(57)【要約】【課題】回路規模を大きくすることなくノイズを遮断できる高電圧電源を提供する。【解決手段】分析装置１に用いられる高電圧電源４０であって、制御部３０には、光源３４と、光源３４を制御するパルス制御回路３５とが配置され、光源３４からの光を伝送する光ファイバ２が制御部３０と質量分析部２０との間に配置され、質量分析部２０には、複数の光電素子と、光ファイバ２からの光を分割して複数の光電素子に照射する光路分割器３と、複数の光電素子と第三電気配線４１ａ、４１ｂを介して接続されたコッククロフトウォルトン回路２５とが配置され、コッククロフトウォルトン回路２５は、検出器２４に第三電気配線４１ａ、４１ｂを介して電圧を供給する構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンを導く引出部電極と検出部電極と検出器とが内部に配置された真空容器を有する質量分析部と、
前記引出部電極に第一電気配線を介して電圧を供給する第一高電圧電源と、前記検出部電極に第二電気配線を介して電圧を供給する第二高電圧電源とを有する制御部とを備える分析装置に用いられる高電圧電源であって、
前記制御部には、光源と、当該光源を制御するパルス制御回路とが配置され、
前記光源からの光を伝送する光ファイバが前記制御部と前記質量分析部との間に配置され、
前記質量分析部には、複数の光電素子と、前記光ファイバからの光を分割して複数の光電素子に照射する光路分割器と、複数の光電素子と第三電気配線を介して接続されたコッククロフトウォルトン回路とが配置され、
前記コッククロフトウォルトン回路は、前記検出器に第三電気配線を介して電圧を供給することを特徴とする高電圧電源。
【請求項２】
前記コッククロフトウォルトン回路に付加された定電圧安定回路を備えることを特徴とする請求項１に記載の高電圧電源。
【請求項３】
前記コッククロフトウォルトン回路に第三電気配線を介して接続された電圧検出器を備え、
前記電圧検出器は、制御部側光電素子と光ファイバと質量分析部側光電素子とを介してパルス制御回路に接続されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高電圧電源。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の高電圧電源と、
イオンを導く引出部電極と検出部電極と検出器とが内部に配置された真空容器を有する質量分析部と、
前記引出部電極に第一電気配線を介して電圧を供給する第一高電圧電源と、前記検出部電極に第二電気配線を介して電圧を供給する第二高電圧電源とを有する制御部とを備えることを特徴とする分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高電圧電源及びそれを用いた分析装置（例えばＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳ装置やＳＥＭ等）に関し、特に、イオンが導入される真空容器を備える質量分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳ装置（マトリックス支援レーザ脱離イオン化質量分析装置）は、試料成分をイオン化するイオン源と、イオン源から導入されたイオンを検出する質量分析部とから構成される。図３は、ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳ装置の一例を示す概略構成図である。ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳ装置１００は、イオン源（図示せず）と質量分析部１２０と制御部１３０とを備える。
【０００３】
質量分析部１２０は、真空容器２１を備え、真空容器２１の内部には、イオンレンズやオクタポールやフォーカスレンズや四重極等の引出部電極２２と、検出部電極２３と、検出器２４とが配置されている。この検出器２４としては、例えばＭＣＰ（マイクロチャンネルプレート）やＥＭ（エレクトロンマルチプライヤ）等が挙げられる。
制御部１３０は、制御部筐体３１を備え、制御部筐体３１の内部には、第一高電圧電源３２と、第二高電圧電源３３と、絶縁型高電圧電源１３４と、第一高電圧電源３２と第二高電圧電源３３と絶縁型高電圧電源１３４とを制御する制御回路１３６とが配置されている。
【０００４】
制御部筐体３１内部の第一高電圧電源３２の正極側と、真空容器２１内部の引出部電極２２とは、第一電気配線５１を介して接続されている。これにより、第一高電圧電源３２から１０ｋＶ〜２０ｋＶの電圧が引出部電極２２に印加されることで、引出部電極２２により不要イオンが排出され、特定イオンのみが検出部電極２３に到達するようになっている。
【０００５】
制御部筐体３１内部の第二高電圧電源３３の正極側と、真空容器２１内部の検出部電極２３とは、第二電気配線５２を介して接続されている。これにより、第二高電圧電源３３から１０ｋＶ以上の電圧が検出部電極２３に印加されることで、検出部電極２３に到達したイオンにより、二次電子が放出されるようになっている。
【０００６】
制御部筐体３１内部の絶縁型高電圧電源１３４の負極側（ベース側）と、真空容器２１内部の検出器２４の負極側とは、負極側第三電気配線４１ａを介して接続されるとともに、絶縁型高電圧電源１３４の正極側と、検出器２４の正極側とは、正極側第三電気配線４１ｂを介して接続されている。また、検出部電極２３に対するフローティング高圧電源として機能させるために、負極側第三電気配線４１ａと第二電気配線５２とは、第四電気配線５４を介して接続されている。これにより、絶縁型高電圧電源１３４から１ｋＶ〜２ｋＶの高電圧が検出器２４に印加されることで、検出器２４により電子群が増倍され、その検出信号（データ）が出力されるようになっている。
