(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンを加速するためのパルス電圧が印加される第１電極と、
前記第１電極への前記パルス電圧の印加を制御する少なくとも一つのスイッチング素子と、
前記イオンが飛行する空間を画定する第２電極と、
前記イオンを検出するイオン検出器と、
前記第２電極を格納する真空容器とを備え、
前記スイッチング素子は絶縁体と接し、前記絶縁体は前記真空容器と接し、
前記絶縁体の２０℃における熱伝導率は２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である分析装置。
【請求項２】
請求項１に記載の分析装置において、
前記絶縁体は、セラミックスを備える分析装置。
【請求項３】
請求項２に記載の分析装置において、
前記絶縁体は、アルミナを備える分析装置。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか一項に記載の分析装置において、
前記真空容器の温度を調整する温度調整部を備える分析装置。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか一項に記載の分析装置において、
前記真空容器は、前記絶縁体を取り付ける取り付け部を備え、
前記取り付け部は、前記少なくとも一つのスイッチング素子を前記絶縁体を介して保持する分析装置。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか一項に記載の分析装置において、
飛行時間型質量分析計および電場型フーリエ変換質量分析計の少なくとも一つを備える分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  飛行時間型質量分析計（以下、適宜ＴＯＦ−ＭＳと呼ぶ）では、パルス電圧により生じた電場によりイオンが加速され、加速されたイオンが検出器において検出されるまでの飛行時間に基づいて各イオンのｍ／ｚ（質量電荷比）が測定される。ここで、パルス電圧の印加が開始される時間やパルス電圧の波形が測定条件によりばらつくと、飛行時間の測定精度が低下する。精密な質量分析においては、測定条件による飛行時間のばらつきを数ｐｐｍ程度以下まで抑制することが求められる場合があるため、様々な原因で起こるばらつきをそれぞれ改善する必要がある。【０００３】  このようなばらつきを抑制する方法として、例えば、特許文献１では、パルス電圧を印加する周期を短くした際に、一部の素子の電圧が戻りきらないために起こる飛行時間のばらつきを、ＴＯＦ−ＭＳを構成する各電極に印加する電圧を変化させることで低減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開２０１７／１２２２７６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  パルス電圧を印加する周期や室温により、パルス電圧の印加を制御するスイッチング素子の温度が変化する。このスイッチング素子の温度が変化すると、パルス電圧の印加が開始される時間やパルス電圧の波形が変化し、飛行時間の測定精度を低下させる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  本発明の第１の態様によると、分析装置は、イオンを加速するためのパルス電圧が印加される第１電極と、前記第１電極への前記パルス電圧の印加を制御する少なくとも一つのスイッチング素子と、前記イオンが飛行する空間を画定する第２電極と、前記イオンを検出するイオン検出器と、前記第２電極を格納する真空容器とを備え、前記スイッチング素子は絶縁体と接し、前記絶縁体は前記真空容器と接している。  本発明の第２の態様によると、第１の態様の分析装置において、前記絶縁体の２０℃における熱伝導率は２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが好ましい。  本発明の第３の態様によると、第２の態様の分析装置において、前記絶縁体は、セラミックスを備えることが好ましい。  本発明の第４の態様によると、第３の態様の分析装置において、前記絶縁体は、アルミナを備えることが好ましい。  本発明の第５の態様によると、第１から第４のいずれかの態様の分析装置において、前記真空容器の温度を調整する温度調整部を備えることが好ましい。  本発明の第６の態様によると、第１から第５のいずれかの態様の分析装置において、前記真空容器は、前記絶縁体を取り付ける取り付け部を備え、前記取り付け部は、前記少なくとも一つのスイッチング素子を前記絶縁体を介して保持することが好ましい。  本発明の第７の態様によると、第１から第６のいずれかの態様の分析装置において、飛行時間型質量分析計および電場型フーリエ変換質量分析計の少なくとも一つを備えることが好ましい。
