(57)【要約】【課題】イオントラップ部の共振特性調整部において、高耐圧部品を用いること無く共振特性を調整することを可能にする技術を提供する。【解決手段】質量分析装置において、イオントラップ部３は、ロッド電極部２０２、ＲＦ信号源２０１、共振回路部２０５、共振特性調整部２０９ａ，２０９ｂ、共振特性測定部２０３、制御部２０４などを備え、共振回路部２０５の特性を調整するための共振特性調整部２０９ａ，２０９ｂがＲＦ信号源２０１とロッド電極部２０２との間に配置されており、共振特性調整部２０９ａ，２０９ｂの両端の電圧がロッド電極部２０２にかかる電圧よりも小さくなるように構成されている。【選択図】図２
2014123469.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料をイオンの質量に応じて分離するイオントラップ部を備えた質量分析装置であって、
前記イオントラップ部は、
互いに平行に配置された４本のロッド電極を備えたロッド電極部と、
ＲＦ信号を発生させるＲＦ信号源と、
前記ＲＦ信号源で発生させたＲＦ信号を共振増幅して高電圧ＲＦ信号を生成し、前記ロッド電極部の４本のロッド電極の中心軸に対して対向する一方の一組のロッド電極対に高電圧ＲＦ信号を印加し、他方の一組のロッド電極対に前記一方の一組のロッド電極対に印加した高電圧ＲＦ信号とは差動の高電圧ＲＦ信号を印加する共振回路部と、
前記共振回路部の特性を調整するための共振特性調整部と、
前記一方の一組のロッド電極対に印加する高電圧ＲＦ信号と前記他方の一組のロッド電極対に印加する前記差動の高電圧ＲＦ信号との前記共振回路部の共振周波数および増幅率を測定する共振特性測定部と、
前記共振特性測定部で測定した前記共振回路部の共振周波数および増幅率の情報に基づいて前記共振特性調整部を調整する制御部とを備え、
前記共振特性調整部が前記ＲＦ信号源と前記ロッド電極部との間に配置されており、前記共振特性調整部の両端の電圧が前記ロッド電極部にかかる電圧よりも小さくなるように構成されていることを特徴とする質量分析装置。
【請求項２】
請求項１に記載の質量分析装置において、
前記共振特性調整部は、前記一方の一組または他方の一組のロッド電極対にそれぞれ接続されたコイルにそれぞれ接続される第１および第２共振特性調整部を備え、
前記第１および第２共振特性調整部はそれぞれ、可変コンデンサで構成されており、前記可変コンデンサは前記ＲＦ信号源と前記一方の一組または他方の一組のロッド電極対に接続されたコイルとの間に接続されていることを特徴とする質量分析装置。
【請求項３】
請求項１に記載の質量分析装置において、
前記共振特性調整部は、前記一方の一組または他方の一組のロッド電極対にそれぞれ接続されたコイルにそれぞれ接続される第１および第２共振特性調整部を備え、
前記第１および第２共振特性調整部はそれぞれ、２つの可変コンデンサで構成されており、一方の可変コンデンサは前記ＲＦ信号源と前記一方の一組または他方の一組のロッド電極対に接続されたコイルとの間に接続され、他方の可変コンデンサは前記コイルと接地電位との間に接続されていることを特徴とする質量分析装置。
【請求項４】
請求項１に記載の質量分析装置において、
前記共振特性測定部は、
前記一方の一組または他方の一組のロッド電極対に印加する高電圧ＲＦ信号から分岐したそれぞれの信号の信号振幅を小さくする第１および第２分圧回路と、
前記第１および第２分圧回路で信号振幅を小さくされたＲＦ信号をそれぞれ直流信号に変換する第１および第２整流回路と、
前記第１および第２整流回路で変換された直流信号を加算する加算器と、
前記加算器で加算された加算信号から共振周波数を検出する共振周波数測定ブロックと、
前記加算器で加算された加算信号から振幅を検出する振幅測定ブロックとを備えていることを特徴とする質量分析装置。
【請求項５】
請求項４に記載の質量分析装置において、
前記制御部は、
前記共振周波数測定ブロックにおける共振周波数情報を基に前記共振特性調整部を制御する共振周波数制御ブロックと、
前記振幅測定ブロックにおける振幅情報を基に前記共振特性調整部を制御する増幅率制御ブロックと、
前記ＲＦ信号源を制御するＲＦ信号源制御ブロックとを備えていることを特徴とする質量分析装置。
【請求項６】
請求項１に記載の質量分析装置において、
前記試料を導入する試料導入室と、
前記試料導入室に導入された前記試料をイオン化するイオン化室と、
前記イオン化室でイオン化された前記試料を前記イオンの質量に応じて分離する前記イオントラップ部と、
前記イオントラップ部で分離されたイオンのうち所定の質量を有するイオンを検出する検出器と、
前記検出器で前記イオンを検出して得られたデータを処理するデータ処理部とを備えていることを特徴とする質量分析装置。
【請求項７】
試料をイオンの質量に応じて分離するイオントラップ部を備えた質量分析装置であって、
前記イオントラップ部は、
互いに平行に配置された４本のロッド電極を備えたロッド電極部と、
ＲＦ信号を発生させるＲＦ信号源と、
前記ＲＦ信号源で発生させたＲＦ信号を共振増幅して高電圧ＲＦ信号を生成し、前記ロッド電極部の４本のロッド電極の中心軸に対して対向する一方の一組のロッド電極対に高電圧ＲＦ信号を印加し、他方の一組のロッド電極対に前記一方の一組のロッド電極対に印加した高電圧ＲＦ信号とは差動の高電圧ＲＦ信号を印加する共振回路部と、
前記共振回路部の特性を調整するための共振特性調整部と、
前記一方の一組のロッド電極対に前記高電圧ＲＦ信号の周波数とは異なる差動の補助交流信号を印加する補助交流信号源と、
前記一方の一組のロッド電極対に印加する高電圧ＲＦ信号と前記他方の一組のロッド電極対に印加する前記差動の高電圧ＲＦ信号との前記共振回路部の共振周波数および増幅率を測定する共振特性測定部と、
前記共振特性測定部で測定した前記共振回路部の共振周波数および増幅率の情報に基づいて前記共振特性調整部を調整する制御部とを備え、
前記補助交流信号源および前記ＲＦ信号源と前記一方の一組のロッド電極対との間に第１トランスが配置され、前記補助交流信号と前記ＲＦ信号とは前記第１トランスによって重畳され、かつ、前記共振特性調整部が前記補助交流信号源と前記第１トランスとの間に配置されており、前記共振特性調整部の両端の電圧が前記ロッド電極部にかかる電圧よりも小さくなるように構成されていることを特徴とする質量分析装置。
【請求項８】
請求項７に記載の質量分析装置において、
前記共振特性調整部は、前記第１トランスより密結合の第２トランスと、前記第２トランスの一次コイルおよび二次コイルの端子間にそれぞれ接続された第１および第２可変コンデンサとから構成されており、前記第１および第２可変コンデンサの一端は前記補助交流信号源に接続され、前記第１および第２可変コンデンサの他端は前記第１トランスの二次コイルの端子に接続されていることを特徴とする質量分析装置。
【請求項９】
請求項７に記載の質量分析装置において、
前記共振特性測定部は、
前記一方の一組または他方の一組のロッド電極対に印加する高電圧ＲＦ信号から分岐したそれぞれの信号の信号振幅を小さくする第１および第２分圧回路と、
前記第１および第２分圧回路で信号振幅を小さくされたＲＦ信号をそれぞれ直流信号に変換する第１および第２整流回路と、
前記第１および第２整流回路で変換された直流信号を加算する加算器と、
前記加算器で加算された加算信号から共振周波数を検出する共振周波数測定ブロックと、
前記加算器で加算された加算信号から振幅を検出する振幅測定ブロックとを備えていることを特徴とする質量分析装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の質量分析装置において、
前記制御部は、
前記共振周波数測定ブロックにおける共振周波数情報を基に前記共振特性調整部を制御する共振周波数制御ブロックと、
前記振幅測定ブロックにおける振幅情報を基に前記共振特性調整部を制御する増幅率制御ブロックと、
