…第２中間真空室
８…第２イオンレンズ
９…イオントラップ室
１０…イオントラップ
１１…フライトチューブ
１２…飛行空間
１３…リフレクトロン
１４…検出器
１５…真空チャンバ
１６…イオントラップ（ＩＴ）ブロック
１７…保持部材
２０…ＴＯＦ電源部
２１…ＩＴ制御回路
２２…ＩＴ電源部
２３…分析制御部
２４…伝達関数記憶部
２５…質量ずれ予測演算部
２６…異常判定部
２７…報知部
２８…データ処理部
２９…質量ずれ補正部
３０…恒温槽
３１…ヒータ
３２…ファン
３４…第１温度センサ
３５…第２温度センサ
３６…ヒータセンサ
３７…温調制御部
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の一実施例であるＴＯＦＭＳについて、添付図面を参照して説明する。図１は本実施例によるＴＯＦＭＳの要部の構成図である。このＴＯＦＭＳは、大気圧イオン源、イオントラップ、飛行時間型質量分析計を含むものであり、例えば前段に液体クロマトグラフを接続した液体クロマトグラフ質量分析装置（ＬＣ／ＭＳ）として利用することができる。【００２４】
目的成分を含む試料液はエレクトロスプレイノズル１から略大気圧下にあるイオン化室２内に噴霧され、これによって発生した目的成分由来のイオンは加熱パイプ３を通して、図示しないロータリーポンプにより真空排気される低真空雰囲気の第１中間真空室４に送られる。第１中間真空室４内でイオンは第１イオンレンズ５により収束され、スキマー６を経て、中真空雰囲気である第２中間真空室７内に送られる。第２中間真空室７内でイオンは複数のロッド電極から成る第２イオンレンズ８により収束され、高真空雰囲気であるイオントラップ室９に送られる。イオントラップ室９内には３次元四重極型のイオントラップ１０が配設されており、このイオントラップ１０内にイオンを一時的に保持して後段に向けてほぼ一斉に出射できるようになっている。【００２５】
イオントラップ１０から出射されたイオンは、フライトチューブ１１の内部に形成されている飛行空間１２に導入される。フライトチューブ１１はステンレス等の金属から成る管状部品であって、イオントラップ１０の中心部との間の電位差によってイオンに初期加速エネルギーを付与する加速電極を兼ねる。フライトチューブ１１の一端（図１では右端）にはリフレクトロン１３が設置され、イオンはリフレクトロン１３により形成される電場により折り返されて飛行空間１２中を戻り、検出器１４に到達して検出される。【００２６】
イオントラップ１０、フライトチューブ１１、リフレクトロン１３、検出器１４などは、真空チャンバ１５やイオントラップ（ＩＴ）ブロック１６から成る真空容器（本発明における真空容器に相当）内に設置され、高真空を達成可能なターボ分子ポンプにより真空排気されている。フライトチューブ１１は低熱伝導率材料（例えばセラミックや樹脂等）から成る保持部材１７により、真空チャンバ１５内に保持されるように設置されている。即ち、フライトチューブ１１は真空雰囲気中に置かれている。【００２７】
第２中間真空室７よりも後方の真空容器は恒温槽（温調筐体）３０内に収容されており、恒温槽３０内には、ヒータセンサ３６が付設されたヒータ３１や複数のファン３２等から成る温調装置が設けられている。また、イオンに初期加速エネルギーを与えるべくフライトチューブ１１に高電圧を印加したり、リフレクトロン１３に電圧を印加したりするためのＴＯＦ電源部（本発明における電源部に相当）２０やイオントラップ１０の各電極に電圧を印加するためのＩＴ制御回路２１、ＩＴ電源部２２も温調のための恒温槽３０内に設置されている。真空容器、より詳しくはＩＴブロック１６の外面には、このＩＴブロック１６の温度を検出するための第１温度センサ３４が密着して取り付けられ、さらにＴＯＦ電源部２０にもその温度を検出するための第２温度センサ３５が取り付けられている。【００２８】
