(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電子放出器および第２電子放出器を有する質量スペクトロメータを作動させるための方法であって、
前記第１電子放出器を用いて前記質量スペクトロメータを作動させながら、第１性能特性を決定するステップと、
前記第１性能特性に関連する第１情報を記憶するステップと、
前記第２電子放出器を用いて前記質量スペクトロメータを作動させながら、第２性能特性を決定するステップと、
前記第２性能特性に関連する第２情報を記憶するステップと、
その後、前記第１電子放出器を使用する作動から、前記第２電子放出器を使用する作動へ切り換えるステップと、を備え、この切り換えるステップは、切り換え前の前記第１電子放出器の性能に対して切り換え後の前記第２電子放出器の性能を正規化するよう、前記第１情報および前記第２情報を使用することを含む、質量スペクトロメータを作動させるための方法。
【請求項２】
前記質量スペクトロメータは、イオン容積部を含み、前記第１電子放出器および前記第２電子放出器は、前記イオン容積部へ電子を供給するように配置されており、
前記第１性能特性を決定するステップは、前記質量スペクトロメータが第１作動パラメータで作動中に、前記第１電子放出器からの電子に応答し、前記イオン容積部内の材料から生じる第１イオン強度を決定することを含み、
前記第１情報を記憶するステップは、前記第１イオン強度と前記第１作動パラメータとの関係に関連する情報を記憶することを含み、
前記第２性能特性を決定するステップは、前記質量スペクトロメータが第２作動パラメータで作動中に、前記第２電子放出器からの電子に応答し、前記イオン容積部内の材料から生じる第２イオン強度を決定することを含み、
前記第２情報を記憶するステップは、前記第２イオン強度と前記第２作動パラメータとの関係に関連する情報を記憶することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記質量スペクトロメータは、ゲート部分を含み、このゲート部分は、第１信号のデューティサイクルの変化に応答し、前記第１電子放出器から前記イオン容積部への電子の流れを変えると共に、第２信号のデューティサイクルの変化に応答し、第２電子放出器から前記イオン容積部への電子の流れを変えるようになっており、
前記第１信号のデューティサイクルを指定するよう、前記第１作動パラメータをコンフィギュアするステップと、
前記第２信号のデューティサイクルを指定するよう、前記第２作動パラメータをコンフィギュアするステップと、を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
第１質量対電荷比およびこの第１質量対電荷比と異なる第２質量対電荷比を含む質量対電荷比のレンジにわたってイオンを分析するステップと、
前記質量スペクトロメータが前記第１の質量対電荷比を有するイオンを分析しているときに、前記第１信号のデューティサイクルを第１の値に設定すると共に、前記質量分析器が前記第２質量対電荷比を有するイオンを分析しているときに、前記第１信号のデューティサイクルを前記第１の値と異なる第２の値に設定するステップと、
前記質量分析器が前記第１の質量対電荷比を有するイオンを分析しているときに、前記第２信号のデューティサイクルを第３の値に設定すると共に、前記質量分析器が前記第２質量対電荷比を有するイオンを分析しているときに、前記第２信号のデューティサイクルを前記第３の値と異なる第４の値に設定するステップとを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第１電子放出器および前記第２電子放出器は、それぞれ第１フィラメントおよび第２フィラメントを含み、
前記質量スペクトロメータは、前記第１フィラメントへ第１フィラメント電流を選択的に供給すると共に、前記第２フィラメントへ第２フィラメント電流を選択的に供給するための電源を含み、
前記第１フィラメント電流を指定するよう、前記第１作動パラメータをコンフィギュアするステップと、
前記第２フィラメント電流を指定するよう、前記第２作動パラメータをコンフィギュアするステップと、を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記質量スペクトロメータは、第１信号に応答し、前記第１電子放出器からの電子を前記イオン容積部内に選択的に合焦すると共に、第２信号に応答し、前記第２電子放出器からの電子を前記イオン容積部内に選択的に合焦するための電子レンズ部分を含み、
前記第１信号を指定するよう、前記第１作動パラメータをコンフィギュアするステップと、
前記第２信号を指定するよう、前記第２作動パラメータをコンフィギュアするステップと、を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記質量スペクトロメータは、前記第１電子放出器から前記イオン容積部への前記電子の流れに影響する磁界を発生するよう、第１信号に応答自在であり、かつ前記第２電子放出器から前記イオン容積部への前記電子の流れに影響する磁界を発生するよう、第２信号に応答自在な磁界発生器を含み、
前記第１信号を指定するよう、前記第１作動パラメータをコンフィギュアするステップと、
前記第２信号を指定するよう、前記第２作動パラメータをコンフィギュアするステップと、を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項８】
前記質量スペクトロメータは、前記イオン容積部内で生じるイオン強度を検出するための検出器を含み、前記検出器は、利得制御電圧に応答して変化する利得を有し、
前記第１性能特性を決定している間に使用される利得制御電圧を指定するよう、前記第１作動パラメータをコンフィギュアするステップと、
前記第２性能特性を決定している間に使用される利得制御電圧を指定するよう、前記第２作動パラメータをコンフィギュアするステップと、を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項９】
前記イオン容積部からのイオンの強度を検出するステップを含み、
前記質量スペクトロメータは、あるスケーリング率を使用し、前記検出されたイオン強度をスケーリングするデジタルプロセッサを含み、