前記ＲＦ信号源を制御するＲＦ信号源制御ブロックとを備えていることを特徴とする質量分析装置。
【請求項１１】
請求項７に記載の質量分析装置において、
前記試料を導入する試料導入室と、
前記試料導入室に導入された前記試料をイオン化するイオン化室と、
前記イオン化室でイオン化された前記試料を前記イオンの質量に応じて分離する前記イオントラップ部と、
前記イオントラップ部で分離されたイオンのうち所定の質量を有するイオンを検出する検出器と、
前記検出器で前記イオンを検出して得られたデータを処理するデータ処理部とを備えていることを特徴とする質量分析装置。
【請求項１２】
試料をイオンの質量に応じて分離するイオントラップ部を備えた質量分析装置の調整方法であって、
前記イオントラップ部は、
互いに平行に配置された４本のロッド電極を備えたロッド電極部と、
ＲＦ信号を発生させるＲＦ信号源と、
前記ＲＦ信号源で発生させたＲＦ信号を共振増幅して高電圧ＲＦ信号を生成し、前記ロッド電極部の４本のロッド電極の中心軸に対して対向する一方の一組のロッド電極対に高電圧ＲＦ信号を印加し、他方の一組のロッド電極対に前記一方の一組のロッド電極対に印加した高電圧ＲＦ信号とは差動の高電圧ＲＦ信号を印加する共振回路部と、
前記共振回路部の特性を調整するための共振特性調整部と、
前記一方の一組のロッド電極対に印加する高電圧ＲＦ信号と前記他方の一組のロッド電極対に印加する前記差動の高電圧ＲＦ信号との前記共振回路部の共振周波数および増幅率を測定する共振特性測定部と、
前記共振特性測定部で測定した前記共振回路部の共振周波数および増幅率の情報に基づいて前記共振特性調整部を調整する制御部とを備え、
前記共振周波数および増幅率の調整手順は、
前記制御部において、前記ＲＦ信号源の駆動周波数を変化させながら、各駆動周波数における前記一方の一組および他方の一組のロッド電極対に印加される高電圧ＲＦ信号をそれぞれ分岐して前記共振特性測定部に入力し、
前記共振特性測定部において、それぞれ入力した信号の振幅を小さくして、それぞれの信号を直流信号に変換し、この変換した直流信号を加算し、この加算した信号が最も大きくなるときの前記ＲＦ信号源の駆動周波数を共振周波数として検出して前記制御部に入力し、
前記制御部において、入力した共振周波数が所定値の範囲内か否かを判定し、この共振周波数の判定の結果、共振周波数が所定値の範囲を逸脱した場合には、前記共振特性調整部を調整して、再度、共振周波数の測定を行い、共振周波数が所定値の範囲内である場合は駆動周波数を設定し、
続けて、前記共振特性測定部において、前記一方の一組および他方の一組のロッド電極対に印加される高電圧ＲＦ信号の振幅を測定して前記制御部に入力し、
前記制御部において、入力した振幅から増幅率を求め、この増幅率が所定値の範囲内か否かを判定し、この増幅率の判定の結果、増幅率が所定値の範囲を逸脱している場合には、前記共振特性調整部を調整して、再度、振幅を測定して増幅率を求め、増幅率が所定値の範囲内である場合は調整を終了することを特徴とする質量分析装置の調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、質量分析装置の技術に関し、特に、イオンを捕捉する機能を持つイオントラップ部を備えて物質の組成同定に用いられる質量分析装置、およびこの質量分析装置の調整方法に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、質量分析装置の技術において、この質量分析装置のイオントラップ部は、双曲面の断面形状を持った複数の電極で構成されており、その各電極に高電圧の高周波信号および直流電圧を印加することで、複数の電極で形成される空間に電場を発生させてイオンを捕捉する機能を持っている。
【０００３】
このようなイオントラップ部を備えた質量分析装置に関する技術としては、例えば、特許文献１や特許文献２に記載される技術などが挙げられる。特許文献１には、複数の電極と、各電極それぞれに接続された可変コンデンサとを備え、各可変コンデンサの容量を調整して、高周波信号源の駆動周波数と共振回路の共振周波数とを調整する技術が開示されている。また、特許文献２には、高周波電流の周波数駆動機構を設け、駆動周波数を掃引することで、駆動周波数と共振周波数とを一致させる技術が開示されている。
【０００４】
また、イオントラップ部を備えた質量分析装置に関する他の技術として、特許文献３に記載される技術がある。特許文献３には、共振回路の共振周波数を調整するための同調手段である可変コンデンサを備え、その共振周波数が駆動電圧の周波数からずれるように可変コンデンサを設定する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３３２２１１号公報
【特許文献２】特開２００４−２０００８２号公報
【特許文献３】特許第３７４１０９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、前述したようなイオントラップ部を備えた質量分析装置に関して、本発明者が検討した結果、以下のようなことが明らかとなった。
【０００７】
まず、図９の従来技術に係る質量分析装置におけるイオントラップ部の構成の一例を説明するための図を用いて、イオントラップ部のイオンの捕捉原理について説明する。ここでは、イオントラップ部として、双曲面の断面形状を持つ４本の電極柱（以下、ロッド電極９０６ａ−１，９０６ａ−２，９０６ｂ−１，９０６ｂ−２と記す）を平行に配置して構成されるロッド電極部９０２を一例として挙げる。また、高電圧の高周波信号（以下、高電圧ＲＦ信号と記す）を生成する回路の一例として、高周波信号（以下、ＲＦ信号と記す）を出力するＲＦ信号源９０１と、コイル９０７ａ，９０７ｂと負荷コンデンサ９０８ａ，９０８ｂ，９０９および配線の寄生容量などで形成される共振回路部９０５とで構成される回路を示す。
【０００８】
４本のロッド電極９０６ａ−１，９０６ａ−２，９０６ｂ−１，９０６ｂ−２の中心軸に対して、対向する一方のロッド電極対９０６ａ−１と９０６ａ−２に同相の高電圧ＲＦ信号を印加し、他方のロッド電極対９０６ｂ−１と９０６ｂ−２に一方のロッド電極対９０６ａ−１と９０６ａ−２に印加した高電圧ＲＦ信号とは差動の高電圧ＲＦ信号を印加した場合の、中心軸に対して直交するｘ−ｙ平面におけるイオンの運動方程式は、次式によって表される。
【０００９】
【数１】
2014123469.tif 000003
【００１０】
ここで、ｅはイオンの電荷量を、Ｖは高電圧ＲＦ信号の振幅を、ｍはイオンの質量数を、ｒ０はロッド電極で囲まれた空間に内接する円の半径を、ωは高電圧ＲＦ信号の角周波数を、ｔは時間をそれぞれ表す。この式はマシュー方程式として知られており、一般に、質量電荷比（ｍ／ｅ）を持つイオンをイオントラップ部内に捕捉するには、ｑ≦０．９０８となるように、Ｖおよびωを決定すればよいことが知られている。
【００１１】
しかしながら、上述のようにＶおよびωを決定しても、各ロッド電極対に接続されるコイルのインダクタンスやコンデンサの製造ばらつきや温度変動などにより、ＲＦ信号源の駆動周波数と共振回路の共振周波数がずれることにより、所望の高電圧ＲＦ信号振幅が得られない場合や、各ロッド電極対に印加される高電圧ＲＦ信号の振幅に差が生じることがある。このような場合には、（式１）および（式２）の運動方程式を満足しなくなるため、イオンのトラップ効率が低下する場合や、所望の質量電荷比を持つイオンを捕捉できない場合がある。
【００１２】
この問題を解決する技術として、前述した特許文献１や特許文献２がある。特許文献１では、ロッド電極に接続した可変コンデンサの容量を調整して、駆動周波数と共振周波数とを調整することができる。また、特許文献２では、駆動周波数を掃引することで、駆動周波数と共振周波数とを一致させることができる。
【００１３】