【発明の効果】
【０００７】  本発明によれば、パルス電圧の印加を制御するスイッチング素子の温度変化に基づく飛行時間のばらつきを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、一実施形態の分析装置の構成を示す概念図である。
【図２】図２は、情報処理部およびパルス電圧印加回路の構成を示す概念図である。
【図３】図３は、パルス電圧印加回路の回路構成を示す概念図である。
【図４】図４は、分析装置の各部における電圧を模式的に示すグラフである。
【図５】図５（Ａ）は、第１加速部の電極に印加されるパルス電圧の波形を示すグラフであり、図５（Ｂ）は、パルス電圧の波形が異なることにより測定される飛行時間がばらつく点を模式的に示すグラフであり、図５（Ｃ）は、パルス電圧の印加が開始される時間が異なることにより測定される飛行時間がばらつく点を模式的に示すグラフである。
【図６】図６は、変形例におけるスイッチング素子の取り付けの態様を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】  以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
【００１０】−第１実施形態−  図１は、本実施形態の分析装置を説明するための概念図である。分析装置１は、測定部１００と、情報処理部４０とを備える。測定部１００は、液体クロマトグラフ１０と、質量分析計２０とを備える。
【００１１】  液体クロマトグラフ１０は、移動相容器１１ａ，１１ｂと、送液ポンプ１２ａ，１２ｂと、試料導入部１３と、分析カラム１４とを備える。質量分析計２０は、イオン化部２１１を備えるイオン化室２１と、イオンレンズ２２１を備える第１真空室２２ａと、イオン化室２１から第１真空室２２ａへイオンを導入する管２１２と、イオンガイド２２２を備える第２真空室２２ｂと、第３真空室２２ｃと、分析室３０と、温度調整部９０と、スイッチ部７４と、熱伝導部８０とを備える。第３真空室２２ｃは、第１質量分離部２３と、コリジョンセル２４と、イオンガイド２５とを備える。コリジョンセル２４は、イオンガイド２４０とＣＩＤガス導入口２４１とを備える。スイッチ部７４は、スイッチング素子ＳＷを備える。
【００１２】  分析室３０は、真空容器３００と、イオン輸送電極３０１と、第１加速部３１０と、第２加速部３２０と、フライトチューブ３３０と、リフレクトロン電極３４０と、バックプレート３５０と、検出部３６０とを備える。第１加速部３１０は、押出電極３１１と、引出電極３１２とを備える。
【００１３】  液体クロマトグラフ（ＬＣ）１０の種類は特に限定されない。移動相容器１１ａおよび１１ｂは、バイアルやボトル等の液体を格納可能な容器を備え、それぞれ異なる組成の移動相を格納する。移動相容器１１ａおよび１１ｂに格納されている移動相をそれぞれ移動相Ａおよび移動相Ｂと呼ぶ。送液ポンプ１２ａおよび１２ｂからそれぞれ出力された移動相Ａおよび移動相Ｂは、流路の途中で混合され、試料導入部１３へと導入される。送液ポンプ１２ａおよび１２ｂは、それぞれ移動相Ａおよび移動相Ｂの流量を変化させることにより、時間によって分析カラム１４に導入される移動相の組成を変化させる。
【００１４】  試料導入部１３は、オートサンプラー等の試料導入装置を備え、試料Ｓを移動相に導入する（矢印Ａ１）。試料導入部１３により導入された試料Ｓは、適宜不図示のガードカラムを通過して分析カラム１４に導入される。
【００１５】  分析カラム１４は、固定相を備え、導入された試料Ｓの各成分を、移動相と固定相とに対する当該成分の親和性の違いを利用して異なる保持時間で溶出させる。分析カラム１４の種類や固定相は特に限定されない。分析カラム１４から溶出された溶出試料は、質量分析計２０のイオン化室２１に導入される（矢印Ａ２）。分析カラム１４の溶出試料は、分析装置１のユーザー（以下、単に「ユーザー」と呼ぶ）による分注等の操作を必要とせず、オンライン制御により質量分析計２０に入力されることが好ましい。
【００１６】  質量分析計２０は、分析カラム１４から導入された溶出試料に対してタンデム質量分析を行う。イオン化された溶出試料Ｓｅの経路を、一点鎖線の矢印Ａ３により模式的に示した。
【００１７】  質量分析計２０のイオン化室２１は、導入された溶出試料Ｓｅをイオン化する。イオン化の方法は特に限定されないが、本実施形態のように液体クロマトグラフィ／タンデム質量分析（ＬＣ／ＭＳ／ＭＳ）を行う場合にはエレクトロスプレー法（ＥＳＩ）が好ましく、以下の実施形態でもＥＳＩを行うものとして説明する。イオン化部２１１から出射されイオン化された溶出試料Ｓｅは、イオン化室２１と第１真空室２２ａの圧力差等により移動し、管２１２を通過して第１真空室２２ａに入射する。
