(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に接続された２つの抵抗から成る分圧回路を加速電圧源とアースとの間に備え、該分圧回路からの出力電圧をフォーカス電圧の基準電圧とする質量分析装置のフォーカス電圧源において、
前記２つの抵抗のうちのアース側に配置された抵抗とそのアース線とに発生する浮遊容量の影響を打ち消す容量を持ったコンデンサーを、前記２つの抵抗のうちの加速電圧源側に配置された抵抗に対して並列に接続したことを特徴とする質量分析装置のフォーカス電圧源。
【請求項２】
前記コンデンサーは、分圧回路を構成する２つの抵抗のうち、加速電圧源側に配置された抵抗の抵抗値をＲ１、アース側に配置された抵抗の抵抗値をＲ２、またアース側に配置された抵抗とそのアース線とに発生する浮遊容量をＣ２とおいた場合、Ｒ２Ｃ２／Ｒ１で表される容量を持っていることを特徴とする請求項１記載の質量分析装置のフォーカス電圧源。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、質量分析装置のフォーカス電圧源に関し、特に、イオン源の加速電圧を変化させたときに、すばやくそれに応答してフォーカス電圧を変化させることのできる質量分析装置のフォーカス電圧源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フォーカス電極は、イオン源に付属して、イオンビームに対して電圧を印加し、イオンビームを主スリットの位置に偏向、収束させてフォーカスを結ばせる役割を果たす電極である。
【０００３】
図１は、イオン源の一例として、電子衝撃（ＥＩ；Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｉｍｐａｃｔ）型イオン源とそれに付属する電極群を模式的に表わしたものである。図中１は、イオンチャンバーである。イオンチャンバー１から発生したイオンビームは、左右方向に２分割された第１のフォーカス電極２、３、及び第２のフォーカス電極４、５によってフォーカスされ、上下方向に配置された偏向電極６、７で上下方向に偏向され、主スリット８を通過することによってイオンビームの形状を整形され、質量分析計のイオン光学系（図示せず）に導入されて質量分析される。
【０００４】
このとき、生成した試料イオンが正イオンの場合は、イオンチャンバー１に正の加速電位が印加されて、接地電位にある主スリット８との間でイオンを加速し、イオンに所定のエネルギーが与えられる。また、フォーカス電極２、３、４、及び５には、左右に異なる電位を印加することにより、イオンビームに対する左右方向の偏向機能を持たせると共に、左右両方に正電位を印加する事により、イオンビームの広がりを抑える役割をも持たせている。また、生成する試料イオンが負イオンの場合は、逆の極性の電位がそれぞれの電極に印加される。
【０００５】
このような構成において、試料の質量分析を行なう際には、イオンビームの条件を適正に保つ必要性から、イオンチャンバー１に印加される加速電圧と、フォーカス電極２、３、４、及び５に印加されるフォーカス電圧とは、ともに連動して変化させる必要がある。
【０００６】
図２は、フォーカス電源系統の回路構成を示したものである。加速電圧源９からの出力電圧Ｖａは、周囲をアース電位でシールドされたシールド線１０を介して、イオンチャンバー１に加速電圧として印加されると共に、同じく周囲をアース電位でシールドされたシールド線１１を介して、加速電圧源９とアースとの間で直列に接続された２つの抵抗Ｒ１及びＲ２から成る加速電圧分圧回路１２に対しても印加される。
【０００７】