ところで、一般に、ロッド電極には、数百Ｖから数ｋＶの高電圧ＲＦ信号が印加される。このため、前述した特許文献１の方法では、高耐圧の可変コンデンサが必要となり、装置が高額になるという課題がある。また、高耐圧の可変コンデンサは、対向する電極の面積を機械的に動かして容量を調整する機械式が一般的であり、自動制御を行う場合には、アクチュエータなどの機械部品が必要となり、さらなる装置の高額化、大型化を招く。
【００１４】
一方、前述した特許文献２の方法は、高耐圧の可変コンデンサを用いずに、駆動周波数と共振周波数とを一致させるものである。しかしながら、駆動周波数を変えることにより、捕捉するイオンの質量電荷比が変わるため、駆動周波数を変更の都度、印加する高電圧ＲＦ信号の振幅を調整して捕捉イオンの質量電荷比を一定にすることや、質量軸のずれを補正するための演算処理が必要となり、調整制御や演算処理が煩雑になるという課題がある。
【００１５】
なお、前述した特許文献３の技術は、出力波形と高周波高電圧の位相ずれを低減することを目的とする技術であり、共振特性を調整する技術ではなく、その上、高耐圧部品を用いることについての課題などを考慮したものでもない。
【００１６】
そこで、本発明は上記のような課題に鑑みてなされたものであり、その代表的な目的は、イオントラップ部の共振特性調整部において、高耐圧部品を用いること無く共振特性を調整することを可能にする技術を提供することにある。
【００１７】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１９】
（１）代表的な質量分析装置は、試料をイオンの質量に応じて分離するイオントラップ部を備えた質量分析装置であって、以下の特徴を有するものである。
【００２０】
（１−１）前記イオントラップ部は、互いに平行に配置された４本のロッド電極を備えたロッド電極部と、ＲＦ信号を発生させるＲＦ信号源と、ＲＦ信号源で発生させたＲＦ信号を共振増幅して高電圧ＲＦ信号を生成し、ロッド電極部の４本のロッド電極の中心軸に対して対向する一方の一組のロッド電極対に高電圧ＲＦ信号を印加し、他方の一組のロッド電極対に一方の一組のロッド電極対に印加した高電圧ＲＦ信号とは差動の高電圧ＲＦ信号を印加する共振回路部と、共振回路部の特性を調整するための共振特性調整部と、一方の一組のロッド電極対に印加する高電圧ＲＦ信号と他方の一組のロッド電極対に印加する差動の高電圧ＲＦ信号との共振回路部の共振周波数および増幅率を測定する共振特性測定部と、共振特性測定部で測定した共振回路部の共振周波数および増幅率の情報に基づいて共振特性調整部を調整する制御部とを備える。そして、共振特性調整部がＲＦ信号源とロッド電極部との間に配置されており、共振特性調整部の両端の電圧がロッド電極部にかかる電圧よりも小さくなるように構成されていることを特徴とする。
【００２１】
（１−２）前記イオントラップ部は、互いに平行に配置された４本のロッド電極を備えたロッド電極部と、ＲＦ信号を発生させるＲＦ信号源と、ＲＦ信号源で発生させたＲＦ信号を共振増幅して高電圧ＲＦ信号を生成し、ロッド電極部の４本のロッド電極の中心軸に対して対向する一方の一組のロッド電極対に高電圧ＲＦ信号を印加し、他方の一組のロッド電極対に一方の一組のロッド電極対に印加した高電圧ＲＦ信号とは差動の高電圧ＲＦ信号を印加する共振回路部と、共振回路部の特性を調整するための共振特性調整部と、一方の一組のロッド電極対に高電圧ＲＦ信号の周波数とは異なる差動の補助交流信号を印加する補助交流信号源と、一方の一組のロッド電極対に印加する高電圧ＲＦ信号と他方の一組のロッド電極対に印加する差動の高電圧ＲＦ信号との共振回路部の共振周波数および増幅率を測定する共振特性測定部と、共振特性測定部で測定した共振回路部の共振周波数および増幅率の情報に基づいて共振特性調整部を調整する制御部とを備える。そして、補助交流信号源およびＲＦ信号源と一方の一組のロッド電極対との間に第１トランスが配置され、補助交流信号とＲＦ信号とは第１トランスによって重畳され、かつ、共振特性調整部が補助交流信号源と第１トランスとの間に配置されており、共振特性調整部の両端の電圧がロッド電極部にかかる電圧よりも小さくなるように構成されていることを特徴とする。
【００２２】
（２）代表的な質量分析装置の調整方法は、上記（１−１）の前記イオントラップ部の構成において、以下の共振周波数および増幅率の調整手順を特徴とするものである。制御部において、ＲＦ信号源の駆動周波数を変化させながら、各駆動周波数における一方の一組および他方の一組のロッド電極対に印加される高電圧ＲＦ信号をそれぞれ分岐して共振特性測定部に入力する。共振特性測定部において、それぞれ入力した信号の振幅を小さくして、それぞれの信号を直流信号に変換し、この変換した直流信号を加算し、この加算した信号が最も大きくなるときのＲＦ信号源の駆動周波数を共振周波数として検出して制御部に入力する。制御部において、入力した共振周波数が所定値の範囲内か否かを判定し、この共振周波数の判定の結果、共振周波数が所定値の範囲を逸脱した場合には、共振特性調整部を調整して、再度、共振周波数の測定を行い、共振周波数が所定値の範囲内である場合は駆動周波数を設定する。続けて、共振特性測定部において、一方の一組および他方の一組のロッド電極対に印加される高電圧ＲＦ信号の振幅を測定して制御部に入力する。制御部において、入力した振幅から増幅率を求め、この増幅率が所定値の範囲内か否かを判定し、この増幅率の判定の結果、増幅率が所定値の範囲を逸脱している場合には、共振特性調整部を調整して、再度、振幅を測定して増幅率を求め、増幅率が所定値の範囲内である場合は調整を終了することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００２４】
すなわち、代表的な効果は、イオントラップ部の共振特性調整部において、高耐圧部品を用いること無く共振特性を調整することが可能となる。これにより、質量分析装置の低コスト化、小型化、計測スループットの向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態１に係る質量分析装置の構成の一例を説明するためのブロック図である。
【図２】図１の質量分析装置において、イオントラップ部の構成の一例を説明するための図である。
【図３】図２のイオントラップ部において、共振特性測定部および制御部の構成の一例を説明するための図である。
【図４】図２のイオントラップ部において、共振特性調整部の共振周波数および増幅率の調整手順の一例を説明するためのフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態２に係る質量分析装置におけるイオントラップ部の構成の一例を説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係る質量分析装置におけるイオントラップ部の構成の一例を説明するための図である。
【図７】本発明の実施の形態４に係る質量分析装置におけるイオントラップ部の構成の一例を説明するための図である。
【図８】本発明の実施の形態５に係る質量分析装置におけるイオントラップ部の構成の一例を説明するための図である。
【図９】従来技術に係る質量分析装置におけるイオントラップ部の構成の一例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下の実施の形態においては、便宜上その必要があるときは、複数の実施の形態またはセクションに分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらは互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。
【００２７】
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【００２８】