【００１８】  第１真空室２２ａ、第２真空室２２ｂ、第３真空室２２ｃおよび分析室３０は、この順に真空度が高くなっており、分析室３０では例えば１０−３Ｐａ以下等の圧力まで排気されている。第１真空室２２ａに入射したイオンは、イオンレンズ２２１を通過して第２真空室２２ｂに導入される。第２真空室２２ｂに入射したイオンは、イオンガイド２２２を通過して第３真空室２２ｃに導入される。第３真空室２２ｃに導入されたイオンは、第１質量分離部２３へと出射される。第１質量分離部２３に入射するまでの間に、イオンレンズ２２１やイオンガイド２２２等は、通過するイオンを電磁気学的作用により収束させる。
【００１９】  第１質量分離部２３は、四重極マスフィルタを備え、四重極マスフィルタに印加される電圧に基づく電磁気学的作用により、設定されたｍ／ｚを有するイオンをプリカーサーイオンとして選択的に通過させてコリジョンセル２４に向けて出射する。第１質量分離部２３は、イオン化された溶出試料Ｓｅをプリカーサーイオンとして選択的に通過させる。
【００２０】  コリジョンセル２４は、イオンガイド２４０によりイオンの移動を制御しながら、衝突誘起解離（Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｄｉｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ；ＣＩＤ）によりイオン化された溶出試料Ｓｅを解離させ、フラグメントイオンを生成する。ＣＩＤの際にイオンが衝突させられるアルゴンや窒素等を含むガス（以下、ＣＩＤガスと呼ぶ）は、コリジョンセル内で所定の圧力になるようにＣＩＤガス導入口２４１から導入される（矢印Ａ４）。生成されたフラグメントイオンは、イオンガイド２５に向けて出射される。このフラグメントイオンを含む、イオンガイド２５を通過したイオンは、分析室３０に入射する。
【００２１】  分析室３０に入射したイオンは、イオン輸送電極３０１により移動を制御されつつイオン輸送電極３０１を通過し、第１加速部３１０に入射する。第１加速部３１０の押出電極３１１は、検出するイオンの極性と同一の極性のパルス電圧が印加され、イオンを押出電極３１１から遠ざかる向きに加速する加速電極である。第１加速部３１０の引出電極３１２は、イオンがその内部を通過できるように格子状に形成されている。引出電極３１２は、検出するイオンの極性と反対の極性のパルス電圧が印加され、押出電極３１１と引出電極３１２との間に有るイオンを引出電極３１２に近づくように加速する加速電極である。押出電極３１１と引出電極３１２とを合わせて第１加速電極と呼ぶ。第１加速部３１０において、押出電極３１１および引出電極３１２に印加されたパルス電圧により生じた電場により加速されたイオンは、第２加速部３２０に入射する。図１では、第１加速部３１０により加速されたイオンの経路を矢印Ａ５で模式的に示した。
【００２２】  第２加速部３２０は、複数の電極（以下、第２加速電極３２１と呼ぶ）を備える。第２加速電極３２１には、イオンの極性と反対の極性の、例えば数千Ｖの電圧が印加される。第２加速部３２０を通過するイオンは、これらの電極に印加された電圧により生じた電場により加速されつつ適宜収束作用を受け、フライトチューブ３３０に囲まれた空間に入射する。
【００２３】  フライトチューブ３３０は、フライトチューブ電極を備え、フライトチューブ電極に印加された電圧によりイオンの移動を制御し、イオンが飛行する空間を画定する。フライトチューブ電極にも、検出するイオンの極性と反対の極性の、数千Ｖ等の電圧が印加される。
【００２４】  リフレクトロン電極３４０およびバックプレート３５０には、正イオン検出時にはフライトチューブ電圧よりも高い電圧が印加され、この電圧により生じた電場によりイオンの進行方向を変化させる。進行方向が変化させられたイオンは、矢印Ａ５により模式的に示した折り返し軌道に沿って移動し、検出部３６０に入射する。なお、負イオン検出時には、リフレクトロン電極３４０およびバックプレート３５０には、フライトチューブ電圧よりも低い電圧が印加される。
【００２５】  検出部３６０は、マルチチャンネルプレート等のイオン検出器を備え、入射したイオンを検出する。検出モードは正イオンを検出する正イオンモードと、負イオンを検出する負イオンモードとのいずれでもよい。イオンを検出して得た検出信号は不図示のＡ／Ｄ変換器によりＡ／Ｄ変換され、デジタル信号となって情報処理部４０に入力される（矢印Ａ６）。
【００２６】  スイッチ部７４は、スイッチング素子ＳＷにより、設定された時間に後述の高電圧電源部７５と第１加速電極との間を導通させ、所定のパルス電圧を第１加速電極に印加する。後に詳述するように、スイッチ部７４は、熱伝導部８０により真空容器３００と熱結合されており、スイッチング素子ＳＷの温度変化が抑制されている。
