(57)【要約】      （修正有）【課題】周囲の温度が変動しても、常に安定した高周波電圧を生成し、高精度な測定ができる質量分析装置を提供する。【解決手段】複数の電極に印加する電圧を生成するＬＣ共振回路１１と、ＬＣ共振回路１１の周波数を可変する周波数可変回路１２と、ＬＣ共振回路１１の振幅を可変する振幅変調回路１３と、周波数可変回路１２及び振幅変調回路１３を制御する制御部１０と、第１の温度測定部１９と、を備え、制御部１０は、第１の温度測定部１９で求めた測定結果に基づき、周波数可変回路１２及び振幅変調回路１３を制御する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を導入する試料導入部と、導入した試料をイオン化するイオン源と、イオン化した試料を分析する複数の電極及び検出器を有する分析部と、を備えた質量分析装置であって、
前記複数の電極に印加する電圧を生成するＬＣ共振回路と、前記ＬＣ共振回路の周波数を可変する周波数可変回路と、前記ＬＣ共振回路の振幅を可変する振幅変調回路と、前記周波数可変回路及び前記振幅変調回路を制御する制御部と、温度測定部と、をさらに備え、
前記制御部は、前記温度測定部で求めた測定結果に基づき、前記周波数可変回路及び前記振幅変調回路を制御することを特徴とする、質量分析装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記温度測定部は、前記ＬＣ共振回路内の温度を測定することを特徴とする、質量分析装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記ＬＣ共振回路の前段に高周波増幅回路を備え、
前記温度測定部は、前記高周波増幅回路内の温度を測定することを特徴とする、質量分析装置。
【請求項４】
請求項１において、
前記温度測定部は、装置の外面、又は、外気を取り込む箇所に設置されていることを特徴とする、質量分析装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかにおいて、
前記温度測定部は、サーミスタであることを特徴とする、質量分析装置。
【請求項６】
請求項１において、
前記ＬＣ共振回路からの出力をＡＤ変換した後に前記制御部にフィードバックし、前記制御部にて設定した周波数の適否を判定することを特徴とする、質量分析装置。
【請求項７】
請求項３において、
前記高周波増幅回路に流れる電流を制御部にフィードバックし、前記制御部にて設定した周波数の適否を判定することを特徴とする、質量分析装置。
【請求項８】
試料を導入する試料導入部と、導入した試料をイオン化するイオン源と、イオン化した試料を分析する複数の電極及び検出器を有する分析部と、を備えた質量分析装置であって、
複数の電極に印加する電圧を生成するＬＣ共振回路と、前記ＬＣ共振回路の周波数を可変する周波数可変回路と、予め決めた複数の基準温度に対応する電圧−周波数の関係を記憶する周波数記憶部と、前回の測定時に設定した周波数に対応する基準温度を記憶する温度記憶部と、前記周波数可変回路を制御する制御部と、温度測定部と、をさらに備え、
前記制御部は、前記温度測定部で測定した温度と、前記温度記憶部に記憶した前回の測定時に設定した周波数に対応する基準温度を比較し、その差が所定の閾値以下であるかどうかを判定し、(a) 所定の閾値以下である場合には、前回と同じ周波数となるように前記周波数可変回路を制御し、(b) 所定の閾値以下でない場合には、前記周波数記憶部を参照し、今回測定した温度に対応した周波数となるように前記周波数可変回路を制御することを特徴とする、質量分析装置。
【請求項９】
請求項８において、
前記温度測定部は、前記ＬＣ共振回路内の温度を測定することを特徴とする、質量分析装置。
【請求項１０】
請求項８において、
前記ＬＣ共振回路の前段に高周波増幅回路を備え、
前記温度測定部は、前記高周波増幅回路内の温度を測定することを特徴とする、質量分析装置。
【請求項１１】
請求項８において、
前記温度測定部は、装置の外面、又は、外気を取り込む箇所に設置されていることを特徴とする、質量分析装置。
【請求項１２】
請求項８から１１のいずれかにおいて、
前記温度測定部は、サーミスタであることを特徴とする、質量分析装置。
【請求項１３】
試料を導入する試料導入部と、導入した試料をイオン化するイオン源と、イオン化した試料を分析する複数の電極及び検出器を有する質量分析部と、を備えた質量分析装置であって、
複数の電極に印加する電圧を生成するＬＣ共振回路と、前記ＬＣ共振回路の周波数を可変する周波数可変回路と、予め決めた複数の温度に対応する電圧−周波数の関係を記憶する周波数記憶部と、前記周波数可変回路を制御する制御部と、温度測定部と、をさらに備え、
