(57)【要約】【課題】本発明は、質量分析計の制御用として搭載される制御装置の処理負荷を低減することを目的とする。【解決手段】質量分析計の構成要素を制御するための制御装置は、通信バス上に配置され、前記構成要素からの信号をデジタル信号として出力する複数の監視部と、前記通信バスを制御するバスマスター回路と、前記バスマスター回路の制御によって読み出された前記複数の監視部のデータを個別に格納するレジスタと、前記レジスタの前記データを読み出す演算部と、を備える。【選択図】図１
2015053120.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量分析計の構成要素を制御するための制御装置であって、
通信バス上に配置され、前記構成要素からの信号をデジタル信号として出力する複数の監視部と、
前記通信バスを制御するバスマスター回路と、
前記バスマスター回路の制御によって読み出された前記複数の監視部のデータを個別に格納するレジスタと、
前記レジスタの前記データを読み出す演算部と、
を備えることを特徴とする制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の制御装置において、
前記演算部は、前記レジスタから読み出した前記データに基づいて前記構成要素の動作条件を補正する補正処理部を含むことを特徴とする制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載の制御装置において、
前記演算部は、前記レジスタから読み出した前記データに基づいて前記構成要素の異常を検出する異常検出処理部を含むことを特徴とする制御装置。
【請求項４】
請求項１に記載の制御装置において、
前記通信バスが、Ｉ２Ｃバスであることを特徴とする制御装置。
【請求項５】
試料を導入する試料導入部と、
前記試料をイオン化するイオン源と、
前記イオン化された試料のうち測定対象となるイオンを分離するイオン分離部と、
前記分離したイオンを検出する検出部と、
前記試料導入部、前記イオン源、前記イオン分離部、及び前記検出部を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
通信バス上に配置され、前記試料導入部、前記イオン源、前記イオン分離部、及び前記検出部からの信号をデジタル信号として出力する複数の監視部と、
前記通信バスを制御するバスマスター回路と、
前記バスマスター回路の制御によって読み出された前記複数の監視部からのデータを個別に格納するレジスタと、
前記レジスタの前記データを読み出す演算部と、
を備えることを特徴とする質量分析計。
【請求項６】
請求項５に記載の質量分析計において、
前記演算部は、前記レジスタから読み出した前記データに基づいて、前記試料導入部、前記イオン源、前記イオン分離部、及び前記検出部の動作条件を補正する補正処理部を含むことを特徴とする質量分析計。
【請求項７】
請求項５に記載の質量分析計において、
前記演算部は、前記レジスタから読み出した前記データに基づいて、前記試料導入部、前記イオン源、前記イオン分離部、及び前記検出部の異常を検出する異常検出処理部を含むことを特徴とする質量分析計。
【請求項８】
請求項５に記載の質量分析計において、
前記通信バスが、Ｉ２Ｃバスであることを特徴とする質量分析計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、質量分析計用の制御装置及びそれを備えた質量分析計に関する。
【背景技術】
【０００２】
質量分析計は、質量分析法の原理により物質の分子量を測定し、試料中に含まれる物質を測定する装置である。分子量の測定手法の１つとして、高真空の状態において、測定を行う試料に対して高圧電圧による放電を加えることで試料のイオン化を行い、イオン化した試料をコイル、電極によって発生させた電磁界を通過させ、イオンを質量に応じた選別を行い、これを検出器において増幅して検出を行う手法が用いられる（四重極型の質量分析計）。四重極型の質量分析計は、他の方式に比べて分解能は若干劣るが、構造が簡単なため装置の小型化に適している。
【０００３】
こういった方式の質量分析計では分解能の向上を図るため、試料のイオン化を効率よく実行する必要がある。また、安定に計測を行うためには、測定開始時及び測定実行時において、試料導入部の高真空の状態を安定に保つとともに、多くの動作条件を監視する必要がある。この動作条件としては、放電を発生させるための高圧の電圧、効率よくイオンを取り込むための検出器への印加電圧、及び、装置内環境（温度、湿度等）などがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２０１３４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