恒温槽３０内は、温調制御部３７による制御の下に、第１温度センサ３４の検出温度が所定の目標温度（通常、例えば４０℃）になるように制御される。なお、こうした温調の手法については上記特許文献１に記載されているものを利用することができる。【００２９】
ＩＴ制御回路２１やＴＯＦ電源部２０、或いはそれ以外の各部は質量分析を行うための分析制御部２３により統括的に制御される。検出器１４によるイオン検出信号はデータ処理部２８に入力され、ここでマススペクトルが作成される。第１及び第２温度センサ３４、３５による各検出温度は、分析制御部２３に含まれる質量ずれ予測演算部（本発明における推定演算手段に相当）２５にも入力されている。【００３０】
質量ずれ予測演算部２５は、それら検出温度と、伝達関数記憶部（本発明における第１及び第２記憶手段に相当）２４に予め格納されている伝達関数を表す差分方程式とを利用して、任意の時点でのマススペクトルの質量軸のずれ量をリアルタイムで推定する。ここで求まったずれ量はデータ処理部２８に含まれる質量ずれ補正部２９に入力され、マススペクトルの質量軸のずれが補正される。また、異常判定部２６はずれ量が許容範囲を超えているか否かを判定し、超えている場合には報知部（本発明における報知手段に相当）２７によりユーザに対する注意喚起を行う。報知部２７は例えば表示やブザー音の鳴動などによる注意喚起を行うものとすることができる。【００３１】
なお、分析制御部２３やデータ処理部２８などの機能の全て又は一部は、装置本体に組み込まれた計算システムのプログラム、又は、パーソナルコンピュータにインストールされた専用のプログラムを実行することで実現されるように構成することができる。【００３２】
本実施例のＴＯＦＭＳでは、イオントラップ１０内に一時的に保持された各種イオンはほぼ一斉に吐き出され、フライトチューブ１１中を等速運動するに至るまで初期加速エネルギーが与えられる。そして、飛行空間１２中を飛行し、リフレクトロン１３で反射されて検出器１４に到達する。イオンが飛行空間１２中を往復するのに要する時間はイオンの質量（厳密にはm/z）に依存するから、各種イオンがほぼ同時に加速されて出発すれば、互いに異なる質量を持つイオン同士は時間差を以て検出器１４に到達する。【００３３】
しかしながら、フライトチューブ１１が温度変化によって膨張又は収縮すると、同一質量のイオンに対する飛行距離が変化する。飛行距離が長くなるとその分だけ飛行時間が長くなるため、同一種のイオンについて飛行時間から求まる質量はマススペクトルの質量軸上で増加方向にずれる。即ち、質量軸のずれが生じる。また、ＴＯＦ電源部２０の温度変化によってフライトチューブ１１に印加される高電圧が変動すると、同一種のイオンに付与される初期加速エネルギーが変化し、これが飛行時間のずれにつながる。【００３４】
そこで、このＴＯＦＭＳでは、真空容器やＴＯＦ電源部２０を恒温槽３０内に設置することで、上記のような温度変動要因を抑制するようにしている。それにも拘わらず、例えば外気温が大きく変動すると、その外乱の影響で恒温槽３０内の温度が一定に保てなくなり、真空容器やＴＯＦ電源部２０の温度変動が生じた結果、質量軸にずれが生じることがある。そこで、本実施例のＴＯＦＭＳでは、次のようにしてマススペクトルの質量ずれ量を推定し、そのずれ量を補正するようにしている。【００３５】