【０００７】
ところで、絶縁型高電圧電源１３４の負極側（ベース側）は、アースや制御部筐体（装置シャーシ）３１に対して高電圧となり、高インピーダンスでの接続となるため、外来のノイズに弱くなる。このノイズは、負極側第三電気配線４１ａを介して検出器２４の検出信号に出力されてしまうことがある。
【０００８】
そこで、給電側において強力な光源により光エネルギを発生させ、光ファイバを介してこの光エネルギを伝送し、被給電側においてフォトダイオードや太陽電池を用いて光電変換することにより、電気エネルギに変換する光給電装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。このような光給電装置によれば、電気配線からのノイズを回避でき、かつ、光ファイバ配線による電気絶縁を達成することができる。
【０００９】
図４は、このような光給電装置の一例を示す概略構成図である。給電側では、レーザダイオード（ＬＤ）４が連続光を発生し、光ファイバ２を介して伝送する。被給電側では、ｍ個のフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤｍが直列に接続されている。そして、ＬＤ４から光ファイバ２を介して伝送された光は、光路分割器３により分割され、各分割光がそれぞれフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤｍの受光面に集光されるようになっている。
【００１０】
図５は、光給電装置の他の一例を示す概略構成図である。この例では、被給電側にはトランスＴが用いられ、トランスＴの一次側にフォトダイオードＰＤが接続され、トランスＴの二次側に整流回路１０５が接続されている。そして、トランスＴを駆動するために、給電側のレーザダイオード（ＬＤ）１０４をパルス発光させ、光ファイバ２を介して発生した矩形波光を伝送し、被給電側のフォトダイオードＰＤを点滅させてトランスＴの一次側に交流を発生させる。この交流がトランスＴにより昇圧された後、整流回路１０５により直流に変換されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平５−２６８１９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、図４に示すような被給電側にｍ個のフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤｍを直列に接続した光給電装置をＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳ装置に用いる場合、多数（例えば数千個）のフォトダイオードＰＤが必要になるという問題がある。
また、図５に示すような被給電側にトランスＴが配置された光給電装置を用いた場合には、トランスＴの二次側の整流回路１０５の後方に一般的な高圧電源１０６を設置することになり、回路規模が大きくなるとともに消費電力も増え、トランスＴからのノイズが発生するという問題点がある。
そこで、本発明は、回路規模を大きくすることなくノイズを遮断できる高電圧電源を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するためになされた本発明の高電圧電源は、イオンを導く引出部電極と検出部電極と検出器とが内部に配置された真空容器を有する質量分析部と、前記引出部電極に第一電気配線を介して電圧を供給する第一高電圧電源と、前記検出部電極に第二電気配線を介して電圧を供給する第二高電圧電源とを有する制御部を備える分析装置に用いられる高電圧電源であって、前記制御部には、光源と、当該光源を制御するパルス制御回路とが配置され、前記光源からの光を伝送する光ファイバが前記制御部と前記質量分析部との間に配置され、前記質量分析部には、複数の光電素子と、前記光ファイバからの光を分割して複数の光電素子に照射する光路分割器と、複数の光電素子と第三電気配線を介して接続されたコッククロフトウォルトン回路とが配置され、前記コッククロフトウォルトン回路は、前記検出器に第三電気配線を介して電圧を供給するようにしている。
【００１４】
本発明の高電圧電源によれば、制御部側では、光源がパルス光を発生し、光ファイバを介して伝送する。また、質量分析部側では、５〜１０個程度の光電素子が直列に接続されている。そして、制御部側から光ファイバを介して伝送されたパルス光は光路分割器により分割され、各分割光がそれぞれ光電素子に集光されるようになっている。また、質量分析部側にはコッククロフトウォルトン回路が用いられ、当該回路の一次側には当該直列に接続された少数の光電素子が接続され、二次側には検出器が接続されている。そして、コッククロフトウォルトン回路の一次側に数十Ｖのスイッチ電圧を発生させる。このスイッチ電圧がコッククロフトウォルトン回路により１ｋＶ〜２ｋＶの高電圧に変換されるようになっている。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明の高電圧電源によれば、回路規模を大きくすることなく検出器に入る、制御部等外来のノイズを遮断することができる。また、検出器から検出信号（データ）を取得するための検出器の電流消費は、データ取得時間が短いため小さくできるので、コッククロフトウォルトン回路のコンデンサに蓄えられた容量で賄うことができる結果、検出器からデータを取得している最中にパルス制御回路の動作を止めることで、さらにノイズを遮断できる。また、耐圧は光ファイバ周辺に依存するため、検出部電極の電圧が高い場合でも容易に実現できる。