尚、抵抗Ｒ１及びＲ２は、簡便のため、それぞれ１個の抵抗器として表記してあるが、実際には耐圧の関係で、直列に接続された複数の抵抗器から成るものをも含んでいる。本明細書では、そのような複数の抵抗器から成るものをも含めて、等価回路的に単に「抵抗」と呼ぶ。
【０００８】
この加速電圧分圧回路１２の２つの抵抗Ｒ１とＲ２の間のＰ点で分圧された加速電圧Ｖａの分圧電圧Ｖｐは、左右に分割された２つのフォーカス電極２及び３のためのフォーカス電圧源１３に供給される。フォーカス電圧源１３には、フォーカス電極２とフォーカス電極３にそれぞれ独立に電圧を印加できるように、相反する方向に極性を向けた２台のＤＣ／ＤＣコンバーター１４から成る直流電源群が、２セット用意されている。
【０００９】
この構成は、ある電位を中心にして、プラスまたはマイナスに電圧を掃引することを可能にするもので、既に特開平９−２７４８８２号公報として開示されているものである。
【００１０】
また、フォーカス電極２に電圧を供給する側のＤＣ／ＤＣコンバーターと、フォーカス電極３に電圧を供給する側のＤＣ／ＤＣコンバーターとの干渉を防ぐため、フォーカス電圧源１３のＤＣ／ＤＣコンバーター間は、抵抗１５で相互に隔てられている。
【００１１】
加速電圧Ｖａの分圧電圧ＶｐにＤＣ／ＤＣコンバーター１４からの出力電圧が重畳したフォーカス電圧は、保護抵抗１６を介して、フォーカス電極２及び３に印加される。この保護抵抗１６は、保護抵抗１６とフォーカス電極２及び３とを結ぶシールド線１７の浮遊容量と結合してフィルターを形成し、ノイズなどがフォーカス電極２及び３に入るのを防ぐ働きをしている。
【００１２】
以上の回路は、フォーカス電極２及び３のために設けられたものであるが、これと全く等価な回路は、フォーカス電極４及び５のためにも別途用意される。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
このような構成において、例えばダイオキシンなどを、ガスクロマトグラフィー（ＧＣ）と結合させた二重収束磁場型質量分析装置で定量分析しようとすると、通常、磁場または加速電圧をスキャンさせるスキャン法ではなく、感度の高いＳＩＭ（Ｓｅｌｅｃｔｅｄ  Ｉｏｎ  Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ）法が選択される。
【００１４】
ＳＩＭ法には、イオン光学系の磁場強度を階段状にスイッチングすることによってＳＩＭクロマトグラムを得る方法と、イオン源の加速電圧Ｖａを階段状にスイッチングすることによってＳＩＭクロマトグラムを得る方法の２通りがある。二重収束磁場型質量分析装置においては、測定したいイオンの質量電荷比をｍ／ｚ、イオン光学系の磁場回転半径をＲｍ、磁場強度をＢ、イオン源の加速電圧をＶａとすると、
ｍ／ｚ  ＝  Ｒｍ２Ｂ２／Ｖａ
の関係がある。従って、加速電圧Ｖａを固定して磁場強度Ｂを複数種の測定対象イオンの質量電荷比に対応する各強度にスイッチングして変化させる方法か、または、磁場強度Ｂを固定して加速電圧Ｖａを複数種の測定対象イオンの質量電荷比に対応する各電圧値にスイッチングして変化させる方法で、測定したい特定の質量電荷比のイオンのみを時分割的に検出することができる。
【００１５】
これらのうち、磁場スイッチング法は、磁場のヒステリシスの関係から高速スイッチングが難しく、また、高分解能条件下での測定が必要なダイオキシン分析には向いていないため、加速電圧のスイッチングによる方法の方が広くダイオキシン分析に用いられてきた。
【００１６】
図３は、加速電圧をスイッチングする際における、時間ｔと加速電圧Ｖａとの関係を示したものである。加速電圧Ｖａは測定したいイオンの質量数に応じて階段状にスイッチングされる。このスイッチングの時間はシステムで設定され、１質量の測定に要する測定時間ｔｍは、切り換え待ち時間ｔ１とサンプリング時間（積算時間）ｔ２との和となる。この切り換え待ち時間ｔ１は、加速電圧Ｖａがスイッチング時に安定となるまでの時間を考慮して設定されたものである。