【００２７】  図２は、情報処理部４０と、パルス電圧の印加を行う回路（以下、パルス電圧印加回路と呼ぶ）との構成を模式的に示す図である。パルス電圧印加回路７０は、一次側駆動部７１と、トランス７２と、二次側駆動部７３と、スイッチ部７４と、高電圧電源部７５とを備える。図２では、装置制御部５１からの制御信号の流れを矢印Ａ７〜Ａ１０により模式的に示した。また、スイッチ部７４からパルス電圧が第１加速部３１０の第１加速電極に印加される点を矢印Ａ１１で模式的に示した。
【００２８】  一次側駆動部７１は、後述する制御部５０の電圧制御部５１０からの制御信号に基づいて、トランス７２の一次巻線に駆動電流を供給し、これによりトランス７２を介し二次側駆動部７３に制御信号を伝達する。一次側駆動部７１の複数の端子には、不図示の電源から電圧Ｖおよび電圧ＶＤＤがそれぞれ印加されている（図３参照）。トランス７２は、高圧絶縁電線からなる一次巻線および二次巻線を備え、一次巻線を通る駆動電流に基づいて、二次巻線の両端に電圧を発生させる。これによりトランス７２は、一次側駆動部７１と二次側駆動部７３とを絶縁しつつ一次側駆動部７１からの制御信号を二次側駆動部７３へと伝達する。
【００２９】  二次側駆動部７３は、スイッチ部７４のスイッチング素子ＳＷに制御信号を伝達する。スイッチ部７４は、スイッチング素子ＳＷのスイッチング特性に基づいて、高電圧電源部７５と第１加速部３１０とを接続するか否かを切り替える。このスイッチング特性とは、スイッチング素子ＳＷへの入力に対する、当該接続の切替に関するパラメータの特性であり、例えばＭＯＳＦＥＴでは、ゲート電圧に対するソース−ドレイン間のコンダクタンスの特性である。高電圧電源部７５は、２つの電圧Ｖ１とＶ２を出力する２つの出力端を有する直流電圧源を備える。スイッチ部７４により、パルス幅に対応する時間（数μｓ〜数十μｓ等）、第１加速部３１０の第１加速電極に接続されるこれらの出力端が切り替えられ、高電圧電源部７５は、これによりパルス電圧を第１加速部３１０に印加する。パルス電圧の波高（Ｖ１とＶ２との差に相当）は数千Ｖ等に適宜設定される。この高電圧電源部７５は、２つの電圧Ｖ１とＶ２のそれぞれを出力できる２つの直流電圧源を備えていてもよいし、Ｖ１とＶ２のいずれかを接地電位（０［Ｖ］）とする場合は、接地電位となる出力端を接地電極に接続する構成としてもよい。
【００３０】  図３は、一次側駆動部７１、トランス７２、二次側駆動部７３およびスイッチ部７４を含むパルス電圧印加回路７０の回路構成図である。一次側駆動部７１は、ＭＯＳＦＥＴ７１１，７１２，７１５〜７１８と、一次側トランス７１３および７１４とを備える。スイッチ部７４は、スイッチング素子ＳＷであるＭＯＳＦＥＴ７４１ｐおよび７４１ｎを備える。ＭＯＳＦＥＴ７４１ｐおよびＭＯＳＦＥＴ７４１ｎは、トランス７２により二次側に電圧が誘導された際に、反対の極性の電圧がゲート電圧として誘導されるように配置されている。スイッチ部７４は、ＭＯＳＦＥＴ７４１ｐおよび７４１ｎのゲート電圧に基づいて、第１加速電極を、高電圧電源部７５の正極側出力端７０４（電圧Ｖ１）および負極側出力端７０５（電圧Ｖ２）のいずれに接続するかを切り替える。以下では、電圧制御部５１０からの制御信号に基づいて押出電極３１１にパルス電圧（波高２５００Ｖ（Ｖ１＝２５００［Ｖ］、Ｖ２＝０［Ｖ］））が印加される点を簡潔に説明するが、詳細は、特許文献１を参照されたい。
【００３１】  図４は、パルス電圧を押出電極３１１に印加する際の、分析装置１の各部の電圧を模式的に示す図である。（ａ）および（ｂ）は、それぞれ電圧制御部５１０から出力される正極側入力端７０１および負極側入力端７０２への入力電圧である。（ｃ）および（ｄ）は、それぞれＭＯＳＦＥＴ７４１ｐおよび７４１ｎのゲート電圧である。（ｅ）は押出電極３１１に印加されるパルス電圧である。
【００３２】  ＭＯＳＦＥＴ７４１ｐのゲート電圧が閾値電圧Ｖｔｈ未満であり、ＭＯＳＦＥＴ７４１ｎのゲート電圧が閾値電圧Ｖｔｈ以上とする（時刻ｔ＜ｔ０）。このときＭＯＳＦＥＴ７４１ｐはオフ状態（ソース−ドレイン間が導通していない状態）であり、ＭＯＳＦＥＴ７４１ｎはオン状態（ソース−ドレイン間が導通している状態）である。押出電極３１１の電圧は負極側出力端７０５の電圧Ｖ２と等しく０Ｖとなる。この場合に、正極側入力端７０１に制御信号として正の電圧パルスが入力されると（ｔ＝ｔ０）、ＭＯＳＦＥＴ７１１がオン状態となる。ＭＯＳＦＥＴ７１１がオン状態になる際に流れる電流が一次側トランス７１３に電圧を誘導し、ＭＯＳＦＥＴ７１５および７１６がオン状態となる。ＭＯＳＦＥＴ７１５および７１６が共にオン状態となる際に流れる電流によりトランス７２の一次巻線に駆動電流が誘導される。
【００３３】  この駆動電流によりトランス７２の二次巻線に電圧が誘導されると、ＭＯＳＦＥＴ７４１ｐには二次側駆動部７３を介して正のゲート電圧が印加される。これにより、高電圧電源部７５の正極側出力端７０４とパルス電圧出力端７０３との間が導通し、押出電極３１１に高電圧電源部７５による電圧Ｖ１＝２５００［Ｖ］が印加される。一方、ＭＯＳＦＥＴ７４１ｎには二次側駆動部７３を介して負のゲート電圧が印加されるため、ＭＯＳＦＥＴ７４１ｎはオフ状態となり、高電圧電源部７５の負極側出力端７０５とパルス電圧出力端７０３とは導通しない。