［本発明の実施の形態の概要］
本発明の実施の形態に係る質量分析装置、およびこの質量分析装置の調整方法は、以下の特徴を有している（一例として、（）内に対応する構成要素の符号、処理手順のステップＳなどを付記）。
【００２９】
（１）本実施の形態に係る質量分析装置は、試料をイオンの質量に応じて分離するイオントラップ部（３）を備えた質量分析装置であって、以下の特徴を有するものである。
【００３０】
（１−１）前記イオントラップ部は、互いに平行に配置された４本のロッド電極を備えたロッド電極部（２０２，５０２，６０２，７０２）と、ＲＦ信号を発生させるＲＦ信号源（２０１，５０１，６０１，７０１）と、ＲＦ信号源で発生させたＲＦ信号を共振増幅して高電圧ＲＦ信号を生成し、ロッド電極部の４本のロッド電極の中心軸に対して対向する一方の一組のロッド電極対に高電圧ＲＦ信号を印加し、他方の一組のロッド電極対に一方の一組のロッド電極対に印加した高電圧ＲＦ信号とは差動の高電圧ＲＦ信号を印加する共振回路部（２０５，５０５，６０５，７０５）と、共振回路部の特性を調整するための共振特性調整部（２０９，５０９，６０９，７０９）と、一方の一組のロッド電極対に印加する高電圧ＲＦ信号と他方の一組のロッド電極対に印加する差動の高電圧ＲＦ信号との共振回路部の共振周波数および増幅率を測定する共振特性測定部（２０３，５０３，６０３，７０３）と、共振特性測定部で測定した共振回路部の共振周波数および増幅率の情報に基づいて共振特性調整部を調整する制御部（２０４，５０４，６０４，７０４）とを備える。そして、共振特性調整部がＲＦ信号源とロッド電極部との間に配置されており、共振特性調整部の両端の電圧がロッド電極部にかかる電圧よりも小さくなるように構成されていることを特徴とする。
【００３１】
（１−２）前記イオントラップ部は、互いに平行に配置された４本のロッド電極を備えたロッド電極部（８０２）と、ＲＦ信号を発生させるＲＦ信号源（８０１）と、ＲＦ信号源で発生させたＲＦ信号を共振増幅して高電圧ＲＦ信号を生成し、ロッド電極部の４本のロッド電極の中心軸に対して対向する一方の一組のロッド電極対に高電圧ＲＦ信号を印加し、他方の一組のロッド電極対に一方の一組のロッド電極対に印加した高電圧ＲＦ信号とは差動の高電圧ＲＦ信号を印加する共振回路部（８０５）と、共振回路部の特性を調整するための共振特性調整部（８０９）と、一方の一組のロッド電極対に高電圧ＲＦ信号の周波数とは異なる差動の補助交流信号を印加する補助交流信号源（８１９）と、一方の一組のロッド電極対に印加する高電圧ＲＦ信号と他方の一組のロッド電極対に印加する差動の高電圧ＲＦ信号との共振回路部の共振周波数および増幅率を測定する共振特性測定部（８０３）と、共振特性測定部で測定した共振回路部の共振周波数および増幅率の情報に基づいて共振特性調整部を調整する制御部（８０４）とを備える。そして、補助交流信号源およびＲＦ信号源と一方の一組のロッド電極対との間に第１トランス（８１５）が配置され、補助交流信号とＲＦ信号とは第１トランスによって重畳され、かつ、共振特性調整部が補助交流信号源と第１トランスとの間に配置されており、共振特性調整部の両端の電圧がロッド電極部にかかる電圧よりも小さくなるように構成されていることを特徴とする。
【００３２】
（２）本実施の形態に係る質量分析装置の調整方法は、上記（１−１）の前記イオントラップ部の構成において、以下の共振周波数および増幅率の調整手順を特徴とするものである。制御部において、ＲＦ信号源の駆動周波数を変化させながら、各駆動周波数における一方の一組および他方の一組のロッド電極対に印加される高電圧ＲＦ信号をそれぞれ分岐して共振特性測定部に入力する。共振特性測定部において、それぞれ入力した信号の振幅を小さくして、それぞれの信号を直流信号に変換し、この変換した直流信号を加算し、この加算した信号が最も大きくなるときのＲＦ信号源の駆動周波数を共振周波数として検出して制御部に入力する（Ｓ１）。制御部において、入力した共振周波数が所定値の範囲内か否かを判定し（Ｓ２）、この共振周波数の判定の結果、共振周波数が所定値の範囲を逸脱した場合には、共振特性調整部を調整して（Ｓ３）、再度、共振周波数の測定を行い、共振周波数が所定値の範囲内である場合は駆動周波数を設定する（Ｓ４）。続けて、共振特性測定部において、一方の一組および他方の一組のロッド電極対に印加される高電圧ＲＦ信号の振幅を測定して制御部に入力する（Ｓ５）。制御部において、入力した振幅から増幅率を求め、この増幅率が所定値の範囲内か否かを判定し（Ｓ６）、この増幅率の判定の結果、増幅率が所定値の範囲を逸脱している場合には、共振特性調整部を調整して（Ｓ７）、再度、振幅を測定して増幅率を求め、増幅率が所定値の範囲内である場合は調整を終了することを特徴とする。
【００３３】
以上説明した本発明の実施の形態の概要に基づいた各実施の形態を、以下において図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、また、対応する部材には対応する符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００３４】
［実施の形態１］
本実施の形態に係る質量分析装置を、図１〜図４を用いて説明する。
【００３５】
＜質量分析装置＞
図１を用いて、本実施の形態に係る質量分析装置について説明する。図１は、この質量分析装置の構成の一例を説明するためのブロック図である。
【００３６】
本実施の形態に係る質量分析装置は、試料導入室１、イオン化室２、イオントラップ部３、検出器４、データ処理部５、および、データ出力部６などを備えて構成される。
【００３７】
試料導入室１は、試料を導入する機構部である。イオン化室２は、試料導入室１に機械的に連結され、この試料導入室１に導入された試料をイオン化する機構部である。イオントラップ部３は、イオン化室２に機械的に連結され、このイオン化室２でイオン化された試料をイオンの質量に応じて分離する機構部である。
【００３８】
検出器４は、イオントラップ部３に配置され、このイオントラップ部３で分離されたイオンのうち所定の質量を有するイオンを検出する検出器である。データ処理部５は、検出器４に電気的に接続され、この検出器４でイオンを検出して得られたデータを処理する機能部である。
【００３９】
データ出力部６は、データ処理部５に電気的に接続され、このデータ処理部５で処理して得られたデータを出力する機能部である。このデータ出力部６には、データを表示する画面７を備えている。
【００４０】
以上のように構成される質量分析装置において、この質量分析装置の動作については、まず、試料ガスは、試料導入室１に導入された後、イオン化室２でイオン化される。さらに、イオン化した試料は、イオントラップ部３へ移動し、このイオントラップ部３において、イオンの溜め込みと、質量スペクトルを得るための質量スキャン動作が行われる。
【００４１】
そして、質量スキャンによりイオントラップ部３から放出されたイオンは、検出器４により電気信号に変換され、データ処理部５にてソフト補正されて、質量スペクトルが得られる。このデータ処理部５の結果は、データ出力部６に送られて、質量スペクトルの情報が画面７に表示されるようになっている。
【００４２】
以下において、本発明の特徴であるイオントラップ部３について、本実施の形態、さらに以降の各実施の形態において、各種の例を具体的に説明する。
【００４３】
＜イオントラップ部＞
図２を用いて、図１に示した質量分析装置において、イオントラップ部３について説明する。図２は、このイオントラップ部３の構成の一例を説明するための図である。
【００４４】
本実施の形態におけるイオントラップ部３は、ＲＦ信号源２０１、ロッド電極部２０２、共振特性測定部２０３、制御部２０４、および、共振回路部２０５を備えている。
【００４５】