【００１７】
このとき、加速電圧Ｖａと連動してスイッチングされるフォーカス電圧の応答性は、フォーカス電源自体の応答性に加えて、加速電圧Ｖａを分圧した図２のＰ点の電圧Ｖｐの応答性に依存する。この場合、理想では、Ｐ点での分圧電圧Ｖｐの応答性は、加速電圧Ｖａの応答性と同じになるが、現実には、Ｐ点とアースとの間に、図４に示すような浮遊容量Ｃ２が発生し、加速電圧Ｖａの応答性に比べてＰ点の電位Ｖｐの応答性を悪化させるため、フォーカス電圧自身の応答性を悪化させる。
【００１８】
このことにより、加速電圧Ｖａに連動して変化するフォーカス電圧が安定するまでの時間が、前記切り換え待ち時間ｔ１を超え、ダイオキシンなどのＳＩＭ測定に対して悪影響を与えるという問題があった。
【００１９】
本発明の目的は、上述した点に鑑み、加速電圧分圧回路に浮遊容量が存在しても、加速電圧をスイッチングしたときに、浮遊容量が原因でフォーカス電圧側の応答の遅れを生じることのないフォーカス電圧源を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明にかかる質量分析装置のフォーカス電源は、直列に接続された２つの抵抗から成る分圧回路を加速電圧源とアースとの間に備え、該分圧回路からの出力電圧をフォーカス電圧の基準電圧とする質量分析装置のフォーカス電圧源において、前記２つの抵抗のうちのアース側に配置された抵抗とそのアース線とに発生する浮遊容量の影響を打ち消す容量を持ったコンデンサーを、前記２つの抵抗のうちの加速電圧源側に配置された抵抗に対して並列に接続したことを特徴としている。
【００２１】
また、前記コンデンサーは、分圧回路を構成する２つの抵抗のうち、加速電圧源側に配置された抵抗の抵抗値をＲ１、アース側に配置された抵抗の抵抗値をＲ２、またアース側に配置された抵抗とそのアース線とに発生する浮遊容量をＣ２とおいた場合、Ｒ２Ｃ２／Ｒ１で表される容量を持っていることを特徴としている。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図５は、本発明にかかる質量分析装置のフォーカス電圧源の一実施例を、加速電圧分圧回路の等価回路として表わしたものである。実施例は、加速電圧源とアースの間を分圧する２つの直列に接続された抵抗Ｒ１とＲ２から成る。Ｃ２は、２つの抵抗を接続しているＱ点とアースとの間の浮遊容量を示したものである。
【００２３】
今、浮遊容量Ｃ２の影響によるフォーカス電圧の応答の悪化を打ち消すために、抵抗Ｒ１と並列にコンデンサーＣ１を接続すると、加速電圧Ｖａが階段状のステップ関数で変化した場合のＱ点の電圧Ｖｑの応答は、次式で与えられる。
【００２４】
【数１】
0003571568.tif 000002
【００２５】
ここで、上式の右辺第２項が０であれば、浮遊容量Ｃ２による応答の遅れはなくなる。その条件は、
Ｃ１Ｒ１−Ｃ２Ｒ２  ＝  ０
すなわち、Ｃ１＝Ｒ２Ｃ２／Ｒ１の場合となり、Ｒ２Ｃ２／Ｒ２なるＣ１を用いることでＱ点の電圧Ｖｑの応答は改善される。この加速電圧分圧回路をフォーカス電圧基準に用いることで、フォーカス電圧の応答の問題が改善される。
【００２６】
図６は、本発明にかかるフォーカス電源系統の回路構成の一実施例を示したものである。加速電圧源９からの出力電圧Ｖａは、周囲をアース電位でシールドされたシールド線１０を介して、イオンチャンバー１に加速電圧として印加されると共に、同じく周囲をアース電位でシールドされたシールド線１１を介して、加速電圧源９とアースとの間で直列に接続された２つの抵抗Ｒ１及びＲ２から成る加速電圧分圧回路１２に対しても印加される。