【００３４】  このようにしてパルス電圧が立ち上がった後に、正極側入力端７０１への入力電圧が低くなっても（ｔ＝ｔ１）、二次側駆動部７３とＭＯＳＦＥＴ７４１ｐの特性によりＭＯＳＦＥＴ７４１ｐのオン状態は維持される。正極側入力端７０１への入力電圧が低くなった後、ＭＯＳＦＥＴ７１２のゲート電圧に対応する負極側入力端７０２の電圧を、電圧制御部５１０からの制御信号により上昇させる（ｔ＝ｔ２）。これにより、パルス電圧出力端７０３と高電圧電源部７５の正極側出力端７０４とが導通しなくなる一方、パルス電圧出力端７０３と負極側出力端７０５とが導通し、押出電極３１１にはこの負極側出力端７０５の電圧Ｖ２＝０［Ｖ］が再び印加される。
【００３５】  ここで、従来の分析装置では、スイッチ部７４を構成するスイッチング素子ＳＷ（ＭＯＳＦＥＴ７４１ｐ、７４１ｎ）の温度が、周囲温度の変化やスイッチング素子ＳＷの発熱等により変化すると、パルス電圧の印加が開始される時間（以下、印加開始時間と呼ぶ）、パルス電圧の印加が終了する時間（以下、印加終了時間と呼ぶ）またはパルス電圧の波形が変化し、これにより飛行時間がばらついてしまうという問題があった。
【００３６】  図５（Ａ）は、出力起動の際の押出電極３１１に印加されるパルス電圧の波形の一例を示すグラフである。この例では、パルス電圧の波高は約２５００Ｖであり、１０％−９０％立ち上がり時間は約２０ｎｓとなっている。負のパルス電圧の場合を考慮し、以下では、「立ち上がり」の語は、電圧が上昇することを指し、必ずしもこの電圧上昇がパルスの前縁（ｌｅａｄｉｎｇ  ｅｄｇｅ）にあることを意味しない。「立ち下がり」の語は、電圧が下降することを指し、必ずしもこの電圧降下がパルスの後縁（ｔｒａｉｌｉｎｇ  ｅｄｇｅ）にあることを意味しない。第１加速部３１０の、イオンの加速を開始する際の電圧の変化を適宜、出力起動と呼ぶ。出力起動はパルスの前縁における電圧の変化に対応する。
【００３７】  図５（Ｂ）は、出力起動の際の立ち上がり時間／立ち下がり時間のばらつきによる飛行時間の測定への影響を説明するためのグラフである。実線のパルス波形と比較すると、破線のパルス波形ではパルスが立ち上がるまでの時間が長くなっている。これにより、出力起動の際に加速されるイオンが受け取るエネルギーがばらつき、当該イオンの速度がばらつくことになるため、飛行時間がばらつくことになる。この場合の飛行時間のばらつきは、最大で図中のΔ１の時間に基づくものとなる。パルス電圧の極性が反対で、出力起動の際に電圧が立ち下がる場合についても同様である。
【００３８】  図５（Ｃ）は、印加開始時間のばらつきによる飛行時間の測定への影響を説明するためのグラフである。実線のパルス波形と比較すると、破線のパルス波形では印加開始時間がΔ２だけ遅くなっている。これにより、出力起動の際にイオンが加速を始める時間がばらつくことになるため、飛行時間がばらつくことになる。
【００３９】  スイッチング素子ＳＷの温度が変化すると、スイッチング素子ＳＷのスイッチング特性が温度により変化するため、上述した印加開始時間、印加終了時間およびパルス電圧の波形の変化を引き起こす。例えば、ＭＯＳＦＥＴでは、ゲート電圧が閾値を超えてからのソース―ドレイン間のコンダクタンスの変化の早さが温度により変化し得るため、これにより印加開始時間、印加終了時間ならびにパルス電圧の波形の立ち上がり時間および立ち下がり時間等が変化することになる。
【００４０】  スイッチング素子ＳＷの温度変化の原因としては、パルスの頻度の変化が挙げられる。ＴＯＦ−ＭＳにおける一例では、パルス周波数を２ｋＨｚから８ｋＨｚに増加させると、ＭＯＳＦＥＴ７４１（以下では、ＭＯＳＦＥＴ７４１ｐおよび７４１ｎを区別しない場合ＭＯＳＦＥＴ７４１と呼ぶ）の損失は０．２Ｗ程変化し、ＭＯＳＦＥＴ７４１の温度は２０℃程変化する。２０℃の温度変化により、ＭＯＳＦＥＴ７４１の出力起動の際の立ち上がり時間／立ち下がり時間は約１００ｐｓ変化する。この１００ｐｓは、ｍ／ｚ  １０００のイオンを検出する際に３ｐｐｍ程度の飛行時間のばらつきとなり、精密な質量測定に悪影響を与える。
【００４１】  また、室温の変化によってもスイッチング素子ＳＷの温度が変化する。一例として、１０℃の室温の変化により、ＭＯＳＦＥＴ７４１の立ち上がり時間は約５０ｐｓ変化する。この５０ｐｓは、ｍ／ｚ  １０００のイオンを検出する際に１．５ｐｐｍ程度の飛行時間のばらつきとなり、精密な質量測定に悪影響を与える。
【００４２】  分析装置１では、スイッチング素子ＳＷが熱伝導部８０に接して配置され、熱伝導部８０は、分析室３０の真空隔壁を構成する真空容器３００に接して配置されている。ここで、「接する」とは、グリースや放熱シート等の、接着や放熱のための物質を間に挟む場合も含むこととする。熱伝導部８０は絶縁体を含んで構成され、この絶縁体により、高電圧電源部７５と接続されるスイッチング素子ＳＷと、分析室３０との間を絶縁し、高電圧電源部７５の電圧が分析室３０に悪影響を起こさないようにする。