ＲＦ信号源２０１は、高周波信号（ＲＦ信号）を発生させる信号源である。ロッド電極部２０２は、互いに平行に配置されて対をなす４本のロッド電極２０６ａ−１，２０６ａ−２，２０６ｂ−１，２０６ｂ−２を備えている。すなわち、４本のロッド電極２０６ａ−１，２０６ａ−２，２０６ｂ−１，２０６ｂ−２は、ロッド電極の中心軸に対して対向する一方の一組のロッド電極対２０６ａ−１，２０６ａ−２（以下、単にロッド電極対２０６ａとも記す）と他方の一組のロッド電極対２０６ｂ−１，２０６ｂ−２（以下、単にロッド電極対２０６ｂとも記す）とを備えている。
【００４６】
共振回路部２０５は、ＲＦ信号源２０１とロッド電極部２０２との間に接続され、コイル２０７ａ，２０７ｂ、ロッド電極対２０６ａ，２０６ｂや配線の寄生容量などからなる負荷コンデンサ２０８ａ，２０８ｂ、および、共振特性調整部２０９ａ，２０９ｂからなる。共振特性調整部２０９ａ，２０９ｂはそれぞれ、調整素子２１０ａ，２１０ｂと分圧回路２１１ａ，２１１ｂとを備えている。
【００４７】
この共振回路部２０５において、分圧回路２１１ａの入力側はＲＦ信号源２０１の一端に接続され、分圧回路２１１ｂの入力側はＲＦ信号源２０１の他端に接続されている。分圧回路２１１ａ，２１１ｂのそれぞれの出力側は、コイル２０７ａ，２０７ｂのそれぞれの一端に接続されている。コイル２０７ａ，２０７ｂのそれぞれの他端は、負荷コンデンサ２０８ａ，２０８ｂのそれぞれの一端に接続されている。負荷コンデンサ２０８ａ，２０８ｂのそれぞれの他端は、接地されている。
【００４８】
そして、コイル２０７ａの他端と負荷コンデンサ２０８ａの一端との接続ノードは一方のロッド電極対２０６ａに接続され、コイル２０７ｂの他端と負荷コンデンサ２０８ｂの一端との接続ノードは他方のロッド電極対２０６ｂに接続されている。また、調整素子２１０ａ，２１０ｂのそれぞれの入力側には、制御部２０４の出力側が接続されている。
【００４９】
共振回路部２０５は、ＲＦ信号源２０１で発生させたＲＦ信号を共振増幅して高電圧ＲＦ信号を生成し、ロッド電極部２０２の一方のロッド電極対２０６ａ−１と２０６ａ−２に同相の高電圧ＲＦ信号を印加し、他方のロッド電極対２０６ｂ−１と２０６ｂ−２に一方のロッド電極対２０６ａ−１と２０６ａ−２に印加した高電圧ＲＦ信号とは差動の高電圧ＲＦ信号を印加する。
【００５０】
共振特性測定部２０３は、共振回路部２０５とロッド電極部２０２との接続ノードに接続され、共振回路部２０５の共振周波数、または、共振増幅された高電圧ＲＦ信号の振幅（増幅率）、あるいは、その両方を測定する。
【００５１】
制御部２０４は、共振特性測定部２０３の出力側と共振特性調整部２０９ａ，２０９ｂの調整素子２１０ａ，２１０ｂの入力側との間に接続され、共振特性測定部２０３で測定した共振周波数と振幅（増幅率）を基に、共振特性調整部２０９ａ，２０９ｂの調整素子２１０ａ，２１０ｂを調整する。すなわち、制御部２０４は、共振回路部２０５の共振周波数または高電圧ＲＦ信号の振幅（増幅率）の測定結果を基に、共振回路部２０５の共振周波数がＲＦ信号源２０１で発生された高電圧ＲＦ信号の駆動周波数に整合するように共振特性調整部２０９ａ，２０９ｂを制御して、駆動周波数と共振周波数との周波数ずれを補正する。
【００５２】
共振特性調整部２０９ａ，２０９ｂは、ＲＦ信号源２０１で発生させたＲＦ信号の駆動周波数と共振回路部２０５の共振周波数を整合させるための機能を有しており、ＲＦ信号源２０１とロッド電極対２０６ａ，２０６ｂとの間、より詳細にはＲＦ信号源２０１と、ロッド電極対２０６ａ，２０６ｂに接続されたコイル２０７ａ，２０７ｂとの間に配置されていることを特徴とする。
【００５３】
また、共振特性調整部２０９ａ，２０９ｂは、分圧回路２１１ａ，２１１ｂと調整素子２１０ａ，２１０ｂで構成されており、この共振特性調整部２０９ａ，２０９ｂの両端の電圧が、ロッド電極部２０２にかかる電圧、より詳細にはロッド電極対２０６ａ，２０６ｂにかかる電圧よりも小さくなるように構成されていることを特徴とする。
【００５４】
分圧回路２１１ａ，２１１ｂは、調整素子２１０ａ，２１０ｂにかかる電圧を高電圧ＲＦ信号よりも小さくするための回路である。調整素子２１０ａ，２１０ｂは、共振回路部２０５の共振周波数、または、共振周波数と振幅（増幅率）を調整可能なように構成されている。分圧回路２１１ａ，２１１ｂにより、調整素子２１０ａ，２１０ｂにかかる電圧が低圧になるため、調整素子２１０ａ，２１０ｂを構成する部品には、高耐圧部品を必要としないことから、質量分析装置の低コスト化を実現することが可能となる。
【００５５】
なお、本実施の形態では、分圧回路２１１ａ，２１１ｂと調整素子２１０ａ，２１０ｂを分離して記載しているが、分圧回路２１１ａ，２１１ｂと調整素子２１０ａ，２１０ｂの構成要素が一部あるは全て共通のもので構成されていても、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００５６】
＜共振特性測定部および制御部＞
図３を用いて、図２に示した共振特性測定部２０３および制御部２０４について説明する。図３は、この共振特性測定部２０３および制御部２０４の構成の一例を説明するための図である。
【００５７】
本実施の形態における共振特性測定部２０３は、分圧回路３０１ａ，３０１ｂ、整流回路３０２ａ，３０２ｂ、加算器３０３、共振周波数測定ブロック３０４、および、振幅測定ブロック３０５を備えている。また、本実施の形態における制御部２０４は、共振周波数制御ブロック３０６、増幅率制御ブロック３０７、および、ＲＦ信号源制御ブロック３０８を備えている。
【００５８】
この共振特性測定部２０３において、分圧回路３０１ａの入力側はロッド電極対２０６ａ−１，２０６ａ−２に接続され、分圧回路３０１ｂの入力側はロッド電極対２０６ｂ−１，２０６ｂ−２に接続されている。分圧回路３０１ａ，３０１ｂのそれぞれの出力側は、整流回路３０２ａ，３０２ｂのそれぞれの入力側に接続されている。整流回路３０２ａ，３０２ｂのそれぞれの出力側は、加算器３０３のそれぞれの入力側に接続されている。加算器３０３の出力側は、共振周波数測定ブロック３０４および振幅測定ブロック３０５のそれぞれの入力側に接続されている。
【００５９】
そして、共振周波数測定ブロック３０４の出力側は、制御部２０４の共振周波数制御ブロック３０６の入力側に接続されている。この共振周波数制御ブロック３０６の出力側は、共振特性調整部２０９ａ，２０９ｂの調整素子２１０ａ，２１０ｂのそれぞれの入力側に接続されている。また、振幅測定ブロック３０５の出力側は、制御部２０４の増幅率制御ブロック３０７の入力側に接続されている。この増幅率制御ブロック３０７の出力側は、共振特性調整部２０９ａ，２０９ｂの調整素子２１０ａ，２１０ｂのそれぞれの入力側に接続されている。
【００６０】
共振特性測定部２０３には、各ロッド電極対２０６ａ−１，２０６ａ−２及び２０６ｂ−１，２０６ｂ−２に印加される高電圧ＲＦ信号をそれぞれ分岐して入力し、ロッド電極対２０６ａ−１，２０６ａ−２に印加する高電圧ＲＦ信号から分岐した信号を分圧回路３０１ａで信号振幅を小さくし、また、ロッド電極対２０６ｂ−１，２０６ｂ−２に印加する高電圧ＲＦ信号から分岐した信号を分圧回路３０１ｂで信号振幅を小さくする。
【００６１】
さらに、分圧回路３０１ａで信号振幅を小さくされたＲＦ信号は、整流回路３０２ａで直流信号に変換され、また、分圧回路３０１ｂで信号振幅を小さくされたＲＦ信号は、整流回路３０２ｂで直流信号に変換される。この整流回路３０２ａと３０２ｂとで変換され直流信号は、加算器３０３に入力される。
【００６２】
そして、加算器３０３において、整流回路３０２ａで変換された直流信号と整流回路３０２ｂで変換された直流信号とを加算し、この加算信号は、共振周波数測定ブロック３０４および振幅測定ブロック３０５に入力され、加算信号から共振周波数および振幅が検出される。この共振周波数測定ブロック３０４で検出された共振周波数の情報は、制御部２０４の共振周波数制御ブロック３０６に出力される。また、振幅測定ブロック３０５で検出された振幅の情報は、制御部２０４の増幅率制御ブロック３０７に出力される。