前記制御部は、前記周波数記憶部を参照し、前記温度測定部で測定した温度に対応する周波数となるように前記周波数可変回路を制御することを特徴とする、質量分析装置。
【請求項１４】
請求項１３において、
前記温度測定部は、前記ＬＣ共振回路内の温度を測定することを特徴とする、質量分析装置。
【請求項１５】
請求項１３において、
前記ＬＣ共振回路の前段に高周波増幅回路を備え、
前記温度測定部は、前記高周波増幅回路内の温度を測定することを特徴とする、質量分析装置。
【請求項１６】
請求項１３において、
前記温度測定部は、装置の外面、又は、外気を取り込む箇所に設置されていることを特徴とする、質量分析装置。
【請求項１７】
請求項１３から１６のいずれかにおいて、
前記温度測定部は、サーミスタであることを特徴とする、質量分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は多重極電極を備えた質量分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
質量分析装置において、周囲の温度変化などの環境変化に対する質量分析精度の安定性を維持することが求められている。特にバッテリー駆動で使用される可搬可能な質量分析装置において、高周波電圧の振幅を安定化させ共振周波数を最適な値にすることは、消費電力を低減するうえで重要な項目の一つである。
【０００３】
従来、高周波電圧を生成するＬＣ共振回路において，温度変動などにより共振周波数が駆動回路の駆動周波数からずれて高周波電圧の振幅が減少した場合、駆動回路の同調手段により自動的に共振周波数と駆動周波数を合わせ込むことにより，高周波電圧の振幅を安定化していた（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平３−７１５４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の高周波電圧の振幅の安定化には、調整期間が必要である。また、調整期間中にも回路は動作しているため、不要な電力を消費すると共に調整期間中の共振周波数と駆動周波数が合っていない期間には大幅な電力消費が起こることになる。
【０００６】
本発明では、周囲の温度が変動しても短時間で、安定した高周波電圧を生成することができる質量分析装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の質量分析装置は、試料を導入する試料導入部と、導入した試料をイオン化するイオン源と、イオン化した試料を分析する複数の電極及び検出器を有する分析部と、を備えた質量分析装置であって、前記複数の電極に印加する電圧を生成するＬＣ共振回路と、前記ＬＣ共振回路の周波数を可変する周波数可変回路と、前記ＬＣ共振回路の振幅を可変する振幅変調回路と、前記周波数可変回路及び前記振幅変調回路を制御する制御部と、温度測定部と、をさらに備え、前記制御部は、前記温度測定部で求めた測定結果に基づき、前記周波数可変回路及び前記振幅変調回路を制御する。
【発明の効果】
【０００８】
上記のように構成された本発明によれば、周囲温度が変化しても、その時の温度に対応した周波数及び電圧を制御することで、ＬＣ共振回路から電極に印加する高周波電圧を最適な共振周波数に同調することができる。従って、調整時間不要でＬＣ共振回路の電力が最適化され、安定した高精度な質量分析が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施例の質量分析装置の全体構成図である。
【図２】高周波発生回路の内部構成図である。
【図３】周波数記憶部の内部構成図である。
【図４】ＬＣ共振回路の内部構成図である。
【図５】図４のＬＣ共振回路の同調特性である。
【図６】実施例１のフローチャートである。
【図７】実施例２のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に係る一実施例を図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１は、本発明で用いる質量分析装置の一装置構成例を示す。
【００１２】
本実施例で用いる質量分析装置は、標準試料を導入するための試料導入部５と、試料をイオン化するためのイオン源２と、イオン化されたイオンの溜め込み及び質量分離を行う四重極電極３を備える分析部６と、分析部６内でイオンを電流信号として検出する検出器４と、分析部６内を真空に保つ真空排気部７と、四重極電極３に高周波電圧を印加する高周波発生回路１とを備える。