【００１６】
＜他の課題を解決するための手段及び効果＞
また、上記の発明において、前記コッククロフトウォルトン回路に付加された定電圧安定回路を備えるようにしてもよい。
【００１７】
そして、上記の発明において、前記コッククロフトウォルトン回路に第三電気配線を介して接続された電圧検出器を備え、前記電圧検出器は、制御部側光電素子と光ファイバと質量分析部側光電素子とを介してパルス制御回路に接続されているようにしてもよい。
【００１８】
さらに、本発明の分析装置は、上述したような高電圧電源と、イオンを導く引出部電極と検出部電極と検出器とが内部に配置された真空容器を有する質量分析部と、前記引出部電極に第一電気配線を介して電圧を供給する第一高電圧電源と、前記検出部電極に第二電気配線を介して電圧を供給する第二高電圧電源とを有する制御部とを備えるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係るＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳ装置の一例を示す概略構成図。
【図２】本発明に係る高電圧電源の一例を示す概略構成図。
【図３】ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳ装置の一例を示す概略構成図。
【図４】光給電装置の一例を示す概略構成図。
【図５】光給電装置の他の一例を示す概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。
【００２１】
図１は、本発明に係るＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳ装置の一例を示す概略構成図である。なお、上述したＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳ装置１００と同様のものについては、同じ符号を付している。
ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳ装置１は、イオン源（図示せず）と質量分析部２０と制御部３０と高電圧電源４０とを備える。
【００２２】
制御部３０は、制御部筐体３１を備え、制御部筐体３１の内部には、第一高電圧電源３２と、第二高電圧電源３３と、光源３４と、光源３４を制御するパルス制御回路３５と、第一高電圧電源３２と第二高電圧電源３３とパルス制御回路３５とを制御する制御回路３６とが配置されている。上記光源としては、例えばＬＥＤやＬＤ等が挙げられる。そして、光ファイバ２が制御部筐体３１と真空容器２１との間に配置され、光ファイバ２がパルス制御回路３５で制御された光源３４からのパルス光を真空容器２１の内部に伝送するようになっている。
【００２３】
制御部筐体３１内部の第一高電圧電源３２の正極側と、真空容器２１内部の引出部電極２２とは、第一電気配線５１を介して接続されている。これにより、第一高電圧電源３２から１０ｋＶ〜２０ｋＶの電圧が引出部電極２２に印加されることで、引出部電極２２により不要イオンが排出され、特定イオンのみが検出部電極２３に到達するようになっている。
【００２４】
制御部筐体３１内部の第二高電圧電源３３の正極側と、真空容器２１内部の検出部電極２３とは、第二電気配線５２を介して接続されている。これにより、第二高電圧電源３３から１０ｋＶ以上の電圧が検出部電極２３に印加されることで、検出部電極２３に到達したイオンにより、二次電子が放出されるようになっている。
【００２５】
質量分析部２０は、真空容器２１を備え、真空容器２１の内部には、イオンレンズやオクタポールやフォーカスレンズや四重極等の引出部電極２２と、検出部電極２３と、検出器２４と、ｎ個（例えば５〜１０個）のフォトダイオード（光電素子）ＰＤ１〜ＰＤｎと、光路分割器３と、コッククロフトウォルトン回路２５とが配置されている。
【００２６】
コッククロフトウォルトン回路２５の一次側にはｎ個のフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤｎが直列に接続され、コッククロフトウォルトン回路２５の二次側には検出器２４が接続されている。つまり、コッククロフトウォルトン回路２５のベース（基準電圧）は、光ファイバ２で絶縁されているので、この回路は耐高電圧のフローティング電源を構成する。そして、制御部３０から光ファイバ２を介して伝送されたパルス光は、光路分割器３により分割されて各分割光がそれぞれフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤｎの受光面に集光され、これによりコッククロフトウォルトン回路２５の一次側に数十Ｖのスイッチ電圧を発生させている。このスイッチ電圧がコッククロフトウォルトン回路２５により１ｋＶ〜２ｋＶの高電圧に変換されることになる。
【００２７】