前記第１性能特性を決定中に使用される前記スケーリング率を指定するよう、前記第１作動パラメータをコンフィギュアするステップと、
前記第２性能特性を決定中に使用される前記スケーリング率を指定するよう、前記第２作動パラメータをコンフィギュアするステップと、を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１電子放出器を用いて前記質量スペクトロメータを作動させることによって生じる前記第１性能特性の時間に対する変化を決定するステップと、
前記変化を補償する態様で、前記第１情報および前記第２情報のうちの１つを更新するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１情報および前記第２情報の双方に対して更新を実行する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記質量スペクトロメータが標準値の許容可能な限度内で作動しているかどうかを評価するチューニングプロセス中に、前記変化を決定するステップを実行する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記質量スペクトロメータのバックグラウンドイオン強度を分析することにより、クロマトグラフィ作業を実施する前に前記変化を決定するステップを実行する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記切り換えステップ直後の作動中の前記第２電子放出器から、前記イオン容積部内への電子の流れのレートにより生じるイオン発生レベルが、前記切り換えステップ直前の作動中の前記第１電子放出器から前記イオン容積部内への電子の流れのレートによって生じるイオン発生レベルと実質的に同じとなるよう、前記第２電子放出器の性能を正規化することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２電子放出器に対し、前記質量スペクトロメータを再較正することなく、前記切り換えを行う、請求項１〜１４のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１電子放出器を用いた場合の問題を検出するステップを更に備え、
前記問題が検出されたときに、前記切り換えを行う、請求項１〜１５のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
イオン容積部を構成する構造体と、
前記イオン容積部へ、各々が電子を選択的に供給できる第１電子放出器および第２電子放出器と、
コントローラとを含む質量スペクトロメータを備え、前記コントローラは、
前記第１電子放出器を用いて前記質量スペクトロメータを作動させながら、第１性能特性を決定し、
前記第１性能特性に関連する第１情報を記憶し、
前記第２電子放出器を用いて前記質量スペクトロメータを作動させながら、第２性能特性を決定し、
前記第２性能特性に関連する第２情報を記憶し、
その後、前記第１電子放出器を使用する作動から、前記第２電子放出器を使用する作動へ切り換えるようになっており、この切り換えは、切り換え前の前記第１電子放出器の性能に対して切り換え後の前記第２電子放出器の性能を正規化するよう、前記第１情報および前記第２情報を使用することを含む、装置。
【請求項１８】
前記第１性能特性は、前記質量スペクトロメータが第１作動パラメータで作動中に前記第１電子放出器からの電子に応答し、前記イオン容積部内の材料から生じる第１イオン強度を含み、
前記第１情報は、前記第１イオン強度と前記第１作動パラメータとの関係に関連する情報を含み、
前記第２性能特性は、前記質量スペクトロメータが第２作動パラメータで作動中に前記第２電子放出器からの電子に応答し、前記イオン容積部内の材料から生じる第２イオン強度を含み、
前記第２情報は、前記第２イオン強度と前記第２作動パラメータとの関係に関連する情報を含む、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記質量スペクトロメータは、ゲート部分を含み、このゲート部分は、第１信号のデューティサイクルの変化に応答し、前記第１電子放出器から前記イオン容積部への電子の流れを変えると共に、第２信号のデューティサイクルの変化に応答し、第２電子放出器から前記イオン容積部への電子の流れを変えるようになっており、
前記第１作動パラメータは、前記第１信号のデューティサイクルを指定し、
前記第２作動パラメータは、前記第２信号のデューティサイクルを指定する、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記質量スペクトロメータは、第１質量対電荷比およびこの第１質量対電荷比と異なる第２質量対電荷比を含む質量対電荷比のレンジにわたってイオンを分析するための質量分析器を含み、
前記第１信号のデューティサイクルは、前記質量分析器が前記第１の質量対電荷比を有するイオンを分析しているときの第１の値および前記質量分析器が前記第２質量対電荷比を有するイオンを分析しているときの前記第１の値と異なる第２の値であり、
前記第２信号のデューティサイクルは、前記質量分析器が前記第１の質量対電荷比を有するイオンを分析しているときの第３の値および前記質量分析器が前記第２質量対電荷比を有するイオンを分析しているときの、前記第３の値と異なる第４の値であり、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記コントローラは、
前記第１電子放出器を用いて前記質量スペクトロメータを作動させることによって生じる前記第１性能特性の時間に対する変化を決定し、
前記変化を補償する態様で、前記第１情報および前記第２情報のうちの１つを更新するようになっている、請求項１７〜２０のうちのいずれか１項に記載の装置。
【請求項２２】