【００２７】
図６の一実施例が図２の従来例と異なっている点は、図５での考察に基づき、加速電圧分圧回路１２の中の抵抗Ｒ１に対して並列にコンデンサーＣ１を設け、抵抗Ｒ２及びそのアース線に発生する浮遊容量によるＱ点の分圧電圧Ｖｑの応答の悪化を防ぐようにした点である。
【００２８】
この加速電圧分圧回路１２の２つの抵抗Ｒ１とＲ２の間のＱ点で分圧された加速電圧Ｖａの分圧電圧Ｖｑは、左右に分割された２つのフォーカス電極２及び３のためのフォーカス電圧源１３に供給される。フォーカス電圧源１３には、フォーカス電極２とフォーカス電極３にそれぞれ独立に電圧を印加できるように、相反する方向に極性を向けた２台のＤＣ／ＤＣコンバーター１４から成る直流電源群が、２セット用意されている。
【００２９】
この構成は、ある電位を中心にして、プラスまたはマイナスに電圧を掃引することを可能にするもので、既に特開平９−２７４８８２号公報として開示されているものである。
【００３０】
また、フォーカス電極２に電圧を供給する側のＤＣ／ＤＣコンバーターと、フォーカス電極３に電圧を供給する側のＤＣ／ＤＣコンバーターとの干渉を防ぐため、フォーカス電圧源１３のＤＣ／ＤＣコンバーター間は、抵抗１５で相互に隔てられている。
【００３１】
加速電圧Ｖａの分圧電圧ＶｑにＤＣ／ＤＣコンバーター１４からの出力電圧が重畳したフォーカス電圧は、保護抵抗１６を介して、フォーカス電極２及び３に印加される。この保護抵抗１６は、保護抵抗１６とフォーカス電極２及び３とを結ぶシールド線１７の浮遊容量と結合してフィルターを形成し、ノイズなどがフォーカス電極２及び３に入るのを防ぐ働きをしている。
【００３２】
以上の回路は、フォーカス電極２及び３のために設けられたものであるが、これと全く等価な回路は、フォーカス電極４及び５のためにも別途用意される。
【００３３】
【発明の効果】
以上述べたごとく、本発明の質量分析装置のフォーカス電圧源によれば、フォーカス電圧の応答性が改善されたことにより、ＳＩＭ測定時の１質量に要する測定時間ｔｍが短縮できることが見込め、それに伴って全体の測定処理時間の短縮が見込めるようになった。また、切り換え待ち時間ｔ１が短縮できることで、サンプリング時間（積算時間）ｔ２を長く取れるようになったので、Ｓ／Ｎが良くなり、感度の向上が見込めるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の電子衝撃型イオン源とそれに付属する電極群を示す図である。
【図２】従来のフォーカス電源系統の回路構成を示す図である。
【図３】ＳＩＭ測定時における時間ｔと加速電圧Ｖａの関係を示す図である。
【図４】従来の加速電圧分圧回路の等価回路を示す図である。
【図５】本発明にかかる加速電圧分圧回路の等価回路を示す図である。
【図６】本発明にかかるフォーカス電源系統の回路構成の一実施例を示す図である。
【符号の説明】
１・・・イオンチャンバー、２・・・フォーカス電極、３・・・フォーカス電極、４・・・フォーカス電極、５・・・フォーカス電極、６・・・偏向電極、７・・・偏向電極、８・・・主スリット、９・・・加速電圧源、１０・・・シールド線、１１・・・シールド線、１２・・・加速電圧分圧回路、１３・・・フォーカス電源、１４・・・ＤＣ／ＤＣコンバーター、１５・・・抵抗器、１６・・・保護抵抗、１７・・・シールド線。
【図１】
0003571568.tif 000003
【図２】
0003571568.tif 000004
【図３】
0003571568.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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