【００４３】  熱伝導部８０に含まれる絶縁体は、所定の熱伝導率を有する材料で構成され、この材料は、２０℃における熱伝導率が２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上が好ましく、１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上がより好ましく、２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上がさらに好ましい。熱伝導率が高い程、パルス周波数の変化等によりスイッチング素子ＳＷで発生した熱を、より迅速に逃がすことができる。あまり熱伝導率が高いと材料が入手困難だったり、高価になるため、熱伝導部８０の絶縁体に含まれる材料の熱伝導率は５０００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下、１０００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下等が好ましい。
【００４４】  スイッチング素子ＳＷは図１に示したように熱伝導部８０に含まれる絶縁体に接して配置され、この絶縁体が分析室３０の真空隔壁を構成する真空容器３００と接して配置されることが好ましい。。このような絶縁体を構成する材料の種類は特に限定されないが、アルミナ、窒化ケイ素またはジルコニア等のセラミックスが熱伝導率が高いために好ましく、熱伝導率の高さと入手、加工の容易さ等の観点からアルミナがより好ましい。
【００４５】  一例として、熱伝導部８０を縦１５ｍｍ、横１０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの直方体形状を有するアルミナのブロックとすると、このブロックの熱抵抗は３．３３℃／Ｗとなる。放熱シート等の他の熱抵抗を２℃／Ｗとすると、これらを合わせた熱抵抗は５．３３℃／Ｗとなる。上述のようにパルス周波数が変化し０．２Ｗの損失が発生したとしても、ＭＯＳＦＥＴ７４１の温度上昇は約１℃（５．３３℃／Ｗ×０．２Ｗ）となる。この場合、パルス電圧の出力起動における立ち上がり／立ち下がり時間の変化は５ｐｓ程度に抑えられ、飛行時間のばらつきも０．１５ｐｐｍ程度に抑えられる。
【００４６】  温度調整部９０は、温度調節器を備え、分析室３０の真空隔壁を構成する真空容器３００の温度を調整するとともに、フライトチューブ３３０の温度を調整する。本実施形態におけるスイッチング素子ＳＷは、熱伝導部８０と接し、熱伝導部８０が温度調整された真空容器３００と接している。これにより、室温が変化した場合でもスイッチング素子ＳＷの温度が保たれる。
【００４７】  一例として、ヒートシンク無しのＭＯＳＦＥＴ７４１の外気との間の熱抵抗を６２．５℃／Ｗとして、ＭＯＳＦＥＴ７４１と分析室３０の真空隔壁を構成する真空容器３００の熱抵抗を５℃／Ｗとする。このとき、ＭＯＳＦＥＴ７４１の周囲雰囲気の温度が１０℃変化したとしても、ＭＯＳＦＥＴ７４１の温度上昇は、０．７℃（＝１０℃×５／（６２．５＋５））となり、飛行時間のばらつきを０．１１ｐｐｍ程度に抑えられる。
【００４８】  図２に戻って、情報処理部４０は、入力部４１と、通信部４２と、記憶部４３と、出力部４４と、制御部５０とを備える。制御部５０は、装置制御部５１と、解析部５２と、出力制御部５３とを備える。装置制御部５１は、電圧制御部５１０を備える。
【００４９】  情報処理部４０は、電子計算機等の情報処理装置を備え、適宜ユーザーとのインターフェースとなる他、様々なデータに関する通信、記憶、演算等の処理を行う。情報処理部４０は、測定部１００の制御や、解析、表示の処理を行う処理装置となる。  なお、情報処理部４０は、液体クロマトグラフ１０および／または質量分析計２０と一体になった一つの装置として構成してもよい。また、分析装置１が用いるデータの一部は遠隔のサーバ等に保存してもよく、分析装置１で行う演算処理の一部は遠隔のサーバ等で行ってもよい。測定部１００の各部の動作の制御は、情報処理部４０が行ってもよいし、各部を構成する装置がそれぞれ行ってもよい。
【００５０】  情報処理部４０の入力部４１は、マウス、キーボード、各種ボタンおよび／またはタッチパネル等の入力装置を含んで構成される。入力部４１は、測定部１００が行う測定や制御部５０が行う処理に必要な情報等を、ユーザーから受け付ける。
【００５１】  情報処理部４０の通信部４２は、インターネット等のネットワークを介して無線や有線の接続により通信可能な通信装置を含んで構成される。通信部４２は、測定部１００の測定に必要なデータを受信したり、解析部５２の解析結果等の制御部５０が処理したデータを送信したり、適宜必要なデータを送受信する。