【００１３】
ここで、イオン化の方法の例としては、電子衝撃イオン化法（ＥＩ）、大気圧中でイオン化するエレクトロスプレーイオン化法（ＥＳＩ）、プラズマを用いてイオン化する誘導結合プラズマイオン源（ＩＣＰ）、低真空バリア放電イオン化法などがある。
【００１４】
また、試料導入部５には試料を入れる試料容器が設置できる構造になっているが、資料容器内の圧力を減圧する機構や試料容器内の温度を上げるためのヒータ等も設置することが可能である。
【００１５】
さらに本実施例の質量分析装置は、データ処理部８と表示パネル９を備える。検出された電流信号は、データ処理部８へ送られ、各時間毎で質量対電荷比（ｍ／ｚ）を横軸としたマススペクトルデータとして記録される。データ処理部８は該マススペクトルデータを基に検出された質量の成分を特定し表示パネルに表示する。
【００１６】
ここで目的の特定質量イオンに関して、特定の条件下でそれに対応する高周波電圧の周波数の値、高周波電圧の振幅の値を正確に求めることが必要になる。
【００１７】
各電極間に高周波電圧ＶcosΩｔ が印加されて、電極間空間に三次元四重極電界が形成される。この電界中に捕捉されたイオンの軌道の安定性は、四重極電極内半径ｒ0 と、電極に印加される高周波電圧の振幅Ｖとその角周波数Ω、さらに、イオンの質量対電荷比ｍ／ｚによって与えられるａ，ｑ値（（１）（２）式）によって定まる。
【００１８】
【数１】
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【００１９】
【数２】
2014022162.tif 000004
【００２０】
ここで、ｚはイオンの価数、ｍは質量、Ωは2πｆ、ｆは高周波電圧の周波数、ｅは素電荷を表す。
【００２１】
通常の製品では、直流電圧Ｕは使用されないことが多く、即ちａ＝０となるため、(２)式のみが重要になる。これによりｒ0が固定値であれば、特定の質量のイオンを四重極電極内に溜め込むために印加する高周波電圧の振幅（Ｖ）は、高周波電圧の周波数（ｆ）を設定することで求めることができる。
【００２２】
さらに本実施例の質量分析装置は、小型で軽量な構造となっており、容易に可搬することができる。また、専用のバッテリーが搭載可能で、バッテリーから電力を供給することもできる。
【００２３】
図２は、図１の高周波発生回路１の回路構成図である。高周波発生回路１内に設置される構成は、制御部１０、周波数可変回路１２、振幅変調回路１３、高周波増幅回路１４、ＬＣ共振回路１１、温度記憶部１５、周波数記憶部１６、検波回路１７、ＡＤ変換回路１８、第１の温度測定部１９、第２の温度測定部２０、第３の温度測定部２１である。周波数記憶部１６は予め決めた複数の温度に対応する周波数、電圧の数値を記憶する。
【００２４】
ここで周波数記憶部１６のデータ列の例として図３を使い説明する。周波数記憶部１６には、複数の基準温度、周波数可変回路１２に設定する基準温度に対応した共振周波数の数値、振幅変調回路１３に設定する共振周波数に対応した電圧の数値が記憶される。
【００２５】
第１の温度測定部１９はＬＣ共振回路１１内に設置され、ＬＣ共振回路１１内の温度を測定する温度センサであり、サーミスタ、熱電対、ＣＭＯＳセンサなどがある。第２の温度測定部２０は高周波増幅回路１４内に設置され、高周波増幅回路１４内の温度を測定する温度センサであり、サーミスタ、熱電対、ＣＭＯＳセンサなどがある。第３の温度測定部２１は装置の側面、空気を外部から取り込む空気口などに設置され、外気の温度を測定する温度センサであり、サーミスタ、熱電対、ＣＭＯＳセンサなどがある。
【００２６】
温度記憶部１５には、前回の測定時に周波数可変回路１２に設定した共振周波数の数値と振幅変調回路１３に設定した電圧の数値に対応した基準温度を記憶する。
【００２７】
周波数可変回路１２は制御部１０から設定された周波数の高周波電圧を発生させる。発生された該高周波電圧は振幅変調回路１３において制御部１０から設定された電圧値に振幅変調される。振幅変調された該高周波電圧は高周波増幅回路１４で増幅され電線２２を介してＬＣ共振回路１１へ与えられる。与えられた該高周波電圧はＬＣ共振回路１１で更に増幅され四重極電極3に印加される。また、ＬＣ共振回路１１においては、それにかかる高周波電圧の大きさが後述するように検出され、該検出された高周波電圧は検波回路１７に与えられる。
【００２８】
図４は、図２のＬＣ共振回路１１の回路構成図である。高周波トランス２４の１次側のコイルに高周波増幅回路１４から高周波電圧が印加される。１次側コイルに印加される該高周波電圧の極性が図に示す矢印の向きであるとき、２次側の２つのコイルに誘起される電圧の向きが図に示す矢印の向きになるように２つのコイルはコアに巻かれる。