前記コントローラは、前記第１情報および前記第２情報の双方を更新することを含む態様で、前記更新を実行するようになっている、請求項２１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、質量スペクトロメータに関し、より詳細には、多数のフィラメントを有するイオンソースを備えた質量スペクトロメータに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在存在する質量スペクトロメータは、サンプル材料のイオンを発生するイオンソースを有する。発生したこれらイオンは、質量検出器を含む質量分析器によって処理される。現在存在する一部のイオンソースは、電子イオン化（ＥＩ）として知られる技術および化学的イオン化（ＣＩ）として知られる技術を使用する別の技術によってイオンを発生するようになっている。ＥＩおよびＣＩの双方において、電子ソースは電子のストリームをイオン容積部に選択的に提供するように構成されている。電子ソースは、フィラメントを含み、このフィラメントは、附勢されると、電子ストリームのための電子を発生する。第２フィラメントも設けることが有利である。これらフィラメントのうちの１つがバーンアウトしても（燃え尽きても）、オペレータは、別のフィラメントによりサンプルに対する分析作業を継続できる。このように、フィラメントがバーンアウトしても、質量スペクトロメータは、完全に作動不能状態とはならず、最小限の故障で作動を継続できるからである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、２つのフィラメントは全く同一とは言えない。例えば各フィラメントは、同じ作動条件下で質量スペクトロメータが作動している間、異なるイオン強度を発生し得る。このイオン強度は、２倍程度異なることがある。これらイオン強度の差は、フィラメントの位置、レフレクタの位置、フィラメントとイオン容積部との整合、フィラメントの組成または他の要因の小さいばらつきによって生じる。従って、別のフィラメントを用いてサンプルに対する作業を行うときに、質量スペクトロメータが正確で、かつ一貫したデータを発生し続けることができるようにするため、フィラメントの切り換え時に通常質量スペクトロメータは、再較正される。しかしながら、この再較正を行うには時間がかかり、バーンアウト前に進行していたサンプル分析作業を放棄しなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明のより広義の形態の１つは、第１電子放出器を用いて質量スペクトロメータを作動させながら、第１性能特性を決定するステップと、第１性能特性に関連する第１情報を記憶するステップと、第２電子放出器を用いて質量スペクトロメータを作動させながら、第２性能特性を決定するステップと、第２性能特性に関連する第２情報を記憶するステップと、その後、第１電子放出器を使用する作動から、第２電子放出器を使用する作動へ切り換えるステップとを備え、この切り換えるステップは、切り換え前の第１電子放出器の性能に対して切り換え後の第２電子放出器の性能を正規化するために、第１情報および第２情報を使用することを含む、質量スペクトロメータを作動させるための方法に関する。
【０００５】
本発明のより広義の形態の別の形態は、イオン容積部を構成する構造体と、
前記イオン容積部へ、各々が電子を選択的に供給できる第１電子放出器および第２電子放出器と、コントローラとを含む質量スペクトロメータを備え、前記コントローラは、第１電子放出器を用いて質量スペクトロメータを作動させながら、第１性能特性を決定し、第１性能特性に関連する第１情報を記憶し、第２電子放出器を用いて質量スペクトロメータを作動させながら、第２性能特性を決定し、第２性能特性に関連する第２情報を記憶し、その後、第１電子放出器を使用する作動から、第２電子放出器を使用する作動へ切り換えるようになっており、この切り換えは、切り換え前の第１電子放出器の性能に対して切り換え後の第２電子放出器の性能を正規化するよう、第１情報および第２情報を使用することを含む、装置に関する。
【０００６】
添付図面は、次のとおりである。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の様相を具現化した質量スペクトロメータのブロック図である。
【図２】図１の質量スペクトロメータを作動させる方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１は、本発明の様相を具現化した質量スペクトロメータ（ＭＳ）１０のブロック図である。この質量スペクトロメータ１０は、イオンソース１２と、質量分析器１４と、ガスクロマトグラフ１６と、試薬ガスのソース１８と、真空ソース２０と、制御システム２２とを含む。ここに開示されている質量スペクトロメータ１０は、化学的イオン化（ＣＩ）用に構成されているが、これとは異なり、電子イオン化（ＥＩ）用にも構成できる。
【０００９】
質量分析器１４は、当技術分野で知られているあるタイプのデバイスであり、実際に市販されている多数のデバイスのうちの任意のものにすることができる。この質量分析器１４は、質量対電荷比に基づき、イオンを分析するための図示されていないデバイスを含むことができ、このデバイスの例として、四重極フィルタ、線形イオントラップ、直線状イオントラップ、三次元イオントラップ、円筒形イオントラップ、フーリエ変換イオンサイクロトロン共振フィルタ、静電イオントラップ、フーリエ変換静電フィルタ、タイムオブフライトフィルタ、四重極タイムオブフライトフィルタ、ハイブリッド分析器または磁気セクターを挙げることができるが、これらだけに限定されない。更に質量分析器１４は、イオンを検出できる検出器２４を含む。検出器２４は、検出器が検出するイオンの強度（イオンの量）に対応する電気信号を発生し、この電気信号は処理のために制御信号２２へ送信される。検出器２４は、後述する態様で、制御システム２２から送られる利得制御信号に応答して利得が変化する。
【００１０】
ガスクロマトグラフ１６も公知のタイプのデバイスであり、市販されている多数のデバイスのうちのいずれかとすることができる。ガスクロマトグラフ１６は、検体（分析される試料）と称されるサンプル材料の粒子のソースとして働く。特にこのガスクロマトグラフ１６は気相状態にあるサンプル材料の電子または分子である検体を出力する。このガスクロマトグラフ１６によって送られるサンプル検体は、公知のタイプのガスクロマトグラフ（ＧＣ）カラム２６を通ってイオンソース１２まで移動する。例えばＧＣカラム２６は、当技術分野で周知のタイプの溶融シリカ毛細管とすることができる。これとは異なり、ガスクロマトグラフ１６およびＧＣカラム２６の代わりに、液体クロマトグラフ（ＬＣ）によりオプションとしてサンプル検体を発生し、ＬＣカラムによって送ってもよい。
【００１１】