質量分析計は、微量の試料から含有する物質の特定が可能であるため、従来からの研究室等で取り扱う臨床・研究分野以外に、特定の薬物等に特化して、現地での分析を行う検査・分析装置としての応用も検討されている。その場合、分析装置としての性能は当然であるが、多くの動作条件を監視する制御装置の処理負荷の低減（省電力など）といった要素が重要になってくる。
【０００６】
本発明は、質量分析計の制御用として搭載される制御装置の処理負荷を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する為に、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例をあげるならば、質量分析計の構成要素を制御するための制御装置が提供される。当該制御装置は、通信バス上に配置され、前記構成要素からの信号をデジタル信号として出力する複数の監視部と、前記通信バスを制御するバスマスター回路と、前記バスマスター回路の制御によって読み出された前記複数の監視部のデータを個別に格納するレジスタと、前記レジスタの前記データを読み出す演算部と、を備える。
【０００８】
また、他の例によれば、試料を導入する試料導入部と、前記試料をイオン化するイオン源と、前記イオン化された試料のうち測定対象となるイオンを分離するイオン分離部と、前記分離したイオンを検出する検出部と、前記試料導入部、前記イオン源、前記イオン分離部、及び前記検出部を制御する制御装置と、を備える質量分析計が提供される。前記制御装置は、通信バス上に配置され、前記試料導入部、前記イオン源、前記イオン分離部、及び前記検出部からの信号をデジタル信号として出力する複数の監視部と、前記通信バスを制御するバスマスター回路と、前記バスマスター回路の制御によって読み出された前記複数の監視部からのデータを個別に格納するレジスタと、前記レジスタの前記データを読み出す演算部と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、質量分析計の制御用として搭載される制御装置の処理負荷を低減することができる。
本発明に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例における四重極型の質量分析計の概略構成図である。
【図２】本発明の実施例における制御装置の概略構成図である。
【図３】本発明の実施例における制御装置のタイミングチャートの一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下の実施例の質量分析計用の制御装置では、質量分析計を構成する各構成要素の状態（電圧、電流、温度等）がアナログ信号によって入力され、これらのアナログ信号を複数のＡＤＣ（Analog Digital Converter）によって常時監視しながら、信号の計測及びシーケンス制御を行う。この構成により、質量分析計全体の制御を行う制御装置の処理負荷を軽減し、装置全体の小型化を実現することが可能となる。
【００１２】
質量分析計には、制御装置として、質量分析計のシーケンス制御を行うためのＭＰＵ（Micro Processing Unit）が搭載される。ＭＰＵは、質量分析計を構成する各構成要素（試料導入部、イオン源、コイル、検出器）の状態（真空度、各部の基準電圧、温度等）の監視を行いながら計測を行う。各構成要素の状態信号は、アナログ信号として入力されるため、質量分析計には、アナログ信号に対してアナログ／デジタル変換（Ａ／Ｄ変換）を行うための複数のＡＤＣ（Analog Digital Converter）が搭載される。
【００１３】
各ＡＤＣ間は、変換結果を読み出すための読出しバス（通信バス）により接続される。読出しバスとしては、２本の信号線上に複数のＡＤＣが接続可能で、かつＭＰＵと周辺機器間のＩ／Ｆとして広く採用されているＩ２Ｃバスを用いる。
【００１４】
Ｉ２Ｃバスには、スレーブである各ＡＤＣからデータの読み出すための通信制御を行うバスマスターが必要であるため、バスマスター回路が設けられる。各ＡＤＣはバスマスター回路の下に接続される。バスマスター回路は、質量分析計の起動後からＩ２Ｃバスのデータ読出し手順に従って、ＡＤＣの変換結果の読出しを１個、１個、順番に実行する。
【００１５】