【００５２】  情報処理部４０の記憶部４３は、不揮発性の記憶媒体を備える。記憶部４３は、検出部３６０から出力された検出信号に基づく測定データ、および制御部５０が処理を実行するためのプログラム等を記憶する。
【００５３】  情報処理部４０の出力部４４は、出力制御部５３により制御され、液晶モニタ等の表示装置および／またはプリンターを含んで構成され、測定部１００の測定に関する情報や、解析部５２の解析結果等を、表示装置に表示したり印刷媒体に印刷して出力する。
【００５４】  情報処理部４０の制御部５０は、ＣＰＵ等のプロセッサを含んで構成される。制御部５０は、測定部１００の制御や、測定データの解析等、記憶部４３等に記憶されたプログラムを実行することにより各種処理を行う。
【００５５】  制御部５０の装置制御部５１は、入力部４１を介した入力等に応じて設定された測定条件等に基づいて、測定部１００の測定動作を制御する。装置制御部５１は、液体クロマトグラフ１０および質量分析計２０の各部の動作を制御する。
【００５６】  電圧制御部５１０は、一次側駆動部７１に制御信号を出力し、押出電極３１１や引出電極３１２へのパルス電圧の印加を制御する。本実施形態の例では、正極側入力端７０１および負極側入力端７０２に所定のパルス周波数でパルス信号を制御信号として出力する。
【００５７】  解析部５２は、測定データの解析を行う。解析部５２は、検出部３６０から出力された検出信号における飛行時間を予め取得した較正データに基づいてｍ／ｚに変換し、検出されたイオンのｍ／ｚと検出強度とを対応させる。解析部５２は、保持時間と検出強度とを対応させたマスクロマトグラムに対応するデータを作成したり、ｍ／ｚと検出強度とを対応させたマススペクトルに対応するデータを作成したりする。解析部５２の行う解析方法は特に限定されない。
【００５８】  出力制御部５３は、測定部１００の測定条件または、マスクロマトグラム若しくはマススペクトル等の解析部５２の解析結果についての情報等を含む出力画像を作成し、出力部４４に出力させる。
【００５９】  上述の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。（１）本実施形態の分析装置１は、イオンを加速するためのパルス電圧が印加される押出電極３１１または引出電極３１２と、これらの電極へのパルス電圧の印加を制御するスイッチング素子ＳＷである少なくとも一つのＭＯＳＦＥＴ７４１と、イオンが飛行する空間を画定するフライトチューブ電極と、検出部３６０と、フライトチューブ電極を格納する真空容器３００とを備え、ＭＯＳＦＥＴ７４１は熱伝導部８０と接し、熱伝導部８０は真空容器３００と接している。これにより、パルス電圧が押出電極３１１または引出電極３１２に印加される頻度が変化しても、ＭＯＳＦＥＴ７４１の温度の変化を低減することができ、飛行時間のばらつきを抑制することができる。また、飛行時間の異なる様々なｍ／ｚを有するイオンを効率的に測定するためには、飛行時間に合わせてパルス頻度を変化させることが好ましいが、分析装置１ではこのような場合でも正確に飛行時間を測定することができる。
【００６０】（２）本実施形態の分析装置１は、液体クロマトグラフ１０を備える。これにより、液体クロマトグラフ１０から同時に異なるｍ／ｚを有する分子が溶出した場合でも、それぞれの分子に対し適切なパルス頻度で効率的かつ正確にこれらの分子を検出することができる。
【００６１】（３）本実施形態に係る分析装置１は、真空容器３００の温度を調整する温度調整部９０を備える。これにより、温度調整部９０により温度が調整されている真空容器３００とＭＯＳＦＥＴ７４１とが熱結合されるため、室温が変化してもＭＯＳＦＥＴ７４１の温度の変化を低減することができ、飛行時間のばらつきを抑制することができる。
【００６２】（４）本実施形態に係る分析装置１は、飛行時間型の質量分析計２０を含む。これにより、数千Ｄａ以上の高質量を含む様々なｍ／ｚを有するイオンについて、効率的かつ正確に飛行時間の測定を行うことができる。
【００６３】  次のような変形も本発明の範囲内であり、上述の実施形態と組み合わせることが可能である。以下の変形例において、上述の実施形態と同様の構造、機能を示す部位に関しては、同一の符号で参照し、適宜説明を省略する。（変形例１）  上述の実施形態において、分析室３０の真空隔壁を構成する真空容器３００と熱伝導部８０との間に、金属ブロック３０２を配置してもよい。金属ブロック３０２を構成する金属の種類は特に限定されないが、熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上等の金属が好ましく、例えばアルミニウムである。