本実施例のＴＯＦＭＳにおける温度の影響による質量ずれの補正の原理を説明する。ＩＴブロック１６（つまりは真空容器）に温度変化が生じた場合、次のような因果関係で質量変動が起こる。即ち、ＩＴブロック１６の温度変化→真空チャンバ１５内のフライトチューブ１１の温度変化→フライトチューブ１１の長さの変化→飛行空間１２中の飛行距離の変化→イオンの飛行時間の変化→質量値の変化、である。このような要因を要因（Ａ）と呼ぶこととする。【００３６】
一方、ＴＯＦ電源部２０に温度変化が生じた場合には、次のような因果関係で質量変動が起こる。即ち、ＴＯＦ電源部２０の温度変化→ＴＯＦ電源部２０内の抵抗やトランジスタなどの電気部品特性の変化→ＴＯＦ電源部２０の出力電圧の変化→イオントラップ１０中心部とフライトチューブ１１との間の電位差によりイオンに付与される初期加速エネルギーの変化→イオンの飛行時間の変化→質量値の変化、である。このような要因を要因（Ｂ）と呼ぶこととする。【００３７】
上記要因（Ａ）及び（Ｂ）は全く独立の作用であるとみなすことができるから、質量変動への寄与も独立である。例えば要因（Ａ）の場合、ＩＴブロック１６の温度が上昇するとフライトチューブ１１は伸張する。イオンの飛行距離は長くなるために飛行時間は基準よりも長くなり、その結果、質量値はプラス方向に変化する。また、要因（Ｂ）の場合、ＴＯＦ電源部２０の温度が上昇すると、その出力電圧は下がり（但し、負極性の電源で温度特性が負である場合を仮定）、イオンの初期加速エネルギーは増加する。そのため、飛行時間は基準よりも短くなり、その結果、質量値はマイナス方向に変化する。【００３８】
いまここで、ＩＴブロック１６の温度をｘ1(t)、ＴＯＦ電源部２０の温度をｘ2(t)とするとき、これらのラプラス変換式は、
Ｘn(s)＝∫ｘn(t)ｅ-st dt      …(1)
但しｎ＝１、２（以下同じ）で、∫は０〜∞の積分
となる。ＩＴブロック１６の温度変動に起因する質量変動及びＴＯＦ電源部２０の温度変動に起因する質量変動の時間変化ｙ1(t)、ｙ2(t)のラプラス変換式をそれぞれＹ1(s)、Ｙ2(s)とすると、
Ｙn(s)＝Ｇn(s)・Ｘn(s)      …(2)
と表すことができる。Ｇn(s)は要因（Ａ）及び（Ｂ）の温度変化量から質量変化量への伝達関数である。説明を簡単にするために伝達関数を一次遅れ系で近似すると、Ｇn(s)は、
Ｇn(s)＝ｋn／（１＋τnｓ）      …(3)
と表すことができる。ｋnは要因（Ａ）及び（Ｂ）それぞれのモニタ温度変化量から質量変化量への変換比例係数、τnは要因（Ａ）及び（Ｂ）それぞれの伝達関数の時定数である。【００３９】
本実施例の構成において、装置に組み込まれている計算システム（ファームウエアプログラム）により、上記伝達関数を用いて質量変動の予測値を計算する場合、(3)式で表されるアナログ系（連続系）の伝達関数を、デジタル系（離散系）のパルス伝達関数（ｚ変換式）に変換する必要がある。この変換を次の(4)式の双一次ｚ変換で行うこととする。
ｓ＝（２／Ｔ）・（１−ｚ-1 ）／（１＋ｚ-1）      …(4)
この場合、(3)式は、
Ｇn(z)＝ｋnａn（１＋ｚ-1）／（１＋ｂnｚ-1）      …(5)
となる。ここで、ａn、ｂn は、
ａn＝Ｔ／（Ｔ＋２τn），ｂn＝（Ｔ−２τn）／（Ｔ＋２τn）      …(6)
である。Ｔは離散系のサンプリング周期である。【００４０】
(2)式の離散系表現である
Ｙn(z)＝Ｇn(z)・Ｘn(z)      …(7)
と、(5)式とから、要因（Ａ）及び（Ｂ）の伝達関数を実現するためのデジタルフィルタ（ＩＩＲフィルタ）で用いる差分方程式は、