ＡＤＣから読み出されたデータは、データ読出しレジスタに順次格納される。データ読出しレジスタには、各ＡＤＣに個別に用意された複数の領域がある。各ＡＤＣから読み出されたデータは、データ読出しレジスタ内の各ＡＤＣに対応する領域へと格納される。これらのデータ読出しレジスタの内容は、ＭＰＵから、任意のタイミングで読出しが可能である。
【００１６】
質量分析計が起動されると、以上の一連の動作により、各ＡＤＣの読出しは定期的に実行されるため、データ読出しレジスタの内容は順次更新されることになる。ＭＰＵは、周期的に（あるいは任意のタイミングで）ＡＤＣ読出しレジスタの内容を読み出すことで、質量分析計の各構成要素の状態監視を行うことができる。以上の機構を持たせることで、ＡＤＣからの結果の読出しの際に、ＡＤＣに対して必要なＩ２Ｃバスの通信制御をバスマスター回路が代行することで、ＭＰＵの処理負荷を軽減できる。その結果、比較的省電力（かつ低性能）なＭＰＵを使用して計測制御を行うことが可能となる。これにより、制御装置の小型化を実現し、可搬性なども向上する。
【００１７】
以下、添付図面を参照して本発明の実施例について説明する。なお、添付図面は本発明の原理に則った具体的な実施例を示しているが、これらは本発明の理解のためのものであり、決して本発明を限定的に解釈するために用いられるものではない。例えば、以下では、四重極型の質量分析計を例として説明するが、本発明は他の方式の質量分析計にも適用可能である。
【００１８】
図１は、四重極型の質量分析計の概略構成図である。質量分析計は、試料を導入する試料導入部５と、試料をイオン化するイオン源６と、イオン化された試料のうち測定対象となるイオンを分離するイオン分離部７と、分離したイオンのエネルギーを増幅し、スペクトルを検出する検出器８と、試料導入部５、イオン源６、イオン分離部７、及び検出器８を制御する制御装置と、を備える。
【００１９】
質量分析計では、試料導入部５から、測定するサンプル物質を取り込み、これをイオン源６内において真空中での高圧放電を加える等の方法によってイオンへと変化させる（イオン化）。イオン化したサンプルは、イオン分離部７（コイル部）内の高周波電圧を印加した４本の電極間を通過させることにより、目的とするイオンのみを分離して取り出す。この分離したイオンを検出器８で増幅し、スペクトルを取得する。この取得したスペクトル情報を照合し、物質の特定を行う。四重極型の質量分析計は、他の方式に比べて分解能は若干、劣るが、構造が簡単なため装置の小型化に適している。
【００２０】
制御装置では、質量分析計の分解能の向上及び安定動作を行うために、計測中及び待機中に各構成要素の状態（電圧、電流、装置内外の温度等）を一定周期毎に監視する。制御装置は、質量分析計の全体制御を行うＭＰＵ（Micro Processing Unit）（または演算部ともいう）１と、バスマスター回路２と、データ読出しレジスタ３と、質量分析計の各構成要素の状態を監視する状態監視部４とを備える。状態監視部４は複数の監視部（４１、４２、・・・、４ｎ）を備え、各監視部（４１、４２、・・・、４ｎ）は、それぞれ、質量分析計の各構成要素（試料導入部５、イオン源６、イオン分離部７、及び検出器８）からのアナログ入力をデジタル値に変換するＡＤＣ（Analog Digital Converter）（ＡＤＣ１〜ＡＤＣｎ）を備える。
【００２１】
質量分析計の各構成要素からの信号はアナログ入力となるため、これらのアナログ入力をＡＤＣ（ＡＤＣ１〜ＡＤＣｎ）によってデジタルデータへと変換し、その後、そのデジタルデータがＭＰＵ１によって読み出され、装置の制御に使用される。これらＡＤＣの数は、装置によっては、１０数個に及ぶ場合がある。
【００２２】
これらのＡＤＣ（ＡＤＣ１〜ＡＤＣｎ）間は、Ｉ２Ｃバス９で接続される。Ｉ２Ｃバス９は、装置の小型化（２本の信号線上に全ＡＤＣが接続可能）、データの更新周期が比較的遅くて構わない（数ｍ秒程度周期で、全ＡＤＣを読み出すことができること）ことからコンピュータシステムで一般的に使用される。Ｉ２Ｃバスは、ＭＰＵと周辺のＩ／Ｏ機器とを接続するバスで、一部の機種のＭＰＵには、周辺機器とのＩ／Ｆ機能として内蔵しているものもある。
【００２３】
バスマスター回路２は、ＡＤＣ（ＡＤＣ１〜ＡＤＣｎ）からＩ２Ｃバス９を介してデジタルデータの読出しを行う。Ｉ２Ｃバス９のＩ／Ｆに関して、Ｉ２Ｃバス９のマスター側であるバスマスター回路２が、選択するスレーブ（ＡＤＣ１〜ＡＤＣｎ）のアドレスをシリアルデータとして送信し、その後、バスマスター回路２が、受信状態となり、スレーブ（ＡＤＣ１〜ＡＤＣｎ）からのデータをシリアルデータとして受信する。
【００２４】