【００６３】
さらに、制御部２０４において、共振周波数制御ブロック３０６では、共振特性測定部２０３の共振周波数測定ブロック３０４における共振周波数情報を基に、共振回路部２０５の共振特性調整部２０９ａ，２０９ｂを制御する。一方、増幅率制御ブロック３０７では、共振特性測定部２０３の振幅測定ブロック３０５における振幅情報を基に、共振回路部２０５の共振特性調整部２０９ａ，２０９ｂを制御する。
【００６４】
＜共振周波数および増幅率の調整手順＞
図４を用いて、図３に示した共振特性測定部２０３および制御部２０４による共振特性調整部２０９ａ，２０９ｂの共振周波数および増幅率の調整手順について説明する。図４は、この共振特性調整部２０９ａ，２０９ｂの共振周波数および増幅率の調整手順の一例を説明するためのフローチャートである。
【００６５】
調整を開始すると、まず、制御部２０４のＲＦ信号源制御ブロック３０８でＲＦ信号源２０１の駆動周波数を変化させながら、各駆動周波数におけるロッド電極対２０６ａ−１，２０６ａ−２及び２０６ｂ−１，２０６ｂ−２に印加される高電圧ＲＦ信号をそれぞれ分岐して共振特性測定部２０３に入力する。
【００６６】
そして、共振特性測定部２０３において、分圧回路３０１ａと３０１ｂとでそれぞれ入力した信号の振幅を小さくして、それぞれの信号を整流回路３０２ａと３０２ｂとで直流信号に変換し、この変換した直流信号を加算器３０３に入力して加算する。この加算した信号を共振周波数測定ブロック３０４に入力して、加算信号が最も大きくなるときのＲＦ信号源２０１の駆動周波数を共振周波数として検出する（Ｓ１）。この検出した共振周波数は制御部２０４に入力する。
【００６７】
さらに、制御部２０４の共振周波数制御ブロック３０６において、入力した共振周波数が所定値の範囲内か否かを判定する（Ｓ２）。この共振周波数の判定の結果、共振周波数が所定値の範囲を逸脱した場合（Ｓ２−ＮＯ）には、共振特性調整部２０９ａ，２０９ｂにより共振周波数を調整し（Ｓ３）、再度、共振周波数の測定を行う（Ｓ１）。そして、共振周波数が所定値の範囲内である場合（Ｓ２−ＹＥＳ）は、ＲＦ信号源制御ブロック３０８によって駆動周波数を設定する（Ｓ４）。
【００６８】
続いて、共振特性測定部２０３の振幅測定ブロック３０５において、ロッド電極対２０６ａ−１，２０６ａ−２及び２０６ｂ−１，２０６ｂ−２に印加される高電圧ＲＦ信号の振幅を測定する（Ｓ５）。この測定した振幅は制御部２０４に入力する。
【００６９】
さらに、制御部２０４の増幅率制御ブロック３０７において、入力した振幅から増幅率を求め、この増幅率が所定値の範囲内か否かを判定する（Ｓ６）。この増幅率の判定の結果、増幅率が所定値の範囲を逸脱している場合（Ｓ６−ＮＯ）には、共振特性調整部２０９ａ，２０９ｂにより増幅率を調整し（Ｓ７）、再度、振幅を測定して増幅率を求める（Ｓ５）。そして、増幅率が所定値の範囲内である場合（Ｓ６−ＹＥＳ）は、調整を終了する。
【００７０】
＜実施の形態１の効果＞
以上説明した本実施の形態に係る質量分析装置によれば、イオントラップ部３は、ロッド電極部２０２、ＲＦ信号源２０１、共振回路部２０５、共振特性調整部２０９ａ，２０９ｂ、共振特性測定部２０３、制御部２０４などを備え、共振特性調整部２０９ａ，２０９ｂがＲＦ信号源２０１とロッド電極部２０２との間に配置されており、共振特性調整部２０９ａ，２０９ｂの両端の電圧がロッド電極部２０２にかかる電圧よりも小さくなるように構成されていることにより、以下のような効果を得ることができる。
【００７１】
本実施の形態に係る質量分析装置における効果は、イオントラップ部３の共振特性調整部２０９ａ，２０９ｂにおいて、高耐圧部品を用いること無く共振特性を調整することが可能となる。これにより、質量分析装置の低コスト化、小型化、計測スループットの向上が可能となる。
【００７２】
すなわち、素子ばらつきや温度変動などによる駆動周波数と共振周波数とのずれを補正する共振特性調整部２０９ａ，２０９ｂを含む同調回路を、数十Ｖから１００Ｖ程度の低い耐圧部品で構成できることから、質量分析装置の低コスト化、小型化が可能となる。また、機械式の部品を用いること無く同調機能の自動化が実現可能なため、調整制御や演算処理が簡便となり、質量分析装置の安定性向上および計測スループットの向上が見込まれる。
【００７３】
［実施の形態２］
本実施の形態に係る質量分析装置を、図５を用いて説明する。本実施の形態に係る質量分析装置は、前記実施の形態１に対して、イオントラップ部（具体的な回路構成の共振特性調整部を含む）の構成が異なる。本実施の形態に係る質量分析装置の構成は前記実施の形態１と同様（図１）であるので、ここでの説明は省略し、以下においては、主に実施の形態１と異なる点を説明する。
【００７４】
＜イオントラップ部＞
図５は、本実施の形態２に係る質量分析装置（図１）において、イオントラップ部の構成の一例を説明するための図である。なお、図５において、前述した図２に対応する構成要素には、図２の２００番台の下２桁の数字を図５では５００番台の同じ数字で示している。
【００７５】
本実施の形態におけるイオントラップ部は、ＲＦ信号源５０１、ロッド電極５０６ａ−１，５０６ａ−２，５０６ｂ−１，５０６ｂ−２（ロッド電極対５０６ａ，５０６ｂ）を有するロッド電極部５０２、共振特性測定部５０３、制御部５０４、および、共振回路部５０５を備えている。
【００７６】
共振回路部５０５は、共振特性調整部５０９ａ，５０９ｂ、コイル５０７ａ，５０７ｂのインダクタンス成分、配線の寄生抵抗５１２ａ，５１２ｂ、および、ロッド電極対５０６ａ，５０６ｂや配線の寄生容量などからなる負荷コンデンサ５０８ａ，５０８ｂで構成される。また、共振特性調整部５０９ａ，５０９ｂは、ＲＦ信号源５０１とコイル５０７ａ，５０７ｂとの間にそれぞれ接続された可変の直列コンデンサ５１３ａ，５１３ｂのみで構成される。
【００７７】
この構成において、直列コンデンサ５１３ａ，５１３ｂの容量値をＣＳ、コイル５０７ａ，５０７ｂのインダクタンス値をＬ、寄生抵抗５１２ａ，５１２ｂの抵抗値をＲ、負荷コンデンサ５０８ａ，５０８ｂの容量値をＣＬと置くと、共振回路部５０５の共振周波数ｆ０と、共振周波数ｆ０におけるロッド電極対５０６ａ，５０６ｂの電圧振幅ＶＲ、直列コンデンサ５１３ａ，５１３ｂの端子間電圧振幅ＶＣ、および、ロッド電極対５０６ａ，５０６ｂと共振特性調整部５０９ａ，５０９ｂとの電圧振幅の比ＤＶは、次式で表される。
【００７８】
【数２】
2014123469.tif 000004
【００７９】
上式から、共振周波数ｆ０は、直列コンデンサ５１３ａ，５１３ｂによって、（式５）に従って調整できる。また、直列コンデンサ５１３ａ，５１３ｂの端子間電圧ＶＣは、ロッド電極対５０６ａ，５０６ｂでの振幅ＶＲに対して、（式８）で表される分だけ分圧された値となる。
【００８０】
以上のような構成により、本実施の形態におけるイオントラップ部では、前記実施の形態１と同様の効果として、素子ばらつきや温度変動などによる駆動周波数と共振周波数とのずれを補正する共振特性調整部５０９ａ，５０９ｂを含む同調回路を、数十Ｖから１００Ｖ程度の低い耐圧部品で構成できることから、質量分析装置の低コスト化、小型化が可能となる。また、機械式の部品を用いること無く同調機能の自動化が実現可能なため、調整制御や演算処理が簡便となり、質量分析装置の安定性向上および計測スループットの向上が見込まれる。
【００８１】
さらに、前記実施の形態１と異なる効果として、ここで示した共振特性調整部５０９ａ，５０９ｂの回路（可変の直列コンデンサ５１３ａ，５１３ｂのみの構成）は、共振周波数を調整すると同時に、増幅率も（式６）に従って変化する。この増幅率の変化を補正する方法として、制御部５０４によりＲＦ信号源５０１の出力振幅を調整して増幅率の変動分を補償する方法が有用である。