試薬ガスソース１８も、公知のタイプのデバイスであり、メタンのような試薬ガスの流れを発生する。真空ソース２０も公知のタイプのシステムであり、イオンソース１２および質量分析器１４の双方に作動的に結合され、正常な作動中に内部領域内を真空状態に維持するようになっている。
【００１２】
制御システム２２は、公知のタイプの回路を含み、この制御システムは質量スペクトロメータ１０の他の種々のコンポーネントに作動的に結合されている。開示されている実施形態では、制御システム２２は、略図に２８で示されているデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を含む。ＤＳＰ２８は、質量スペクトロメータ１０の他のコンポーネントを制御システム２２がどのように制御するかを決定するソフトウェアプログラムを実行する。このソフトウェアプログラムは、サンプル材料の分析作業に関連するデータも処理する。例えばソフトウェアプログラムは、後述する態様で検出器２４が検出するイオン強度をスケーリングするスケーリング率を含む。制御システム２２は更に、ソフトウェアプログラム、分析データおよび質量スペクトロメータ１０の作動および機能に関連する他の情報を記憶するためのメモリ２９も含む。ＤＳＰ２８は、上記とは異なり、マイクロコントローラまたは他の形態のデジタルプロセッサでもよい。別の代替例として、ＤＳＰ２８をステートマシンまたはハード配線された回路に置換することもできる。制御システム２２は、ガスクロマトグラフ１６を制御する出力３０および試薬ガスソース１８を制御する出力３２を含む。制御システム２２は、データを送受信するよう、質量分析器１４と通信するライン３４も含む。更に、制御システム２２は、後述する態様で質量スペクトロメータ１０の他の種々のコンポーネントを制御する別の出力も含む。コントローラとの間のライン３４および別のラインは、有線または無線伝送のいずれか、またはその双方で提供できると理解すべきである。
【００１３】
イオンソース１２は、イオン容積部３８として働くチャンバを備えた導電性ハウジング３６をその内部に有する。ハウジング３６は、イオン容積部３８とハウジングの外部との間を連通させる２つの開口部３９および４０を有する。開口部３９は、本明細書に説明する態様で、電子開口部、すなわち電子入口ポートとして働き、開口部４０はイオン開口部、すなわちイオン出口ポートとして働く。試薬ガスソース１８からハウジング３６まで、ガス供給導管４１が延び、この導管を通過するガス流量を制御するように、導管に沿って電気作動式バルブ４２が設けられている。このバルブ４２は、制御システム２２の出力４３によって制御される。導管４１は、ガス入口ポート４４を通ってイオン容積部３８内に開口している。ガスクロマトグラフ１６から離間したＧＣカラム２６の端部は、ハウジング３６内の開口部を通ってイオン容積部３８内に短い距離だけ突出する端部部分を有する。
【００１４】
イオンソース１２は、ハウジング３６の近くに電子ソース４６を含む。この電子ソース４６は、２つのフィラメント４８および４９を有するフィラメントアセンブリ４７を含み、これらフィラメントは、電子放出器として作動し、熱電子放出タイプにすることができる。これとは異なり、フィラメント４８および４９のような熱電子放出器を使用する代わりに、オプションとして電子放出器を電子放出ニードルのような電界放出器としてもよい。全体がヘアピン構造となっているフィラメント４８および４９は、電子入口ポート３９を通ってイオン容積部３８内まで延びる仮想線５０に沿って互いに重なった関係に位置決めされている。これらフィラメント４８および４９は、レニウムから製造できる。これとは異なり、オプションとしてフィラメント４８および４９は、タングステン、トリウムタングステン、トリウムタングステンレニウム、トリウムイリジウム、イットリアでコーティングされたレニウムまたは他の任意の適当な材料を含むことができる。フィラメント４８および４９は、互いに横方向に配置でき、一般に仮想線５０を中心とする電子放出断面を有することができる。これとは異なり、オプションとして、フィラメント４８および４９は、リボンフィラメント、コイルフィラメント、またはそれらの組み合わせを含むことができる。
【００１５】
電子ソース４６は、フィラメント電源５２を含む。このフィラメント電源５２は、フィラメント電流によりフィラメント４８および４９のいずれか一方を選択的に附勢できる。各フィラメント４８および４９は、附勢されると、電子のストリームを放出でき、この電子ストリームは電子入口ポート３９を通って仮想線５０に沿ってターゲットロケーション５１まで伝搬する。ターゲットロケーション５１を、イオン容積部３８内のポイントまたは領域とすることができる。フィラメント電源５２は、制御システム２２の出力５３によって制御される。従って、制御システム２２は、フィラメント４８および４９の各々を選択的にオンオフでき、後述する態様でフィラメント電源５２が供給するフィラメント電流を変えることができる。
【００１６】
フィラメント４８および４９は、附勢時に、イオン容積部３８に対して負のバイアスがかけられる。フィラメント電源５２は、イオン容積部３８とフィラメント４８および４９との間にポテンシャル差が発生し、よって電子がイオン容積部へ移動する際に電子のエネルギーが生じるようにイオン容積部３８に結合された出力５５を含む。フィラメント電源５２は、フィラメント４８および４９のいずれかがバーンアウトしたときにこれを制御システムに表示する、制御システム２２に結合された出力５４も含む。
【００１７】
電子ソース４６は、公知のタイプの電子ゲート５６を更に含む。この電子ゲート５６は、フィラメント４８および４９と電子入口ポート３９との間に設けられている。この電子ゲート５６は、制御システム２２の出力５７によって制御され、この出力５７は、あるデューティサイクルを有する信号を搬送する。このデューティサイクルは、ゲートが開となっている時間のパーセントを決定し、このデューティサイクルは、０％〜１００％のレンジにわたって変化し得る。電子ゲート５６が開となっているとき、ライン５０に沿って流れる電子ストリームは、ゲートを通ってイオン容積部３８内に伝わる。他方、電子ゲート５６が閉となっているとき、このゲートは、電子のストリームを遮断するので、電子は移動し、イオン容積部３８内に進入することが禁止される。デューティサイクルは、周波数を固定し、パルス幅を変えることにより、またはパルス幅を固定し、周波数を変えることにより、または周波数とパルス幅の双方を変えることによって変えることができる。デューティサイクルを変えることにより、時間あたりのイオン容積部に到達する電子量が変化するので、イオン容積部内で発生されるイオンも変化する。このアプローチ方法は線形であり、予測可能である。