例えば、ＭＰＵを通信バスのマスターとした場合、データの受信が完了するまでの間、ＭＰＵは、待ちの処理が必要となり、監視するＡＤＣが多い場合には、ＭＰＵの処理能力の低下、負荷の増大につながる。本実施例では、これを回避するため、ＭＰＵ１とは独立して、Ｉ２Ｃバス９での読出しを行うバスマスター回路２が設けられている。したがって、ＭＰＵ１の処理負荷を軽減し、装置全体の小型化を実現することが可能となる。
【００２５】
データ読出しレジスタ３は、バスマスター回路２の制御によって読み出された複数のＡＤＣ（ＡＤＣ１〜ＡＤＣｎ）のデータを個別に格納するものである。データ読出しレジスタ３は、各ＡＤＣ（ＡＤＣ１〜ＡＤＣｎ）に対して個別に用意された複数の領域（アドレス１〜アドレスｎ）を含む。
【００２６】
バスマスター回路２は、質量分析計の起動後からアドレスの割り付けが１のＡＤＣ（ＡＤＣ１）からデータの読出しを行う。バスマスター回路２は、Ｉ２Ｃバス９へのアクセスが完了した後、読み出されたデータに対してシリアル／パラレル変換を行い、その変換されたデータは、各ＡＤＣに個別に割り当てられたデータ読出しレジスタ３の領域へと書き込まれる。
【００２７】
バスマスター回路２は、アドレス１のＡＤＣ（ＡＤＣ１）からの読出しが完了した後、ＡＤＣのアドレスを２へと更新して、同様の動作を繰り返して次のデータの受信を開始する。バスマスター回路２は、これら一連の動作を繰り返し、最後のＡＤＣ（ＡＤＣｎ）からの受信後、アドレスを１に戻して、Ｉ２Ｃバス９へのアクセスを繰り返す。
【００２８】
ＭＰＵ１は、データ読出しレジスタ３に格納されているデータを読み出して、各種処理を行う。ＭＰＵ１側からのＡＤＣ結果の読出しは、該当するレジスタを経由して通常のメモリの読出しと同様に行う（データ読出しレジスタ３からの読出しは、ＭＰＵ１によって任意のタイミングで実行でき、結果は常に最新の状態となる）。そのため、ＭＰＵ１においては、Ｉ２Ｃバス９へのアクセスに必要な通信制御の処理は不要となり、処理に関する負荷は大幅に軽減される。
【００２９】
また、図２に示すように、ＭＰＵ１は、補正処理部１１及び異常検出処理部１２を含む。補正処理部１１は、データ読出しレジスタ３から読み出したデータに基づいて、各構成要素（試料導入部５、イオン源６、イオン分離部７、及び検出器８）の動作条件（電圧、電流、装置内外の温度等）を補正する。異常検出処理部１２は、データ読出しレジスタ３から読み出したデータに基づいて各構成要素（試料導入部５、イオン源６、イオン分離部７、及び検出器８）の異常を検出する。なお、各処理部１１、１２は、プログラムとして実現されてもよい。すなわち、各処理部１１、１２は、ＭＰＵ１が各処理に対応するプログラムコードを実行することによって実現されてもよい。
【００３０】
なお、動作条件の補正及び異常検出を行うために、図示しない記憶部に動作条件に関するデータが格納されていてもよい。ＭＰＵ１は、これらの動作条件に関するデータと、データ読出しレジスタ３から読み出したデータとを比較することにより、動作条件の補正及び異常検出を行ってもよい。
【００３１】
例えば、ＭＰＵを通信バスのマスターとした場合、データの受信が完了するまでの間、ＭＰＵは、待ちの処理が必要となる。本実施例によれば、ＭＰＵ１は、任意のタイミングでデータ読出しレジスタ３からデータを読み出せるため、データの受信の待ち時間なく各構成要素の補正及び異常検出の処理が可能となる。
【００３２】
以上の仕組みにより、多数のＡＤＣ（ＡＤＣ１〜ＡＤＣｎ）を接続して、質量分析計の各構成要素の状態を観測及び制御を行う制御装置において、制御用ＭＰＵ１の処理負荷を低減ができる。この構成によれば、比較的処理能力の低いＭＰＵでの制御が可能となる。また、Ｉ２Ｃバスは配線数も少なく、小型かつ消費電力の少ないＡＤＣ（またはセンサ）が多く生産されているため、装置全体の小型化及び省電力化が可能となる。
【００３３】
図３は、本実施例における制御装置のタイミングチャートの一例を示す図である。質量分析計の起動後、まず、バスマスター回路２は、ＡＤＣ１からＩ２Ｃバス９を介してデジタルデータの読出しを行う（３０１）。その後、バスマスター回路２は、読み出したデータを、ＡＤＣ１に割り当てられたデータ読出しレジスタ３の領域へと書き込む（３２１）。次に、バスマスター回路２は、ＡＤＣ２からＩ２Ｃバス９を介してデジタルデータの読出し（３０２）、読み出したデータを、ＡＤＣ２に割り当てられたデータ読出しレジスタ３の領域へと書き込む（３２２）。バスマスター回路２は、これら一連の処理をＡＤＣｎまで実行する（３０ｎ、３２ｎ）。バスマスター回路２は、最後のＡＤＣ（ＡＤＣｎ）からの読み出しとそのデータの書き込みが終了後、ＡＤＣ１にアドレスを戻して、次の読み出し動作（３１１）及び書き込み動作（３３１）を繰り返す。