【００８２】
［実施の形態３］
本実施の形態に係る質量分析装置を、図６を用いて説明する。本実施の形態に係る質量分析装置は、前記実施の形態１に対して、イオントラップ部（共振周波数と増幅率を独立に調整可能な、具体的な回路構成の共振特性調整部を含む）の構成が異なる。本実施の形態に係る質量分析装置の構成は前記実施の形態１と同様（図１）であるので、ここでの説明は省略し、以下においては、主に実施の形態１と異なる点を説明する。
【００８３】
＜イオントラップ部＞
図６は、本実施の形態３に係る質量分析装置（図１）において、イオントラップ部の構成の一例を説明するための図である。なお、図６において、前述した図２，図５に対応する構成要素には、図２，図５の２００，５００番台の下２桁の数字を図６では６００番台の同じ数字で示している。
【００８４】
本実施の形態におけるイオントラップ部は、ＲＦ信号源６０１、ロッド電極６０６ａ−１，６０６ａ−２，６０６ｂ−１，６０６ｂ−２（ロッド電極対６０６ａ，６０６ｂ）を有するロッド電極部６０２、共振特性測定部６０３、制御部６０４、および、共振回路部６０５を備えている。
【００８５】
共振回路部６０５は、共振特性調整部６０９ａ，６０９ｂ、コイル６０７ａ，６０７ｂのインダクタンス成分、配線の寄生抵抗６１２ａ，６１２ｂ、および、ロッド電極対６０６ａ，６０６ｂや配線の寄生容量などからなる負荷コンデンサ６０８ａ，６０８ｂで構成される。また、共振特性調整部６０９ａ，６０９ｂは、ＲＦ信号源６０１とコイル６０７ａ，６０７ｂとの間に接続された可変の直列コンデンサ６１３ａ，６１３ｂと、片側の端子をコイル６０７ａ，６０７ｂに接続し他方の端子を接地した可変の並列コンデンサ６１４ａ，６１４ｂで構成される。
【００８６】
この構成において、直列コンデンサ６１３ａ，６１３ｂの容量値をＣＳ、並列コンデンサ６１４ａ，６１４ｂの容量値をＣＰ、コイル６０７ａ，６０７ｂのインダクタンス値をＬ、配線の寄生抵抗６１２ａ，６１２ｂの抵抗値をＲ、負荷コンデンサ６０８ａ，６０８ｂの容量値をＣＬと置くと、共振回路部６０５の共振周波数ｆ０と、共振周波数ｆ０におけるロッド電極対６０６ａ，６０６ｂの電圧振幅ＶＲ、直列コンデンサ６１３ａ，６１３ｂの端子間電圧振幅ＶＣ、および、ロッド電極対６０６ａ，６０６ｂと共振特性調整部６０９ａ，６０９ｂとの電圧振幅の比ＤＶは、次式で表される。
【００８７】
【数３】
2014123469.tif 000005
【００８８】
上式から、共振周波数ｆ０は、直列コンデンサ６１３ａ，６１３ｂと並列コンデンサ６１４ａ，６１４ｂによって、（式９）に従って調整できる。また、直列コンデンサ６１３ａ，６１３ｂの端子間電圧ＶＣは、ロッド電極対６０６ａ，６０６ｂでの振幅ＶＲに対して、（式１２）で表される分だけ分圧された値となる。例えば、直列コンデンサ６１３ａ，６１３ｂの容量ＣＳと並列コンデンサ６１４ａ，６１４ｂの容量ＣＰの和を負荷コンデンサ６０８ａ，６０８ｂの容量ＣＬの５倍にすると、直列コンデンサ６１３ａ，６１３ｂの端子間電圧ＶＣは、ロッド電極対６０６ａ，６０６ｂでの電圧ＶＲの５分の１となる。
【００８９】
また、ここで示した回路構成によれば、（式１０）に示すように、いずれかの可変の直列コンデンサ６１３ａ，６１３ｂまたは並列コンデンサ６１４ａ，６１４ｂを調整することにより、増幅率を調整することが可能である。特に、直列コンデンサ６１３ａ，６１３ｂと並列コンデンサ６１４ａ，６１４ｂの容量の和を一定にし、容量の比率を変えることで、共振周波数を一定にした状態で増幅率を調整できることから、共振周波数および増幅率を独立に調整が可能になるため、調整制御が簡便になることが期待できる。
【００９０】
以上のことから、本実施の形態におけるイオントラップ部では、前記実施の形態１と同様の効果が得られると共に、前記実施の形態１と異なる効果として、共振周波数と増幅率を独立に調整可能であるため、調整制御が容易となることから、質量分析装置の計測スループットを向上することが可能となる。
【００９１】
ここに示した共振特性調整部６０９ａ，６０９ｂを実現する回路構成（可変の直列コンデンサ６１３ａ，６１３ｂと可変の並列コンデンサ６１４ａ，６１４ｂとの構成）は一例であり、本発明は、共振特性調整部６０９ａ，６０９ｂをＲＦ信号源６０１とコイル６０７ａ，６０７ｂとの間に配して、高耐圧部品を用いることなく、共振周波数あるいは増幅率、または、その両方を調整可能なことを特徴とするため、例えば、コンデンサをコイルに置き換えた構成や、コンデンサやコイル、抵抗素子などを組み合わせて共振特性調整部を構成したものでも、同様の効果が得られるものであれば、本発明の範疇である。
【００９２】
［実施の形態４］
本実施の形態に係る質量分析装置を、図７を用いて説明する。本実施の形態に係る質量分析装置は、前記実施の形態１に対して、イオントラップ部（０．５以下の結合率を持つ疎結合トランスを用いて構成された共振回路部を含む）の構成が異なる。本実施の形態に係る質量分析装置の構成は前記実施の形態１と同様（図１）であるので、ここでの説明は省略し、以下においては、主に実施の形態１と異なる点を説明する。
【００９３】
＜イオントラップ部＞
図７は、本実施の形態４に係る質量分析装置（図１）において、イオントラップ部の構成の一例を説明するための図である。なお、図７において、前述した図２，図５，図６に対応する構成要素には、図２，図５，図６の２００，５００，６００番台の下２桁の数字を図７では７００番台の同じ数字で示している。
【００９４】
本実施の形態におけるイオントラップ部は、ＲＦ信号源７０１、ロッド電極７０６ａ−１，７０６ａ−２，７０６ｂ−１，７０６ｂ−２（ロッド電極対７０６ａ，７０６ｂ）を有するロッド電極部７０２、共振特性測定部７０３、制御部７０４、および、共振回路部７０５を備えている。
【００９５】
共振回路部７０５は、共振特性調整部７０９、ロッド電極対７０６ａ，７０６ｂや配線の寄生容量などからなる負荷コンデンサ７０８ａ，７０８ｂ、疎結合トランス７１５で構成される。疎結合トランス７１５は、０．５以下の結合率を持ち、一次コイル７１６ａと、２つの二次コイル７１６ｂ，７１６ｃで構成され、一次コイル７１６ａはＲＦ信号源７０１に接続され、片方の二次コイル７１６ｂの片側の端子はロッド電極対７０６ａ−１，７０６ａ−２に、逆側の端子は共振特性調整部７０９にそれぞれ接続され、他方の二次コイル７１６ｃの片側の端子はロッド電極対７０６ｂ−１，７０６ｂ−２に、逆側の端子は共振特性調整部７０９にそれぞれ接続される。このとき、二次コイル７１６ｂ，７１６ｃは隣接するロッド電極（７０６ａ−１と７０６ｂ−１、７０６ｂ−１と７０６ａ−２、７０６ａ−２と７０６ｂ−２、７０６ｂ−２と７０６ａ−１）にかかる電圧極性が逆になるように構成されている。
【００９６】
共振回路部７０５は、疎結合トランス７１５の二次コイル７１６ｂ，７１６ｃの漏洩インダクタンスと負荷コンデンサ７０８ａ，７０８ｂ、共振特性調整部７０９によって、ＲＦ信号を共振増幅する。このような構成により、共振特性調整部７０９の両端にかかる電圧は、負荷コンデンサ７０８ａ，７０８ｂと、共振特性調整部７０９とで分圧され、ロッド電極対７０６ａ，７０６ｂに印加される電圧より小さくなる。
【００９７】
以上のことから、本実施の形態におけるイオントラップ部では、前記実施の形態１と同様の効果が得られると共に、前記実施の形態１と異なる効果として、疎結合トランス７１５を用いた共振回路部７０５は、疎結合トランス７１５の結合率や一次コイル７１６ａと二次コイル７１６ｂ，７１６ｃの巻数比などを調整することにより、ＲＦ信号源７０１から出力される電圧を変圧することができるので、消費電力や増幅率を調整することが可能となる。
【００９８】
［実施の形態５］