【００１８】
電子ソース４６は、公知のタイプの電子レンズ５８を更に含む。例えば電子レンズ５８は合焦モードで操作できる１つ以上のレンズを含むことができる。この電子レンズ５８は、フィラメントアセンブリ４７の一部でよい。この電子レンズ５８は、制御システム２２の出力５９によって制御され、制御システム２２は、出力５９に電子レンズ電圧を発生する電子レンズバイアス回路を含む。この電子レンズ電圧は、イオン容積部３８に対して正のバイアスを電子レンズ５８にかける。制御システム２２は出力５９を介して、電子レンズ電圧を変えることができるので、後述する態様でイオン容積部３８内に向かって流れる電子のストリームの合焦状態を変えることができる。本明細書では電子ゲート５６と電子レンズ５８をセパレート式のコンポーネントとして説明し、図示しているが、これらは説明するのと異なり、これらを双方の機能を奏する単一コンポーネントとなるように組み合わせてもよい。
【００１９】
電子ソース４６は、フィラメント４８および４９がフィラメント電流によって附勢されたときに、フィラメント４８および４９のいずれか放出電流を測定するための電子放出センサ６０を更に含む。この測定された放出電流は、処理のため、ライン６２上で制御システム２２に送信できる。制御システム２２は、後述する態様でフィラメント電源５２から供給されるフィラメント電流を制御し、設定するために、放出電流情報を使用できる。
【００２０】
イオンソース１２は、磁界発生器６４を含む。この磁界発生器６４は、永久磁石のような、固定された磁界を発生する部分と、電磁石のような、可変磁界を発生する部分とを含む。これら固定磁界と可変磁界とは、合成されて電子のストリームをコリメートされた状態に維持するのを助けるよう、仮想線５０と並列に整合された磁界を発生する。この磁界発生器６４は、制御システム２２に出力６６によって制御される。従って、制御システム２２は、後述する態様で、出力６６上で送られる制御信号により、磁界の強度を選択的に変えることができる。これとは異なり、磁界発生器６４は、磁界を発生する永久磁石しか含まないようにしてもよく、この場合、磁界発生器を制御するための出力６６は設けられない。イオンソース１２は、公知のタイプの一組のレンズ要素６８を更に含む。このレンズ要素６８は、イオン容積部３８と質量分析器１４との間に配置され、これらレンズ要素６８は、制御システム２２の１つ以上の出力７０によって制御される。
【００２１】
本明細書で説明する実施形態では、イオン容積部３８は、化学的イオン化（ＣＩ）方法用に使用されている。このＣＩ方法の一般的原理は、当技術分野では知られているものであるので、本明細書では詳細には説明せず、簡単にしか説明しない。作動中、試薬ガスの連続流が導管４１を通ってイオン容積部３８内に流れることができるように、バルブ４２は、開状態のままである。図１に略図として示されるように、イオン容積部３８は、開口部３９および４０を含む数個の極めて小さい開口部しか有していない。従って、これら比較的小さい開口部３９および３０、更にイオン容積部３８の内部への試薬ガスの流入に起因し、イオン容積部３８は、比較的高い圧力に維持される。ガスクロマトグラフ１６は、サンプル材料を含み、サンプル材料の検体、例えばそれらの原子または分子を発生し、これらは気相状態でＧＣカラム２６を通ってイオン容積部３８内に供給される。
【００２２】
制御システム２２は、フィラメント電流によりフィラメント４８および４９の一方を附勢するようにフィラメント電源５２に命令し、附勢されたフィラメントは電子のストリームを放出する。制御システム２２は、ゲートが開となっている時間のパーセントを決定するデューティサイクルを有する信号により、電子ゲート５６を制御する。電子ゲート５６が開であり、電子のストリームがライン５０に沿って流れ、イオン容積部３８内に進入可能にするときに、電子は主に高圧試薬ガスの分子と衝突し、試薬ガスのイオンを形成する。電子のストリームは、前に説明したように、電子レンズ５８の電子レンズ電圧、および磁界発生器６４によって発生される磁界により影響される。電子ゲート５６が閉となっているとき、電子のストリームはブロックされ、イオン容積部３８に電子は進入しない。
【００２３】
イオン容積部３８内の圧力が比較的高くなっている結果、かかる衝突を促進し、試薬ガスのイオンを発生するような試薬ガスの密度となる。試薬ガスのイオンは、サンプルガスの検体と反応し、個々の検体に特徴的なイオンを形成する。イオン出口ポート４０を通ってイオン容積部３８から流出するガスは、これらイオンをガスと共に搬送する。
【００２４】
制御システム２２は、制御ライン７１を介してイオン容積部３８に電気的ポテンシャルを加え、更にレンズ要素６８に少なくとも１つの電気的ポテンシャルを加える。イオン容積部３８とレンズ要素６８との間のポテンシャルは、容積部３８によって発生されたサンプル材料のイオンを抽出し、合焦する。特にイオンは、イオン容積部３８からパス７２を通り、出口４０を通過し、更にレンズ要素６８を通過し、質量分析器１４まで移動する。このイオン移動パス７２は、ライン５０に沿って流れる電子のストリームにほぼ垂直である。質量分析器１４は、あるレンジの質量対電荷比（「ｍａｓｓと称す」）にわたってスキャンし、検出器２４により検出するための特定の質量のイオンを選択的にフィルタで除去できる。検出器２４は、その特定の質量に対するイオン強度（イオン量）を検出し、検出されたイオン強度に対応する電気信号を発生する。ライン３４を通って制御システム２２へ、検出されたイオン情報が送られる。制御システム２２は、情報を処理し、サンプル材料の質量スペクトルを発生するソフトウェアプログラムを実行する。
【００２５】
上記記載は、ＣＩ方法により作動する質量スペクトロメータに関する記載であったが、この質量スペクトロメータ１０は、このＣＩ方法とは異なり、電子イオン化（ＥＩ）方法によっても作動させるように構成できる。ＥＩ方法の場合、ソース１８からの試薬ガスはイオン容積部３８内に供給されず、開口部３９および４０を、より大きく形成でき、サンプル材料のイオン特性は、サンプル材料と電子との相互作用から直接決定される。イオン容積部３８のために導電性ハウジングを使用する代わりに、イオンを発生させるイオン容積部を、別の構造としていてもよく、例えばＲＦマルチポールトラップまたは他の適当なイオントラップを有してもよい。