【００２９】
２次側の２つのコイルの間に直列にコンデンサ２５が接続される。高周波トランス２４とコンデンサ２５は並列共振するＬＣ共振回路１１を形成する。また、高周波トランス２４の２次側に発生する電圧は２つの分圧用コンデンサ２６により分圧され電線２３を介して検波回路１７に与えられる。
【００３０】
ここで、1次側及び２次側のコイルのインダクタンス（Ｌ）、２次側のコンデンサの静電容量（Ｃ）は温度の変化によって変動することが知られている。
【００３１】
このようなＬＣ共振回路１１における周波数に対する高周波トランスの２次側に発生する電圧の関係、即ち同調特性を各温度別に図５に示す。高周波トランスの２次側に発生する電圧は同調時に最大となり印加される高周波電圧の周波数が同調周波数から上側または下側のいずれの方にずれてもずれるに従い該発生電圧は小さくなる。即ち、該発生電圧の大きさは周波数に対して単峰特性を有する。
【００３２】
ここで、（１）は温度Ｔａでの特性を示し共振周波数はｆａ、（２）は温度Ｔｂでの特性を示し共振周波数はｆｂ、（３）は温度Ｔｃでの特性を示し共振周波数はｆｃ、（４）は温度Ｔｄでの特性を示し共振周波数はｆｄとなるが、温度Ｔａでの共振周波数ｆａ を設定した状態で温度がＴｄに変化した場合、発生電圧は1/10以下となる。従って、各温度に対応した周波数を設定する必要がある。
【００３３】
ＬＣ共振回路から電線２３を介して与えられた高周波電圧は、検波回路１７で整流され更に平滑化される。該整流され更に平滑化された電圧はＡＤ変換回路１８においてデジタル値に変換され制御部１０に与えられる。与えられた該高周波電圧は制御部１０内において、振幅変調回路１３に設定した電圧と比較される。比較された結果、偏差は制御部１０内のＰＩ演算回路により補正が行われ、振幅変調回路１３の電圧値が更新される。ＰＩ演算回路による補正が繰り返されることで、ＬＣ共振回路１１から四重極電極に印加される高周波電圧は一定の電圧値に制御される。また、比較された結果、偏差が閾値を超えた場合は、ＬＣ共振回路１１の駆動周波数が共振周波数からずれたと判断し、測定を中止してアラームを上げることも可能である。同様に、制御部１０においては、高周波増幅回路１４の消費電力も監視し、常に閾値と比較している。比較した結果、偏差が閾値を超えた場合は、ＬＣ共振回路１１の駆動周波数が共振周波数からずれたと判断し、測定を中止してアラームを上げることも可能である。
【００３４】
図６に実施例１のフローチャートを示す。
【００３５】
測定が開始すると、制御部１０は第１の温度測定部１９、第２の温度測定部２０、第３の温度測定部２１の中から１つを選択して温度を測定する。制御部１０は選択し測定した該温度データに近い基準温度に対応した共振周波数と電圧を周波数記憶部１６から参照し、共振周波数を周波数可変回路１２に、電圧を振幅変調回路１３に設定し、質量分析が開始する。
【００３６】
図７に実施例２のフローチャートを示す。
【００３７】
測定を開始すると、制御部１０は第１の温度測定部１９、第２の温度測定部２０、第３の温度測定部２１の中から１つを選択して温度を測定する。制御部１０は測定した該温度データと前回の測定時に周波数可変回路１２に設定した共振周波数に対応した基準温度を比較する。比較した結果、その偏差が所定の閾値以下であるかどうか判定し、所定の閾値以下の場合には、周波数可変回路１２と振幅変調回路１３は前回の設定のままにする。その時、温度記憶部１５も更新せず、前回の設定のままにする。所定の閾値以下でない場合には、今回測定した温度に近い基準温度に対応した共振周波数と電圧を周波数記憶部１６から参照し、共振周波数を周波数可変回路１２に、電圧を振幅変調回路１３に設定し、質量分析が開始する。
【符号の説明】
【００３８】
１  高周波発生回路
２  イオン源
３  四重極電極
４  検出器
５  試料導入部
６  分析部
７  真空排気部
８  データ処理部
９  表示パネル
１０  制御部
１１  ＬＣ共振回路
１２  周波数可変回路
１３  振幅変調回路
１４  高周波増幅回路
１５  温度記憶部
１６  周波数記憶部
１７  検波回路
１８  ＡＤ変換回路
１９  第１の温度測定部
２０  第２の温度測定部
２１  第３の温度測定部
２２、２３  電線
２４  高周波トランス
２５  コンデンサ
２６  分圧用コンデンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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