本実施の形態に係る質量分析装置を、図８を用いて説明する。本実施の形態に係る質量分析装置は、前記実施の形態１に対して、イオントラップ部（イオンを捕捉する機能とともに、イオンの質量分離を行う機能を有する）の構成が異なる。本実施の形態に係る質量分析装置の構成は前記実施の形態１と同様（図１）であるので、ここでの説明は省略し、以下においては、主に実施の形態１と異なる点を説明する。
【００９９】
＜イオントラップ部＞
図８は、本実施の形態５に係る質量分析装置（図１）において、イオントラップ部の構成の一例を説明するための図である。なお、図８において、前述した図２，図５，図６，図７に対応する構成要素には、図２，図５，図６，図７の２００，５００，６００，７００番台の下２桁の数字を図８では８００番台の同じ数字で示している。
【０１００】
図８では、ロッド電極対８０６ａ−１，８０６ａ−２及び８０６ｂ−１，８０６ｂ−２の内、一方のロッド電極対８０６ａ−１，８０６ａ−２についての回路構成のみを図示している。
【０１０１】
本実施の形態におけるイオントラップ部は、ＲＦ信号源８０１、ロッド電極８０６ａ−１，８０６ａ−２，８０６ｂ−１，８０６ｂ−２を有するロッド電極部８０２、共振特性測定部８０３、制御部８０４、および、共振回路部８０５の構成に加えて、補助交流信号源８１９などを備えている。なお、図８に図示しない他方のロッド電極対８０６ｂ−１，８０６ｂ−２についての回路構成は、図示した一方のロッド電極対８０６ａ−１，８０６ａ−２と同様の構成による共振回路部８０５などからなり、補助交流信号源８１９がなく、この部分が接地された構成となっている。以下においては、図８に図示した一方のロッド電極対８０６ａ−１，８０６ａ−２についての回路構成を主に説明する。
【０１０２】
共振回路部８０５は、ロッド電極対８０６ａ−１，８０６ａ−２や配線の寄生容量などからなる負荷コンデンサ８０８ａ，８０８ｂ、疎結合トランス８１５で構成される。疎結合トランス８１５は、一次コイル８１６ａと、２つの二次コイル８１６ｂ，８１６ｃで構成され、一次コイル８１６ａはＲＦ信号源８０１に接続され、片方の二次コイル８１６ｂの片側の端子はロッド電極８０６ａ−１に、逆側の端子は共振特性調整部８０９にそれぞれ接続され、他方の二次コイル８１６ｃの片側の端子はロッド電極８０６ａ−２に、逆側の端子は共振特性調整部８０９にそれぞれ接続される。
【０１０３】
本実施の形態におけるイオントラップ部は、イオンを捕捉する機能とともに、イオンの質量分離を行う機能を有し、２対のロッド電極対８０６ａ−１，８０６ａ−２及び８０６ｂ−１，８０６ｂ−２の内、片側の対のロッド電極８０６ａ−１，８０６ａ−２に対して、高電圧ＲＦ信号と共に、交流信号（以下、補助交流信号と記す）をそれぞれのロッド電極８０６ａ−１，８０６ａ−２に印加できるように構成されており、さらに、ロッド電極８０６ａ−１，８０６ａ−２に印加される補助交流信号が差動になるように構成されている。
【０１０４】
このようなイオントラップ部に用いる場合の共振特性調整部８０９は、可変の調整コンデンサ８１７ａ，８１７ｂと、密結合トランス８１８で構成されている。密結合トランス８１８は、疎結合トランス８１５より密結合（結合率が大きい）であり、一次コイルおよび二次コイルの端子間にはそれぞれ調整コンデンサ８１７ａ，８１７ｂが接続され、調整コンデンサ８１７ａ，８１７ｂのそれぞれの一端は補助交流信号源８１９に接続され、他端は疎結合トランス８１５の二次コイル８１６ｂ，８１６ｃの逆側の端子にそれぞれ接続される。ここで、ＲＦ信号源８０１の駆動周波数において、密結合トランス８１８の同相インピーダンスが、調整コンデンサ８１７ａ，８１７ｂのインピーダンスより高くなるように構成されていることが望ましい。
【０１０５】
密結合トランス８１８は、差動信号が入力されるとインピーダンスが低く、同相信号が入力されるとインピーダンスが高くなるように接続されている。補助交流信号源８１９から共振特性調整部８０９に補助交流信号が入力されると、密結合トランス８１８によって共振特性調整部８０９のインピーダンスが低くなり、共振特性調整部８０９の影響を受けずに、疎結合トランス８１５へ伝送される。
【０１０６】
一方、ＲＦ信号源８０１から出力された信号は、疎結合トランス８１５を介して、共振特性調整部８０９に伝送される。このとき、共振特性調整部８０９に入力されるＲＦ信号は同相信号となるため、共振特性調整部８０９を構成する密結合トランス８１８のインピーダンスが高くなるため、調整コンデンサ８１７ａ，８１７ｂの影響を受けるようになる。
【０１０７】
このように、補助交流信号源８１９からの補助交流信号とＲＦ信号源８０１からのＲＦ信号とは疎結合トランス８１５によって重畳され、かつ、共振特性調整部８０９が補助交流信号源８１９と疎結合トランス８１５との間に配置されており、共振特性調整部８０９の両端の電圧がロッド電極対８０６ａ−１，８０６ａ−２にかかる電圧よりも小さくなるように構成されている。
【０１０８】
以上のことから、本実施の形態におけるイオントラップ部では、前記実施の形態１と同様の効果が得られると共に、前記実施の形態１と異なる効果として、共振特性調整部８０９は、ＲＦ信号の共振特性のみに影響し、補助交流信号の共振特性には影響を与えないことから、イオンを捕捉する機能とともに、イオンの質量分離を行う機能を有するイオントラップ部において、ＲＦ信号の共振特性のみを調整することが可能となる。
【０１０９】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、上記した実施の形態は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【０１１０】
１…試料導入室、２…イオン化室、３…イオントラップ部、４…検出器、５…データ処理部、６…データ出力部、７…画面、
２０１，５０１，６０１，７０１，８０１，９０１…ＲＦ信号源
２０２，５０２，６０２，７０２，８０２，９０２…ロッド電極部
２０３，５０３，６０３，７０３，８０３…共振特性測定部
２０４，５０４，６０４，７０４，８０４…制御部
２０５，５０５，６０５，７０５，８０５，９０５…共振回路部
２０６（ａ−１，ａ−２，ｂ−１，ｂ−２），５０６（ａ−１，ａ−２，ｂ−１，ｂ−２），６０６（ａ−１，ａ−２，ｂ−１，ｂ−２），７０６（ａ−１，ａ−２，ｂ−１，ｂ−２），８０６（ａ−１，ａ−２，ｂ−１，ｂ−２），９０６（ａ−１，ａ−２，ｂ−１，ｂ−２）…ロッド電極
２０７（ａ，ｂ），５０７（ａ，ｂ），６０７（ａ，ｂ），９０７（ａ，ｂ）…コイル
２０８（ａ，ｂ），５０８（ａ，ｂ），６０８（ａ，ｂ），７０８（ａ，ｂ），８０８（ａ，ｂ），９０８（ａ，ｂ），９０９…負荷コンデンサ
２０９（ａ，ｂ），５０９（ａ，ｂ），６０９（ａ，ｂ），７０９，８０９…共振特性調整部
２１０（ａ，ｂ）…調整素子
２１１（ａ，ｂ）…分圧回路
３０１（ａ，ｂ）…分圧回路
３０２（ａ，ｂ）…整流回路
３０３…加算器
３０４…共振周波数測定ブロック
３０５…振幅測定ブロック
３０６…共振周波数制御ブロック
３０７…増幅率制御ブロック
３０８…ＲＦ信号源制御ブロック
５１２（ａ，ｂ），６１２（ａ，ｂ）…寄生抵抗
５１３（ａ，ｂ），６１３（ａ，ｂ）…直列コンデンサ
６１４（ａ，ｂ）…並列コンデンサ
７１５，８１５…疎結合トランス
７１６（ａ），８１６（ａ）…一次コイル
７１６（ｂ，ｃ），８１６（ｂ，ｃ）…二次コイル
８１７（ａ，ｂ）…調整コンデンサ
８１８…密結合トランス
８１９…補助交流信号源
【図１】
2014123469.tif 000006
【図２】
2014123469.tif 000007
【図３】
2014123469.tif 000008
【図４】
2014123469.tif 000009
【図５】
2014123469.tif 000010
【図６】
2014123469.tif 000011
【図７】
2014123469.tif 000012
【図８】
2014123469.tif 000013
【図９】
2014123469.tif 000014