【００２６】
フィラメント４８を使用し、選択された組の作動パラメータのもとで質量スペクトロメータ１０を作動させ、フィラメント４８からの電子に応答し、イオン容積部３８内のサンプル検体から生じるイオン強度を決定する。サンプル検体は、既知の材料を含むので、制御システム２２のメモリ２９内に既知材料の質量特性のレンジにわたって所定のイオン強度を記憶できる。従って、フィラメント４８を使用し、サンプルに対する分析作業を行うときに、質量スペクトロメータが正確で、かつ一貫したデータを発生するように、フィラメント４８に対して質量スペクトロメータ１０を評価する。次に、制御システム２２は作動パラメータの組のもとで、フィラメント４８を使用し、作動させることから生じるイオン強度に関する情報をメモリ２９に記憶する。
【００２７】
制御システム２２は、フィラメント電源５２へ出力５３から制御信号を送ることにより、フィラメント４８をオフにし、フィラメント４９をオンにする。フィラメント４８に対して使用したのと同じ組の作動パラメータのもとでフィラメント４９を使用し、質量スペクトロメータ１０を作動させ、フィラメント４９からの電子に応答してイオン容積部３８内の同じサンプル検体から生じるイオン強度を決定する。フィラメントの切り換え時に、後に使用するよう、同じ組の作動パラメータのもとでフィラメント４９を使用して作動させることから生じたイオン強度に関係する情報をメモリ２９に記憶する。
【００２８】
フィラメント４８および４９の評価の後に、未知の材料のサンプルに対して分析作業をするよう、質量スペクトロメータ１０を作動させることができる。制御システム２２は、フィラメント４８をオンにし、フィラメント４８に関連する記憶された組の作動パラメータのもとで作動するように、質量スペクトロメータ１０を構成する。質量スペクトロメータ１０は、前に説明したように未知の各材料の質量スペクトルを発生する。フィラメント４８を用いて問題が検出されるまで、質量スペクトロメータ１０はフィラメント４８を使用した作動を続ける。
【００２９】
サンプル作業中にフィラメント４８によりある問題、例えばフィラメントのバーンアウト状態が検出されると、フィラメント電源５２は、このことを制御システム２２へ表示する。制御システム２２は、電流スキャンを停止し、この問題をオペレータに通知する。オペレータは、マニュアルでフィラメント４９に切り換えるか、または制御システム２２が自動的にフィラメント４９に切り換えることにより、電流のスキャンを再び開始し、フィラメント４９に関する質量スペクトロメータ１０の再較正をすることなく、既に進行中のサンプルに対する作業を続行できる。この制御システム２２は、切り換え後のフィラメント４９の性能が切り換え前のフィラメント４８の性能に対して正規化されるよう、作動パラメータのうちの１つ以上を調節するよう記憶されている情報を使用するソフトウェアプログラムを制御システム２２が実行する。すなわち切り換え後のフィラメント４９を使用して作動させることから生じたイオン強度は、実質的に切り換え前のフィラメント４８を使用して作動させることから生じたイオン強度と同じになる。従って、質量スペクトロメータ１０は、再較正することなく、フィラメント４８を使用した作動時に発生したデータと一貫性があり、かつ正確なデータを発生できる。
【００３０】
前に説明したように、制御システム２２は、質量スペクトロメータ１０の種々のコンポーネントで制御する種々の出力を含む。調節できるパラメータの１つとして、電子ゲート５６を制御する信号のデューティサイクルがある。制御システム２２は、デューティサイクルを調節し、イオン容積部３８への電子の流量を変え、よってイオン容積部内で生じるイオン強度を変えることができる。デューティサイクルとイオン強度との間の関係は、実質的に線形である。従って、デューティサイクルの所定の変化に対するイオン強度の効果を容易に予測できる。前に説明した記憶されている情報を使用し、切り換え後、フィラメント４９を使用して作動させることから生じるイオン強度が、切り換え前のフィラメント４８を使用して作動させることから生じるイオン強度と一致するようにデューティサイクルを調節できる。従って、既に進行中のサンプル分析作業を続けるよう、フィラメント４９を使って質量スペクトロメータ１０を作動させることができる。このアプローチ方法を使ってフィラメントの変更を自動的に行う場合、あるフィラメントを使用する作動から別のフィラメントを使用する作動への切り換えを、２〜３秒程度の短い時間で行うことができる。
【００３１】
上記実施形態では、電子ゲート５６に対して使用されるデューティサイクルは、質量スペクトロメータ１０の適当なチューニングを行うよう（すなわち種々の異なる質量を利用するイオンを適正に検出するよう）、質量のレンジにわたって変化する。より詳細には、質量の全レンジはいくつかの異なる質量レンジに分割されており、各質量レンジに対して使用されるデューティサイクルは、他の質量レンジに対して使用されるデューティサイクルと変わり得る。作動時に、質量分析器１４は、検出器２４によって検出できるよう、低から高へ、または高から低へ、質量のレンジにわたってイオンをスキャンする。質量分析器は、各質量レンジから次の質量レンジに移る際に、電子ゲート５６に対して使用されるデューティサイクルを変更する。デューティサイクルと質量レンジの間の関係を示す波形またはプロフィルを決定し、メモリ２９に記憶する。システムがフィラメント４８およびフィラメント４９を評価するときに、各フィラメントに対してシステムがセーブする情報は、質量レンジの各々に固有の情報を含む。フィラメント４８からフィラメント４９に切り換わる必要があるとき、システムは、質量レンジの各々に対して別々に正規化を行うことができるので、切り換え直後の各質量レンジ内のイオンの発生は、切り換え直前のその質量レンジ内のイオンの発生と等価的である。
【００３２】