ｙn[k]＝ｋnａn（ｘn[k]＋ｘn[k-1]）−ｂnｙn[k-1]      …(8)
と求めることができる。要因（Ａ）及び（Ｂ）の寄与が独立であるという条件の下では、質量変動に対するＩＴブロック１６の温度変動の寄与とＴＯＦ電源部２０の温度変動の寄与とは単に加算すればよい。従って、上記２つの入力値ｘ1(t)、ｘ2(t)（離散系で表現するとｘ1[k]、ｘ2[k]）から予測されるトータルの質量変動ｙ(t)（離散系ではｙ[k]）は、最終的に、
ｙ(t)＝Σｙn(t)      …(9)
ｙ[k]＝Σｙn[k]      …(10)
となる。但し、Σはｎ＝１、２についての総和である。【００４１】
次に、上記のように推定した質量変動を用いて高精度な質量補正が可能であることを確認した実験の手法と結果とを説明する。実験では、外気温（室温）の急激な変化を強制的に与えるために、図１に示したＴＯＦＭＳを大型の恒温槽内に設置し、該ＴＯＦＭＳの使用温度範囲内（１８〜２８℃）において２８℃→１８℃→２８℃と変化させ、そのときの第１温度センサ３４及び第２温度センサ３５の温度変動、標準サンプル（TFAナトリウム）のマススペクトルピーク値の変動を測定した。【００４２】
測定開始時点（このとき室温：２８℃）から３時間（10800秒）後に環境温度を２８℃から１８℃に急激に（つまりステップ状に）変化させ、８時間４５分（31500秒）後に１８℃から２８℃に急激に戻したときのＩＴブロック１６の温度変動履歴ｘ1(t)、ＴＯＦ電源部２０の温度変動履歴ｘ2(t)の実測値を図２に示す。ここで、ＩＴブロック１６の温度変化及びＴＯＦ電源部２０の温度変化の基準点（ゼロ点）は測定開始時点におけるそれぞれの温度であり、具体的には前者は４０℃、後者は４２．８℃である。図２によれば、環境温度の急激な変化があった場合に、恒温槽３０に設置されているにも拘わらず、ＩＴブロック１６及びＴＯＦ電源部２０の温度は最大で２〜３℃程度変動することが分かる。この変動によって質量ずれが生じる。【００４３】
ＩＴブロック１６の温度変動履歴ｘ1(t)、及びＴＯＦ電源部２０の温度変動履歴ｘ2(t)に対し、パラメータｋn、τnをそれぞれ適宜に定めた(5)式に示したパルス伝達関数を実現するＩＩＲフィルタでフィルタリング処理することにより、質量変動の予測値ｙ1(t)、ｙ2(t)を算出したのが図３である。また、図４は、このそれぞれの質量変動予測値の加算値ｙ1(t)＋ｙ2(t)と質量変動の実測値とを示す図である。図３及び図４の縦軸は、図４に示した質量変動実測値の最大値（ピーク値）を１として規格化した相対的な質量変動量である。【００４４】
上記伝達関数のパラメータである比例係数ｋn及び時定数τnは、実測したマススペクトル（標準サンプルにおけるm/z＝７０２．９のピーク）の変動値と、ｙ1(t)とｙ2(t)との加算値ｙ(t)との差ができるだけ小さくなるように決めたものである。但し、実際の計算では、ＩＩＲフィルタのパラメータである時定数τA（＝１／ωA）は、ωA＝２／Ｔ・tan(ωDＴ／２）のプリワープ補正式によってアナログ／デジタル補正したものを用いる。この補正式は、双一次ｚ変換式があくまでも近似であることによるアナログフィルタとデジタルフィルタとの差を埋めるためのもので、この差を予め考慮に入れてデジタルフィルタを設計することにより、与えられた時定数（遮断周波数）の仕様を満足する（アナログフィルタと同じ）結果をデジタルフィルタで実現することができる。具体的には、要求仕様としてのωD＝１／τD[rad/s]から求めたパラメータωAを、(5)式に適用してＩＩＲフィルタを設計すればよい。【００４５】