【００３４】
ＡＤＣ１に割り当てられたデータ読出しレジスタ３の領域には、最初の書き込み動作（３２１）から次の書き込み動作（３３１）までの間、最初の書き込み動作（３２１）で格納されたデータが保持される。例えば、ＭＰＵ１は、読み出し動作（３４１）のタイミングで、ＡＤＣ１に割り当てられたデータ読出しレジスタ３の領域からデータを読み出す。図３に示すように、従来では、ＡＤＣ１〜ＡＤＣｎのデータの受信が完了するまでの間、ＭＰＵは待ちの期間が必要であったが、本実施例では、その期間が不要となり、ＭＰＵ１の処理負担を軽減することができる。また、ＭＰＵ１は、読み出し動作（３４１）のタイミングだけでなく、最初の書き込み動作（３２１）以降であれば任意のタイミングで、データ読出しレジスタ３からデータの読み出しを行うことができる。
【００３５】
以上のように、ＭＰＵ１により計測シーケンスの制御を行う質量分析計において、ＭＰＵ１は、質量分析計を構成する各構成要素の状態を示すアナログ信号を複数のＡＤＣ（ＡＤＣ１〜ＡＤＣｎ）を通して読出すことにより状態を監視しながら、各種処理を実行する。ＡＤＣ（ＡＤＣ１〜ＡＤＣｎ）からのデータ読出しには、２本の信号で複数のＡＤＣに接続できるＩ２Ｃバス９による通信を使用する。Ｉ２Ｃバス９の通信制御のために、ＭＰＵ１とは独立したバスマスター回路２が設けられている。バスマスター回路２は、各ＡＤＣ（ＡＤＣ１〜ＡＤＣｎ）からデータを順番に読み出す。各ＡＤＣ（ＡＤＣ１〜ＡＤＣｎ）から読出した結果は、ＡＤＣ（ＡＤＣ１〜ＡＤＣｎ）毎に個別の領域を有するデータ読出しレジスタ３に格納される。これら一連の動作を繰り返すことで、データ読出しレジスタ３の内容は周期的に更新される。ＭＰＵ１は、データ読出しレジスタ３を介して、任意のタイミングでＡＤＣの結果を読み取ることができる。また、ＭＰＵ１においては、Ｉ２Ｃバス９の通信制御は不要となり、処理負荷を低減できる。
【００３６】
したがって、比較的省電力（かつ低性能）なＭＰＵを使用して質量分析計の計測制御を実行する場合において、複数のＡＤＣからのデータを監視しながらもＭＰＵの処理負荷の低減を可能とする。制御用マイコン（ＭＰＵ:Micro Processing Unit）の処理負荷を低減することで、消費電力の少ない安価なＭＰＵを使用して装置の計測制御を行うことが可能となり、これにより、装置の小型化が実現される。
【００３７】
本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した実施例は本発明を分かりやす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、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることがあり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例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。
【００３８】
また、上記の各構成、機能、処理部等は、それらの一部や全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能、処理部等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリやハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記憶装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。
【００３９】
また、上述の実施例において制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１        ：ＭＰＵ
２        ：バスマスター回路
３        ：データ読出しレジスタ
４        ：状態監視部
４１〜４ｎ：監視部（ＡＤＣ１〜ＡＤＣｎ）
５        ：試料導入部
６        ：イオン源
７        ：イオン分離部
８        ：検出器
９        ：Ｉ２Ｃバス
１１      ：補正処理部
１２      ：異常検出処理部
【図１】
2015053120.tif 000003
【図２】
2015053120.tif 000004
【図３】
2015053120.tif 000005