コッククロフトウォルトン回路２５の負極側と、検出器２４の負極側とは、負極側第三電気配線４１ａを介して接続されるとともに、コッククロフトウォルトン回路２５の正極側と、検出器２４の正極側とは、正極側第三電気配線４１ｂを介して接続されている。また、検出部電極２３に対するフローティング高圧電源として機能させるために、負極側第三電気配線４１ａと第二電気配線５２とは、第四電気配線５４を介して接続されている。これにより、コッククロフトウォルトン回路２５から１ｋＶ〜２ｋＶの高電圧が検出器２４に印加されることで、検出器２４により電子群が増倍され、その検出信号（データ）が出力されるようになっている。
【００２８】
また、検出器２４から検出信号（データ）を取得するための検出器２４の電流消費は、データ取得時間が短いことから小さくすることができ、コッククロフトウォルトン回路２５のコンデンサに蓄えられた容量で賄うことができるので、制御回路３６が検出器２４からデータを取得している最中にパルス制御回路３５の動作を止めることで、さらにノイズを遮断することができる。
【００２９】
以上のように、本発明のＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳ装置１によれば、回路規模を大きくすることなくノイズを遮断することができる。
【００３０】
＜他の実施形態＞
（１）上述したＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳ装置において、電圧検出器が第三電気配線を介してコッククロフトウォルトン回路に接続されており、電圧検出器は、制御部側光電素子と光ファイバと質量分析部側光電素子とを介してパルス制御回路に接続されているような構成としてもよい。図２は、本発明に係る高電圧電源の一例を示す概略構成図である。なお、図１に示したものと同様のものについては、同じ符号を付して説明を省略する。
【００３１】
質量分析部２０’は、図示は省略するが、図１に示したものと同様の引出部電極と検出部電極と検出器とを備え、ｎ個（例えば５〜１０個）のフォトダイオード（光電素子）ＰＤ１〜ＰＤｎと、光路分割器３と、コッククロフトウォルトン回路２５と、電圧検出器６１と、電圧検出器６１からのデジタル信号を光に変換するフォトダイオード（質量分析部側光電素子）６２とが配置されている。
【００３２】
制御部３０’は、図示は省略するが、図１に示したものと同様の第一高電圧電源と第二高電圧電源とを備え、光源３４と、光源３４を制御するパルス制御回路３５と、制御回路３６と、フォトダイオード（制御部側光電素子）６４とが配置されている。そして、質量分析部２０’と制御部３０’との間には光ファイバ６３が配置されており、質量分析部側のフォトダイオード６２から光ファイバ６３を介して伝送された光は、制御部側フォトダイオード６４の受光面に集光されるようになっている。これにより、フォトダイオード６４からのデジタル信号が制御回路３６に入力され、制御回路３６が閾値検出又は電圧パルス変調のデジタル信号に基づいてパルス制御回路３５にフィードバックするようになっている。
【００３３】
（２）上述したＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳ装置において、コッククロフトウォルトン回路に付加された定電圧安定回路を備える構成としてもよい。
【００３４】
（３）上述したＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳ装置１において、１０ｋＶ〜２０ｋＶの電圧が引出部電極２２に印加されるとともに、１０ｋＶ以上の電圧が検出部電極２３に印加されるような電圧勾配を形成する構成としたが、これに換えて、−２０ｋＶ〜−１０ｋＶの電圧が引出部電極２２に印加されるとともに、−１０ｋＶ以下の電圧が検出部電極２３に印加される電圧勾配を形成するような構成としてもよい。
【００３５】
（４）上述したＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳ装置１において、引出部電極２２はイオンレンズやオクタポールやフォーカスレンズや四重極等である構成としたが、サンプルプレート等のＭＡＬＤＩイオン源としてもよい。また、ＭＡＬＤＩイオン源に限らず、各種レーザ脱離イオン化法、あるいは、エレクトロスプレーイオン化など、イオン源の種類も問わない。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、イオンが導入される真空容器を備える質量分析装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１  ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳ装置（分析装置）
２  光ファイバ
３  光路分割器
２０  質量分析部
２１  真空容器
２２  引出部電極
２３  検出部電極
２４  検出器
２５  コッククロフトウォルトン回路
３０  制御部
３２  第一高電圧電源
３３  第二高電圧電源
３４  光源
３５  パルス制御回路
４０  高電圧電源
４１ａ  負極側第三電気配線（第三電気配線）
４１ｂ  正極側第三電気配線（第三電気配線）
５１  第一電気配線
５２  第二電気配線
【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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