図４における質量変動実測値と質量変動予測値ｙ(t)との差分Δ(t)が、本実施例の方法によっても補正できずに残る質量誤差である。図４から分かるように、ＩＴブロック１６の温度変動に起因する質量変動のみならずＴＯＦ電源部２０の温度変動に起因する質量変動も考慮することにより、実際に生じる質量変動にかなり近い予測が行われていることが分かる。具体的には、ＩＴブロック１６の温度変動に起因する質量変動のみを考慮して（つまりその伝達関数を利用したフィルタリングを行って）質量変動を予測した場合に比べて、１／３程度以下まで、測定範囲における最大質量誤差を縮小することができる。従って、この予測に基づいてマススペクトルの質量軸の補正を行うことで、質量精度を３倍以上向上させることが可能となる。【００４６】
実際の装置では、例えば上記のような実験により伝達関数のパラメータｋn、τnの適当な値を求めておき、これを伝達関数記憶部２４に記憶しておく。なお、これらパラメータは装置の個体差にあまり依存しないため、本装置を提供するメーカーが予め設定しておけばよい。従って、このＴＯＦＭＳを使用するユーザ自身が上記パラメータを求めるための測定を行う必要はないが、後でユーザ（又はユーザから依頼を受けたメーカーの保守部門など）が校正できるようにしてもよい。【００４７】
このＴＯＦＭＳを用いて質量分析を実行する際には、第１及び第２温度センサ３４、３５により得られる温度値が連続的に質量ずれ予測演算部２５に与えられる。質量ずれ予測演算部２５は、それら２つの温度のモニタ値と伝達関数記憶部２４に格納されている上記パラメータとを用いて、上述したような一連の演算処理を行うことで現時点での質量軸のずれ量を推算する。こうした演算に要する時間は温度変化の影響に比較して十分に短いから、ほぼリアルタイムで実際に生じている質量ずれを予測することが可能である。データ処理部２８において質量ずれ補正部２９は、上記のように高い精度で予測された質量ずれ量を用い、得られたデータに基づいて作成されるマススペクトルの質量軸を修正する。一方、異常判定部２６は上記質量ずれ量の推算値が許容範囲内であるか否かを判定し、許容範囲を超えた場合には報知部２７を駆動して、例えば表示によりユーザへの注意喚起を行う。【００４８】
以上のようにして、本実施例のＴＯＦＭＳでは、例えば外気温が急激に変化して恒温槽３０内の空気の温度が変化した場合でも、マススペクトルの質量軸のずれを軽減して高い質量精度のマススペクトルを得ることができる。【００４９】
なお、上記実施例は本発明に係る飛行時間型質量分析装置の一例であり、本発明の趣旨の範囲内で適宜、変形、修正、追加を行っても本願請求の範囲に包含される。【００５０】
例えば、上記実施例はリフレクトロン型の構成であるが、リニア型やそのほかの飛行軌道を形成する飛行時間型質量分析装置にも本発明を適用できることは明らかである。また、上記実施例の装置が備えるイオントラップは本発明の必須要素ではなく、またイオン源も大気圧イオン源に限らず、例えばＭＡＬＤＩなどの任意のイオン源とすることができる。
【図１】
2008146440.tif 000003
【図２】
2008146440.tif 000004
【図３】
2008146440.tif 000005
【図４】
2008146440.tif 000006
【国際調査報告】
2008146440.tif 000007
2008146440.tif 000008
2008146440.tif 000009
2008146440.tif 000010