【００６４】  分析装置１の製造方法における、本変形例のスイッチ部７４の真空容器３００への取り付け方法では、スイッチング素子ＳＷである複数のＭＯＳＦＥＴ７４１は、それぞれ熱伝導部８０に取り付けられる。その後、ＭＯＳＦＥＴ７４１が取り付けられた複数の熱伝導部８０が、一体的に形成された一つの金属ブロック３０２に取り付けられる。複数の熱伝導部８０を介して複数のＭＯＳＦＥＴ７４１が取り付けられた金属ブロック３０２が、真空容器３００に取り付けられる。
【００６５】  図６は、スイッチ部７４の取り付け部として機能する金属ブロック３０２を説明するための概念図である。真空容器３００の外側にスイッチ部７４、熱伝導部８０および金属ブロック３０２が配置されている。真空容器３００の内側に第１加速部３１０を構成する押出電極３１１および引出電極３１２、ならびに第２加速部３２０が配置されている。押出電極３１１および引出電極３１２は、それぞれ導線７３ａおよび７３ｂによりスイッチ部７４と接続されている。真空容器３００はアルミ等の金属を主成分として含む。
【００６６】  金属ブロック３０２は、ＭＯＳＦＥＴ７４１が配置される高さの調整が容易にできるという点で有用である。また、スイッチ部７４は、図３に示したように直列に並んだ複数のＭＯＳＦＥＴ７４１を備えるが、これら複数のＭＯＳＦＥＴ７４１を製品に取り付けるまでばらばらに管理していると煩雑である。従って、金属ブロック３０２に熱伝導部８０を介し複数のＭＯＳＦＥＴ７４１をまとめて取り付けて一つの部品とすることで、管理がしやすくなり、真空容器３００への取り付けが容易となる。  なお、本変形例のように、熱伝導部８０が金属ブロック３０２を介して真空容器３００に取り付けられている場合でも、金属ブロック３０２と真空容器３００を一つの一体的な真空容器と考え、熱伝導部８０とこの真空容器とは「接して」いるものとする。
【００６７】  本変形例に係る分析装置１において、真空容器３００は、熱伝導部８０を取り付ける取り付け部である金属ブロック３０２を備え、金属ブロック３０２は、複数のスイッチング素子ＳＷであるＭＯＳＦＥＴ７４１を熱伝導部８０を介して保持する。これにより、スイッチング素子ＳＷの高さ調整ができ、ＭＯＳＦＥＴ７４１を含む部品の管理や真空容器３００への取り付けが容易となる。
【００６８】（変形例２）  上述の実施形態では、熱伝導部８０を飛行時間型の質量分析計２０に適用したが、電場型のフーリエ変換質量分析計に適用してもよい。オービトラップと呼ばれる電場型のフーリエ変換質量分析計は、イオンが飛行する空間を画定する静電トラップとして、内側電極および外側電極を備え、内側電極と外側電極の間にパルス電圧で加速されたイオンが入射される。従って、このパルス電圧の印加を制御するスイッチング素子と、当該フーリエ変換質量分析計の真空隔壁を構成する真空容器の両方に接するように熱伝導部８０を配置することができる。
【００６９】  また、上述の実施形態の分析装置１は液体クロマトグラフ‐タンデム質量分析計としたが、液体クロマトグラフを備えなくてもよく、液体クロマトグラフ以外の分離分析装置を備えてもよい。質量分析計２０をタンデム質量分析計でないＴＯＦ−ＭＳにしてもよい。
【００７０】（変形例３）  上述の実施形態では、スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴを用いる場合を例に説明したが、温度変化によりスイッチング特性が変化するものであれば、スイッチング素子の種類は特に限定されず例えばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の様々な場合について本発明を適用することができる。また、パルス電圧印加回路７０の回路構成も図３に示すものに限定されず、スイッチング素子を用いてパルス電圧を印加する様々な回路に本発明を適用することができる。
【００７１】  本発明は上記実施形態の内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００７２】１…分析装置、１０…液体クロマトグラフ、１４…分析カラム、２０…質量分析計、２１…イオン化室、２３…第１質量分離部、２４…コリジョンセル、３０…分析室、４０…情報処理部、５０…制御部、５１…装置制御部、５２…解析部、５３…出力制御部、７０…パルス電圧印加回路、７１…一次側駆動部、７２…トランス、７３…二次側駆動部、７４４…スイッチ部、７５…高電圧電源部、８０…熱伝導部、９０…温度調整部、１００…測定部、３００…真空容器、３０２…金属ブロック、３１０…第１加速部、３１１…押出電極、３１２…引出電極、３２０…第２加速部、３３０…フライトチューブ、３４０…リフレクトロン電極、３６０…検出部、７４１，７４１ｐ，７４１ｎ…ＭＯＳＦＥＴ、Ｓ…試料。
【図１】
0006969679.tif 000002
【図２】
0006969679.tif 000003
【図３】
0006969679.tif 000004
【図４】
0006969679.tif 000005
【図５】
0006969679.tif 000006
【図６】
0006969679.tif 000007