これまでの説明では、フィラメント４９はフィラメント４８の性能と同じ性能を有することができると仮定した。しかしながら、実際問題としてフィラメント４８は、フィラメント４９の最大性能を超える性能レベルとなることができ、このため、フィラメント４９のためのデューティサイクルを最大値（例えば１００％）まで調節しても、フィラメント４８の性能に対してフィラメント４９の性能を正規化するにはこのような調節でも十分でなくなるような状況があり得る。換言すれば、フィラメント４９によって生じさせることができる最大イオン強度は、フィラメント４８によって生じる最大イオン強度よりも低くなり得る。従って、２つのフィラメントの初期評価が、このタイプの状況を明らかにした場合、フィラメント４８がフィラメント４９で発生できる強度よりも大きいイオン強度を発生できないよう、フィラメント４８に対する制御を設定できる。
【００３３】
フィラメントが経年変化するか、および／またはイオンソース１２が前のサンプル作業からの堆積物を発生するので、フィラメント４８を用いて作動させることから生じるイオン強度は、時間経過と共に変化し得る。作動条件の変化に起因し、フィラメント４９を用いて作動させることから生じるイオン強度も変化し得る。従って、フィラメント４８と４９の相対的性能を周期的に測定し、フィラメントに関連する記憶情報をメモリ２９で更新する。この更新情報は、質量スペクトロメータ１０の作動条件の時間に対する変化を補償するものである。これら周期的な測定は、質量スペクトロメータ１０の周期的な自動チューニング中に実行できる。この方法とは異なり、イオン強度、例えばバックグラウンドイオン強度を見ることにより、クロマトグラフィー作業前に時間毎に測定を実行してもよい。従って、フィラメントを切り換えた後に制御システム２２はフィラメント４８およびフィラメント４９の最近測定された相対的性能を示す記憶情報を利用する。
【００３４】
フィラメントの一方または双方の性能を周期的に評価する間にフィラメント４８または４９のいずれかを用いた場合の潜在的な問題を検出できる。例えばフィラメント４８の性能は、時間経過と共に劣化するので、同じレベルの放出電流を発生するのに必要なフィラメント電流の量は変化する。このフィラメントは、バーンアウト条件が間もなく生じることが明らかとなるポイントに到達し得る。例えばフィラメント４８の測定された性能が、前に測定された性能と比較して大きな変化を示すことがある。かかる条件の検出に応答し、制御システム２２はフィラメント４８が故障する前に、この時点でフィラメント４８からフィラメント４９への切り換えを行うことができる。この方法とは異なり、制御システム２２は潜在的な問題があることを質量スペクトロメータ１０のオペレータに通知してもよい。するとオペレータは、この時点でフィラメントを切り換えることを選択し、良好なフィラメント４９を用いた作動を続け、その後、定期的にスケジュールが決められたメンテナンス中に不良なフィラメント４８を修理または交換できる。これとは異なり、オペレータは、早期の最も都合のよい時期に不良なフィラメント４８を新しいフィラメントに交換することを選択してもよい。かかる交換の後に、質量スペクトロメータは、新しいフィラメントと良好なフィラメント４９との相対的性能を評価し、その後、フィラメント切り換え時の正規化のために後に使用できる情報を記憶する。
【００３５】
図２は、図１の質量スペクトロメータ１０を作動させるための上記方法を番号２００で示すフローチャートである。この方法２００は、ブロック２０２でスタートし、このブロック２０２では、第１電子放出器（例えばフィラメント４８）を用いて質量スペクトロメータ１０を作動させながら、第１の性能特性（例えばイオン強度）を決定する。この方法２００は、ブロック２０４に進み、このブロック２０４では第１性能特性に関連し、第１情報（例えば特定の組の作動パラメータのもとでフィラメント４８を用いて作動させることから生じたイオン強度）を記憶する。
【００３６】
方法２００は、次にブロック２０６まで進む。このブロック２０６において、第１電子放出器に対して使用した同じ作動パラメータのもとで第２電子放出器（例えばフィラメント４９）を用いて質量スペクトロメータ１０を作動させながら、第２性能特性（例えばイオン強度）を決定する。次にこの方法は、ブロック２０８まで進み、このブロックで、第２性能に関連する第２情報（例えば同じ組の作動パラメータのもとでフィラメント４９を用いて作動させたことから生じたイオン強度）を記憶する。次に方法２００はブロック２１０へ進み、このブロックで第１電子放出器を使用した作動から第２電子放出器を使用した作動までの切り換えを行う。この切り換えは、第１電子放出器の性能に対する切り換え後の第２電子放出器の性能を正規化するために、第１情報および第２情報を使用すること（例えばゲート５６に対するデューティサイクルを指定する作動パラメータを調節すること）を含む。
【００３７】
別の実施形態では、調節される作動パラメータを電子ゲート５６に対するデューティサイクルの代わりに、フィラメントの放出電流とすることができる。前に説明したように、制御システム２２は、アクティブなフィラメント（ターンオンされているフィラメント）にフィラメント電流を供給するフィラメント電源５２を制御する出力５３を含む。フィラメントは、フィラメント電流によって附勢されると、あるレートで電子（放出電流と称される）を放出する。この放出電流は、センサ６０によって測定され、制御システム２２に情報が送られる。制御システム２２は放出電流を変え、よってイオン容積部３８までの電子の流量を変えるようにフィラメント電流を調節できる。フィラメント電流と放出電流との関係は、非線形であるので、フィラメント電流とイオン強度との関係も非線形である。従って、所望するイオン強度を得るには、フィラメント電流を調節する繰り返しプロセスを実行し、適当な放出電流および、従って適当なレベルのイオンを発生させ、これを維持しなければならない。
【００３８】
別の実施形態では、調節する作動パラメータを、電子ゲート５６に対するデューティサイクルではなく、電子レンズ５８の電子レンズ電圧とする。上記のように、この電子レンズ５８は、制御システム２２の出力５９によって制御される。電子レンズ５８は、放出された電子の流れをイオン容積部３８に向けて調節自在に合焦するよう、イオン容積部３８に対して正のバイアスがかけられている。制御システム２２は、電子レンズ電圧を調節し、電子の移動の方向、従ってイオン容積部３８に到達する放出された電子の割合を変えることができ、その割合は、次にイオン容積部内で生じるイオン強度を変える。電子レンズの電圧とイオン強度の間の関係は、非線形であるので、所望するイオン強度を得るための電子レンズ電圧を調節する繰り返しプロセスを実行できる。
【００３９】
別の実施形態では、調節される作動パラメータを、電子ゲート５６に対するデューティサイクルではなく、磁界発生器６４によって発生される磁界とする。上記のように、制御システム２２は、磁界発生器６４を制御する出力６６を含む。磁界はイオン容積部３８に向かって流れる電子のストリームのコリメート化の程度に影響を与える。制御システム２２は、イオン容積部３８に達する放出電子の割合を変え、よってイオン容積部内で発生されるイオン強度を変えるように磁界を調節できる。磁界とイオン強度との間の関係は非線形であるので、所望するイオン強度を得るための磁界を調節する繰り返し方法を実行できる。
【００４０】
更に別の実施形態では、調節される作動パラメータを、電子ゲート５６のためのデューティサイクルではなく、検出器２４の利得とする。上記のように検出器２４は、制御システム２２から送られる利得制御信号に応答して変化する利得を有する。従って、制御システム２２は、検出器２４の利得を調節でき、よってイオン強度の検出される値を変えることができる。利得制御信号と検出器２４の利得との関係は、検出器２４に対する所定の利得曲線によって特定される。このように、イオン強度の所望する検出値を得るための利得曲線に従って利得を正確に調節できる。
【００４１】
別の実施形態では、調節される作動パラメータを、質量分析器１４および検出器２４から受信されるデータをスケーリングするために、ＤＳＰ２８によって使用されるスケーリング率とする。上記のように制御システム２２は、検出器２４からのデータを処理するソフトウェアプログラムを含む。このデータは、検出器２４が検出するイオン強度を示す値を含む。制御システム２２は、このデータを受信し、処理し、サンプル材料の質量スペクトルを発生する。ソフトウェアプログラムは、検出器２４からのデータをスケーリングするのに使用されるスケーリング率を含む。従って、制御システム２２は、スケーリング率を調節でき、よって検出されるイオン強度の値を変えることができる。スケーリング率を調節することにより、イオン強度の値に対する線形効果が生じる。
【００４２】
上記実施形態の各々は、フィラメントを切り換えるときにイオン強度を正規化するのに、１つの作動パラメータを使用しているが、同様な結果を得るために、上記とは異なり、作動パラメータの種々の組み合わせも使用できると理解できよう。例えば、所望するイオン強度を得るために、電子ゲートに対するデューティサイクルと検出器の利得とを組み合わせて調節することが既に考えられている。更に、種々の作動パラメータの各々は、質量に依存し得る。すなわち換言すれば、種々の作動パラメータの各々は上記のように電子ゲートのデューティサイクルに対し、異なるレンジの質量で異なる値を有する。従って、フィラメントを切り換える時に質量の全レンジにわたって生じるイオン強度を正規化するのに、各質量レンジに対して所定の作動パラメータを独立して調節できる。更にフィラメントの性能を正規化するのに、他の性能特性も使用できる。例えば、イオン容積部までの電子の流量を決定するのフィラメントの電子放出特性を使用できる。従って、双方のフィラメントを用いた作動により生じる電子の流量の結果、同じレベルのイオンが発生し、よってフィラメント切り換え時に再較正しなくても、質量スペクトルメータの作動が正確で一貫したデータを発生するように１つ以上の作動パラメータを調節（コンフィギュア）できる。
【００４３】
更に、フィラメントの相対的性能を測定するたびに、正規化率を決定できる。この正規化率は他のフィラメントの性能に対するあるフィラメントの性能を正規化するのに必要な（複数の作動パラメータのうちの１つの）調節率を示す。従って、制御システムはフィラメントの切り換え時にこの正規化率を使用し、作動パラメータのうちの１つ以上を調節できる。
【００４４】
以上で数種の実施形態について詳細に図示し、説明したが、特許請求の範囲に記載の本発明の要旨および範囲から逸脱することなく、種々の置換および変更が可能であることが理解できよう。例えばこれまで示し、説明した２フィラメント構造の代わりに、２つ以上のフィラメントを有するイオンソースを用いて、開示した方法を実施できると理解すべきである。すなわちアクティブなフィラメントが燃え尽きても（バーンアウトしても）冗長性を提供するように、３つ、４つ、５つまたは任意の数のフィラメントを互いに隣接した状態に設置でき、各フィラメントに対し、イオン強度が実質的に同じままとなるようにフィラメントの各々を評価し、パラメータを記憶する。更に、フィラメントは互いに異なっていてもよい。例えば、１つのフィラメントをヘアピン構造とし、他方のフィラメントをコイル構造としてもよいし、または１つのフィラメントをレニウム製とし、他方のフィラメントをタングステン製としてもよい。
【００４５】
更に、これまで図示し、説明したように、イオン容積部の一方の同じ側に２つのフィラメントが配置されて質量スペクトルメータではなく、イオン容積部の両側にフィラメントが配置されている質量スペクトロメータでも上記方法を実施できる。例えば追加されるフィラメントアセンブリおよび電源、電子ゲート、電子レンズ、電子入口ポートおよびその他のコンポーネントが存在していてもよい。この場合、制御システムは上記のように同じ結果を得るのに、各フィラメントのためにそれぞれのコンポーネントを制御するように構成される。
【符号の説明】
【００４６】
１０  質量スペクトロメータ
１２  イオンソース
１４  質量分析器
１６  ガスクロマトグラフ
１８  試薬ガスソース
２０  真空ソース
２２  制御システム
２４  検出器
２６  ガスクロマトグラフカラム
２８  デジタル信号プロセッサ
２９  メモリ
３０，３２  出力
３４  ライン
３６  ハウジング
３８  イオン容積部
３９，４０  開口部
４  ガス供給導管
４２  バルブ
４３  出力
４４  ガス入口ポート
４６  電子ソース
４７  フィラメントアセンブリ
４８，４９  フィラメント
５０  仮想線
５１  ターゲットロケーション
５２  フィラメント電源
５４，５５  出力
５６  電子ゲート
５７  出力
５８  電子レンズ
５９  出力
６０  電子放出センサ
６２  ライン
６４  磁界発生器
６６  出力
６８  レンズ要素
７０  出力
７１  制御ライン
７２  イオン移動パス
【図１】
0005512549.tif 000002
【図２】
0005512549.tif 000003